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Unbrennbares Filtermaterial für die Feinfilterung von Ciasen und Verfahren
zu seiner Herstellung Filtermaterialien sind an sich in zahlreichen Ausführungsformea
bekannt. Insbesondere ist ein Din phragma für elektrolytische Zwecke bekannt, also
ein Gegenstand, der nur im Hinblick auf die »Filtrierung« von Ionen als Filtermaterial
ansprechbar ist, das aus langen, geschichteten und vorzugsweise über die ganze Diaphragmabreite
reichenden Glasfäden besteht, wobei das Diaphragma zusammen mit einem Glae oder
Asbestgewebe verwendet wird.
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Grundsätzlich ist jedoch auch die Verwendung von Mineralfasern zum
Zweck des Aufbaues von Filtermaterial bekannt. (;emliß einem dieser zum Stand der
Technik gehörigen Vorschläge werden Glas- und Asbestfasern in einer Mischung mit
orga nischen Fasern verwendet. Nachteilig ist bei diesen Filtern, daß sie eine Abstützung,
beispielsweise durch ein Textilgewebe, benötigen, das an die Filtermasse angeklebt
werden muß und das zusammen mit den organischen Fasern das Filter feuergefährlich
macht.
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Deshalb schließen derartige Filtermassen ihre Verwendung für das Filtrierten
von Gasen mit hoher Temperatur aus.
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Nach einem anderen der bekannten Vorschläge dieser Art besteht ein
Filtermaterial für das Filtrieren von Flüssigkeiten aus Fasern und aus Diatomeenerde.
Aus diesen Bestandteilen wird eine innige Mischung hergestellt, wobei der Zusatz
an Diatomeenerde in situ in das Fasermaterial eingebracht wird.
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Dadurch entsteht eine innige Bindung der Erde an die Fasern. Abgesehen
davon, daß auch dieses Filter brennbar ist, eignet es sich auch nicht für die Filtrierung
von Gasen.
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Andererseits ist für andere als die Herstellung von Filtermassen
geeignete Zwecke, beispielsweise zur Imprägnierung von Geweben, um diese feuerhemmend
zu machen, die Ausfüllung von Aluminium-und Calciumsilikat aus Lösungen, mit denen
die Gewebe getränkt werden, auch bekannt. Die Rerstel lung von vorzugsweise zum
Filtrieren von Gasen geeigneten Filtermassen ist hierdurch jedoch nicht beeinflußt
worden.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Filtermasse zu
schaffen, die gleichzeitig die Eigenschaften guter mechanischer Festigkeit, chemisch
inerten Verhaltens sowie der Unbrennbarkeit und eine Filterwirkung besitzt, die
das Abscheiden von mitunter außerordentlich feinen Feststoffteilchen ermöglicht.
Die zum Stand der Technik gehörigen Filtermasen besitzen nach obigem zwar oft die
eine oder andere dieser Eigenschaften, jedoch sind sämtliche dieser Eigenschaften
in einem und demselben Filtermaterial bisher nicht vereinigt. So können zwar
die
aus Celluloseasbest bestehenden Filterstoffe eine gute Filtrierwirkung besitzen,
sie sind jedoch brennbar. Filtermassen aus Asbest und Glasfasern sind unbrennbar,
jedoch ist ihre mechanische Festigkeit sehr gering, und ihre Filterwirkung ist nicht
gut, wenn die Glasfasern nicht außerordentlich fein sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf der Papiermaschine hergestelltes
unbrennbares Filtermaterial für die Feinfilterung von Gasen, das Glasfasern und
einen Mineralzusatz enthält. Dieses Filtermaterial zeichnet sich dadurch aus, daß
es aus einem inni gen Gemisch von Glasfasern, Asbestfasern und in situ gebildetem
Calciumsilikat und gegebenenfalls aus einem weichen Vinylharz besteht.
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Es ist nicht einfach, mineralische Fasern zu einem Vlies oder feinporigen
Gewebe zu agglomerieren.
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Bisher konnte eine derartige Methode nicht mit Glas-und Asbestfasern
durchgeführt werden, da in diesem Fall die Schwierigkeiten besonders groß sind,
weil man es mit zwei ihrer Natur nach verschiedenen Faserarten zu tun hat. In diesem
Fall muß man ein Bindemittel finden, das sowohl die Glas- als auch die Asbestfasern
untereinander sowie die Glasfasern mit den Asbestfasern zu verbinden vermag. Als
ein derartiges
Bindemittel hat sich nun in überraschender Weise
das in situ auf den Fasern niedergeschlagene Calciumsilikat erwiesen.
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Die Bildung des Calciumsilikats in situ kann bei gewöhnlicher Temperatur
aus wäßrigen Lösungen von Alkalisilikaten und Calciumchlorid, die in stöchiometrischen
Mengen in eine wäßrige Dispersion von Glasfasern und Asbest eingetragen werden,
erfolgen. Diese Art der Ausfällung des Calciumsilikats in situ ermöglicht dessen
vollständige Verteilung in der aus Glas- und Asbestfasern bestehenden Fasermasse
und sichert die Bildung von regelmäßigen, äußerst kleinen Poren in dem erhaltenen
Filtermaterial.
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Die verwendeten Glasfasern von üblicher Beschaffenheit besitzen eine
Länge zwischen 2 und 6 mm.
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Ihr Durchmesser kann zwischen 1 und 6 Mikron schwanken. Es können
auch Mischungen von Fasern von unterschiedlichem Durchmesser in verschiedenen anteiligen
Mengen verwendet werden, z. B. eine solche mit 0 bis 95°/o in bezug auf das Gesamtgewicht
der Glasfasern an solchen von 1,5 Mikron, O bis 90 <>/o an Glasfasern von
3 Mikron und 0 bis 50o an Fasern von 6 Mikron Durchmesser.
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Der Asbest ist vorteilhafterweise ein filterndes Asbest, wie der
als Kapasbest bekannte. Der Asbestanteil kann 5 bis 30 Gewichtsprozent der Fasermischung
ausmachen. Durch seine Eigentextur begünstigt er die gute Verteilung und den innigen
Verband der Glasfasern in dem Filtermaterial.
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Die Mischung der drei Bestandteile, Glasfasern, Asbest und Calciumsilikat,
wird nach den üblichen Methoden der Papierherstellung hinsichtlich der Raffinierung
und der folgenden Vorgänge, die zu dem Fertigprodukt führen, verarbeitet.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Arbeitsweise erfolgt in dem Ganzholländer
eine Vorreinigung des Asbests während einer Zeitdauer, die je nach seinen Eigenschaften
schwankend zwischen 2 und 6 Stunden beträgt. Die dann eingeführten Glasfasern werden
nur eine sehr kurze Zeit lang, in der Größenordnung von 5 bis 10 Minuten, der Raffinierungsbehandlung
unterworfen, um zu verhindern, daß sie auf eine Länge von weniger als 1 mm zerkleinert
werden.
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Die Menge an Natriumsilikat und Calciumchlorid, die der wäßrigen
Dispersion der Mischung von Asbest- und Glasfasern zweckmäßig zugesetzt werden,
muß so berechnet werden, daß das ausgefällte Calciumsilikat 2 bis 6 Gewichtsteile
auf 100 Gewichtsteile der Fasermischung ausmacht. Zuerst wird die Lösung von Natriumsilikat
in die wäßrige Faserdispersion eingetragen und nach Homogenisierung das Calciumchlorid,
z. B. in fester Form, zugesetzt.
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Es ergibt sich derart ein Papier mit ausschließlich mineralischer
Struktur, das deshalb unbrennbar ist und eine hohe chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit
sowie Filterwirkung für Gase, und zwar sogar heiße Gase, besitzt. Dieses neue Filterpapier
ermöglicht es, Feststoffteilchen in der Größenordnung von 0,1 Mikron abzuscheiden,
ohne daß hierdurch der Druckverlust nennenswert vergrößert wird.
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Um die Faltbarkeit der Filter sowie deren Gebrauchseigenschaften
zu verbessern und das Umgehen mit ihnen zu erleichtern, kann dem Filtermaterial
ein weiches Vinylharz, wie Polyvinylacetat, insbesondere in Form einer wäßrigen
Emulsion, die der
wäßrigen Dispersion von Faserstoffen vor dem Zusatz des Natriumsiiikats
einverleibt wird, zugesetzt werden. In dieser Weise können bis zu 4% Polyvinylacetat,
trocken gerechnet, in bezug auf das Gewicht der Fasermasse zugesetzt werden, wobei
endgültig auf den Filterstoff höchstens 2°/o verbleiben.
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Dieses Harz spielt praktisch keine Rolle für die Filterwirkung beim
Filtern von Gasen. Es wird im Fall des Filterns eines heißen Gases praktisch völlig
abgeschieden.
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Die Filterstoffe gemäß der Erfindung können insbesondere für das
Filtern von Tabakrauch verwendet werden.
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Nachstehend werden Beispiele gegeben, die die Durchführung der Erfindung
ebenso wie die Eigenschaften der neuen Filterstoffe im Vergleich zu Filtermaterialien,
die unter analogen Bedingungen ausschließlich aus Glasfasern und Asbest hergestellt
wurden, erkennen lassen.
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Beispiel 1 Zwecks Herstellung eines zur Reinigung von Gasen, die
eine Temperatur von 300 bis 4000 C erreichen und sehr feine Teilchen in der Größenordnung
von 0,1 Mikron enthalten können, bestimmten Filtermaterials werden 2 kg Kapasbest
in 100 1 Wasser dispergiert und die Dispersion 4 Stunden lang in einem Ganzholländer,
wie er normalerweise in der Papierfabrikation verwendet wird, behandelt. Dann werden
18 kg Glasfasern von 3 Mikron Durchmesser und gleichzeitig 900 1 Wasser zugesetzt.
Das gesamte Gemisch wird 7 Minuten lang im Ganzholländer weiterbehandelt, jedoch
nicht länger. Um die Notwendigkeit einer Verlängerung dieser Behandlung bis über
eine Zeitdauer, die eine Zerkleinerung der Fasern auf eine Länge von unterhalb 1
mm befürchten ließe, zu vermeiden, werden während dieses letzteren Behandlungsvorganges
1,6 kg einer 500/oigen Emulsion von Polyvinylacetat, wie sie im Handel unter der
Marke »Emultex F 505« erhältlich ist, und dann 5 kg einer auf 500/0 verdünnten Lösung
von Natriumsilikat von 360 Baume zugesetzt.
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Am Ende dieser Behandlung ergibt sich eine vollkommene Homogenität.
Dann wird 1 kg mit 2 Molekülen Wasser kristallisiertes Calciumchlorid eingetragen,
dessen Lösung praktisch augenblicklich erfolgt, und die Rührgeschwindigkeit wird
verringert.
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Unter diesen Bedingungen beträgt die Porosität des hergestellten
Materials 240 und der Druckverlust 11, bei einem Filterwirkungsgrad von 99,99 (für
Teilchen, die größer oder gleich 0,1 Mikron sind) und einem Widerstandskoeffizienten
von mehr als 1,6.
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In einer gleichen Mischung, die aus 10°/o Asbest und 90°/o Glasfasern
bestand, jedoch weder Silikat noch Polyvinylacetatlatex enthielt, und die unter
den gleichen Bedingungen, wie vorstehend angegeben, hergestellt wurde, betrugen
die entsprechenden Werte für das fertige Filtermaterial 770 für die Porosität, 4
für den Druckverlust, 99,5 für den Wirkungsgrad und 0,26 für den Widerstandskoeffizienten.
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Beispiel 2 Es wurde unter den gleichen Bedingungen wie gemäß Beispiel
1 gearbeitet, jedoch wurden Glasfasern mit einem Durchmesser von 1 Mikron verwendet.
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Hierbei wurden folgende Ergebnisse erhalten:
| Filtrations- Widerstands- |
| Porosität Druckverlust wirkungsgrad koeffizient |
| Ohne Silikat und Latex ....... ....... 704 4 99,5 0,42 |
| höchstens |
| Mit Silikat und Latex ....... 268 15 99,99 1,6 |
Beispiel 3 Es wurde unter den gleichen Bedingungen wie gemäß Beispiel 1 gearbeitet,
jedoch eine Mischung von Glasfasern von 1 Mikron, 3 Mikron und 6 Mikron
Durchmesser
verwendet, die 90°/o der Fasermasse ausmachte, die außerdem 10°/o Asbest enthält.
Das fertige Filtermaterial besaß die folgenden Eigenschaften:
| Porosität Filtrationswirkungsgrad 1 Widerstandskoeffizient |
| Ohne Silikat und Latex ................... ....... 320 99,5
0,31 |
| höchstens |
| Mit Silikat und Latex ........................ 275 99,99 1,6 |
Patentansprüche: 1. Auf der Papiermaschine hergestelltes, unbrennbares Filtermaterial
für die Feinfilterung von Gasen, das Glasfasern und einen Mineralzusatz enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem innigen Gemisch von Glasfasern, Asbestfasern
und in situ gebildetem Calciumsilikat und gegebenenfalls aus einem weichen Vinylharz
besteht.