DE19732994A1 - Filterstruktur und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Filterstruktur und Verfahren zu deren Herstellung

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DE19732994A1
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filter structure
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filter
substrate
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DE19732994A
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Paul Wroblewski
Frederick Doran
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Madison Filter 981 Ltd
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Scapa Group Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft eine Filterstruktur, insbeson­ dere zum Herausfiltern von Feststoffteilchen aus wäß­ rigen Medien, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Filterstruktur. Die Filterstruktur gemäß der Erfindung wird insbesondere bei der Filtration von Kao­ lin eingesetzt.
Es ist bekannt, zum Herausfiltern von Kaolinteilchen aus wäßrigen Medien Trommeldrehfilter zu benutzen.
Ein herkömmliches Trommeldrehfilter hat eine runde Trommel, die in mehrere separate axiale Zellen unter­ teilt ist, die in vorgegebenen Abständen um die Trommel verteilt und jeweils mit separaten Filtratrohren ver­ bunden sind. Diese Rohre führen über die Mitte der Trommel auf eine oder auf beide Seiten der Trommel zu einem Vakuum-Umlaufventil und Vakuumsammelgefäßen für Flüssigfiltrat.
Die einzelnen Zellen oder Fächer sind durch eine einge­ stemmte Nut bzw. Schlitz voneinander getrennt, die schwalbenschwanzförmig sein können. Das Filtertuch ist als einstückiges Tuch auf den Mantel der Trommel aufge­ zogen und in eine oder mehrere Einstemmnuten einge­ stemmt. Alternativ können separate Filtertücher auf ein oder mehrere Felder aufgebracht und in die Nuten einge­ stemmt und die ganze Trommel in dieser Weise belegt sein.
Die sich drehende Trommel wird teilweise in einen Trog eingetaucht, der eine Trübe aus Feststoffteilchen und einer wäßrigen Flüssigkeit enthält. Wenn die Trommel in die Suspension eintaucht, wird die Flüssigkeit von einem Vakuum in die Zellen gesaugt und dringt durch das Tuch hindurch in die Zelle ein, von wo aus sie über Rohre aus dem Filter herausbefördert wird.
Von dem Filtertuch zurückgehaltene Feststoffe bilden einen Kuchen, der durch Besprühen mit einer Flüssigkeit wie z. B. Wasser gewaschen wird. Das Abnehmen des Fil­ terkuchens erfolgt durch als Schabermesser bekannte Ab­ streifmesser oder durch eine Schaberwalze.
Zur Abnahme kann das Filtertuch auch von der Trommel abgehoben werden. Bei diesem als "Bandabnahmesystem" bekannten Verfahren wird das Filtertuch nicht in eine der Axialnuten eingestemmt.
Die herkömmlichen Verfahren zur Filtration von feinen Feststoffteilchen und einige Stufen der Kaolinfiltration arbeiten mit einer Effizienz von etwa 2,0 bis 6,0% und erzielen in einem flüssigen Filtrat eine Ausbeute an Kaolin-Feststoffteilchen von 94 bis 98%. Dieser Retentionsgrad ist als äußerst niedrig anzusehen.
Filtrationen wie z. B. die Filtration von Kaolin erfol­ gen praktisch immer nach dem Prinzip, daß die Fest­ stoffteilchen von dem Filtergewebe an der Oberfläche und im Innern der Struktur herausgefiltert oder zurück­ gehalten werden, bis eine Lage oder Schicht von Teil­ chen gebildet ist, die dann selbst als Filtermittel wirkt, das die restlichen Teilchen zurückhält, die wäh­ rend eines vorgegebenen Zeitraumes herauszufiltern sind.
Bei der Filtration von Teilchen aus Kaolin, Titandi­ oxid, Pigment und von sonstigen feinen Teilchen, die im allgemeinen einen Korndurchmesser von etwa 2 Mikron oder weniger haben, durchdringt bei herkömmlichen Gewe­ ben ein Teil der Partikel das Gewebe und wird nicht zu­ rückgehalten.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, das herkömmliche Filter­ tuch durch ein Filtermedium zu ersetzen, von dem die erste Feststoffschicht zurückgehalten wird, so daß der Retentionsgrad erhöht wird.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß durch Verwendung eines speziell beschichteten Gewebes die Filtrationseffizienz von Kaolinteilchen in wäßrigen Medien um ein Vielfaches erhöht werden kann. Die Erfin­ dung hat daher zur Aufgabe, ein beschichtetes Gewebe vorzusehen, das eine maximale Effizienz der Kaolinfil­ tration gewährleistet.
Gemäß der Erfindung wird eine Filterstruktur, insbeson­ dere zum Herausfiltern von Kaolinteilchen aus einem wäßrigen Medium vorgeschlagen, mit einem Polymerpo­ renfilter, das durch ein Textilsubstrat gebildet ist, welches mit einem koagulierten Polymer beschichtet oder imprägniert ist.
Durch die erfindungsgemäße Polymerporenstruktur ist es erstaunlicherweise möglich, die Filterausbeute gegen­ über einer Effizienz von 94% bis 98% bei den her­ kömmlichen Verfahren auf einen Feststoffanteil von 99,97% zu erhöhen.
Die Porenstruktur kann einseitig oder beidseitig oder auf die innere Struktur aller Arten von gewebten und nichtgewebten textilen Geweben aufgebracht sein.
Vorzugsweise ist die polymere Beschichtung des Phasen­ trenngewebes durch eine Beschichtung aus Polyurethan auf Polyether-Basis gebildet. Bei dem Polymer kann es sich auch um ein Derivat von Polyester, Polyetherketon, Caprolactam oder Carbonat handeln.
Das als Trägergewebe für die Polymerporenstruktur die­ nende Substrat ist so gewählt, daß es mit der Poren­ struktur und den chemischen Bedingungen der beabsich­ tigten Filtration kompatibel ist.
Vorzugsweise ist das Substrat ein gewebtes Polyesterge­ webe.
Das Substrat kann bestehen aus einem Kettfaden aus 2/8 PET Stapelfaser, d. h. zwei miteinander verschlun­ genen Fäden zu je acht Filamenten, gewebt in einer 2/1 Köperbindung mit 23 bis 75 Enden pro cm, mit einem Schußfaden aus 1/4 PET Stapelfaser, d. h. einem Einzel­ faden mit vier Filamenten bei 9 Einschüssen pro cm. Ein solches Substrat ergibt ein Gewebe mit einem spezifi­ schen Gewicht von etwa 440 g/m².
Das Substrat kann aus einem Nadelfilz bestehen, d. h. einem Faserflor auf einem Grundgewebe. Es kann aus Web­ stoffen, Laminaten und Kombinationen von gewebten und nichtgewebten Lagen bestehen.
Vorzugsweise wird ein geeignetes Substrat gewählt, das sowohl eine Oberflächenfiltration als auch eine Tiefen­ filtration ermöglicht, wobei die Trennung der Phasen im Innern des Mediums erfolgt. Die Oberflächenfiltration wird im allgemeinen durch gewebte oder beschichtete Ge­ webe erzielt, während für die Tiefenfiltration Nadel­ filze oder nicht gewebte Stoffe verwendet werden. Mit einem beschichteten Nadelfilz wäre sowohl eine Oberflä­ chen- als auch eine Tiefenfiltration zu erzielen.
Bei herkömmlichen Filtertüchern besteht die Tendenz ei­ nes Zusetzens des Gewebes, wobei sich innerhalb der Ge­ webestruktur Feststoffteilchen ansammeln. Diese Teil­ chen bleiben beim Abnehmen des Kuchens im Gewebe zu­ rück, so daß die Durchlässigkeit des Filtertuches für das Filtrat abnimmt und als Folge davon Produktionsra­ ten nicht eingehalten werden können.
Die Polymerporenstruktur verhindert das Ansammeln von Feststoffteilchen innerhalb des Trägergewebes, so daß die Produktionsraten beibehalten werden können.
Das Substrat kann auf beiden Seiten beschichtet sein. Vorzugsweise ist es nur auf einer Seite mit einer poly­ meren Überzugsschicht beschichtet.
Die endgültige Überzugsschicht ist genügend dick, um mindestens eine Seite des Substrates abzudecken; vor­ zugsweise liegt die Dicke in einem Bereich von etwa 0,1-1,0 mm, vorzugsweise von 0,3-0,8 mm, und beträgt höchst vorzugsweise 0,5 mm.
Die Porengröße des Polymerporenfilters beträgt etwa 3 bis 6 Mikron und höchst vorzugsweise etwa 4 Mikron.
Die Durchlässigkeit des Gewebes kann bis zu 0,3398 m³/min (12 cfm), vorzugsweise 0,0283 m³/min (1 cfm) bis 0,1133 m³/min (4 cfm) betragen. Vorzugs­ weise ist die Oberfläche des Phasentrenngewebes sehr glatt, um gute Filterkuchen-Ablöseeigenschaften zu er­ zielen.
Die Koagulation der polymeren Überzugsschicht kann un­ ter Anwendung herkömmlicher DMF-Koagulationstechnik in Dimethylformamid durchgeführt werden, wobei eine Lösung mit 10 bis 20% Feststoffanteil verwendet wird.
Das koagulierte Polymer wird vorzugsweise geschäumt, wobei das Schäumen gleichzeitig mit oder unmittelbar nach der Koagulation erfolgt. Das Schäumen erfolgt ent­ weder auf physikalischem Wege oder mittels eines chemi­ schen Schaumerzeugers, der vorzugsweise durch einen leichtflüchtigen wasserunlöslichen halogenierten Koh­ lenwasserstoff gebildet ist. Der Siedepunkt des haloge­ nierten Kohlenwasserstoffes liegt vorzugsweise im Be­ reich von 10°C bis 60°C und höchst vorzugsweise im Be­ reich von 40°C bis 50°C. Die Schaumerzeuger bestehen bevorzugt aus 1,2-Dibrom-1,1,2,2,-tetrafluorethan und Trichlorfluorethan.
Das Schäumen und/oder die Koagulation des Polymers kann durch Erhitzen des imprägnierten beschichteten Textil­ substrates erzielt werden, vorzugsweise mit einem Hit­ zekoagulierungsmittel. Geeignete Hitzekoagulierungsmit­ tel bestehen aus Vinylalkylether und dessen Derivaten, Polyacetalen, Polythioethern, Poly(ethylenoxid) und dessen Derivaten sowie Poly(propylen/ethylenoxid) und dessen Derivaten. Das Hitzekoagulierungsmittel kann in die Hauptkette des Polymers eingebaut werden. Üblicher­ weise wird durch Erhitzen bis zu einer Temperatur von etwa 70°C nur eine Koagulation erzielt. Durch Erhitzen über diese Temperatur hinaus wird im allgemeinen auch eine Schaumbildung erzielt, sofern ein Schaumerzeuger benutzt wird.
Die Koagulation kann auch durch Zusatz eines geeigneten Elektrolyten und/oder durch Verändern des pH-Wertes des Polymers Latex erzielt werden. So kann z. B. bei katio­ nischen Polymeren die Koagulation bei einem alkalischen pH-Wert eintreten, während sie bei anionischen Polymeren bei einem sauren pH-Wert eintritt. Danach kann ein Erhitzen zum Zwecke einer ausreichenden Schaumbildung erfolgen.
Die Beschichtung kann durch eine beliebige Beschich­ tungstechnik erfolgen, beispielsweise durch Rakel­ streichverfahren, Tauchbeschichtung, Pflatschen, Sieb­ druck oder Sprühen. Es können auch Umkehrbeschichtungs­ verfahren verwendet werden.

Claims (23)

1. Filterstruktur, insbesondere zum Herausfiltern von Kaolinteilchen aus einem wäßrigen Medium, gekennzeichnet durch ein Polymerporenfilter, das ein mit einem koagulierten Polymer beschichtetes oder im­ prägniertes Textilsubstrat aufweist.
2. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Textilsubstrat gewebt oder nichtgewebt ist.
3. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Textilsubstrat ein gewebtes Polyestergewebe ist.
4. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Textilsubstrat einen Kettfaden aus 2/8 PET Stapelfaser, gewebt in einer 2/1 Köperbindung mit 23 bis 75 Enden pro cm, mit einem Schußfaden aus 1/4 PET Stapelfaser aufweist.
5. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Substrat ein Gewebe mit einem spezifischen Gewicht von etwa 440 g/m² aufweist.
6. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Substrat durch einen Nadelfilz gebildet ist.
7. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Substrat sowohl eine Oberflächen- als auch eine Tiefenfiltration erlaubt.
8. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Polymer durch ein Polyurethan auf Po­ lyether-Basis gebildet ist.
9. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Polymer ein Derivat von Polyester, Po­ lyetherketon, Caprolactam oder Carbonat ist.
10. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das koagulierte Polymer auf eine oder beide Seiten des textilen Substrates und wahlweise auf dessen innere Struktur aufgebracht wird.
11. Filterstruktur nach Anspruch 10, bei dem das Polymer in einer Dicke von etwa 0,1-1,0 mm aufgebracht wird.
12. Filterstruktur nach Anspruch 11, bei dem das Polymer in einer Dicke von etwa 0,3-0,8 mm, vorzugsweise etwa 0,5 mm, aufgebracht wird.
13. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem das Polymerporenfilter eine Porengröße von etwa 3-6 Mikron, vorzugsweise etwa 4 Mikron aufweist.
14. Filterstruktur nach Anspruch 1, bei dem die Durchlässigkeit des Polymerporenfilters bis zu etwa 0,3398 m³/min (12 cfm), vorzugsweise etwa 0,0283 m³/min (1-4 cfm) beträgt.
15. Verfahren zur Herstellung eines Polymerporenfilters zum Herausfiltern von Kaolinteilchen aus einem wäßri­ gen Medium, wobei das Verfahren zur Herstellung des Polymerporen­ filters die Verfahrensschritte Beschichten und/oder Im­ prägnieren eines textilen Substrates mit einem Polymer, Erhitzen des Substrates und anschließendes Koagulieren des Polymers umfaßt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Verfahrensschritt des Erhitzens unter Be­ nutzung eines Hitzekoagulierungsmittels durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als Hitzekoagulierungsmittel Vinylalkylether und dessen Derivate, Polyacetale, Polythioether, Po­ ly(ethylenoxid) und dessen Derivate oder Po­ ly(propylen/ethylenoxid) und dessen Derivate benutzt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Hitzekoagulierungsmittel in die Hauptkette des Polymers eingebaut ist.
19. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem eine Koagulation durch Zusatz eines geeigneten Elektrolyten und/oder durch Verändern des pH-Wertes des Polymers Latex erzielt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, welches als weiteren Verfahrensschritt ein Schäumen des Polymers umfaßt, wobei das Schäumen gleichzeitig mit oder unmittelbar nach der Koagulation erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Schäumen durch einen chemischen Schaumerzeu­ ger erfolgt, vorzugsweise durch einen leichtflüchtigen wasserunlöslichen halogenierten Kohlenwasserstoff.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Siedepunkt des chemischen Schaumerzeugers im Bereich von 10°C bis 60°C und vorzugsweise im Bereich von 40°C bis 50°C liegt.
23. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Schäumen durch einen chemischen Schaumerzeu­ ger erfolgt, der aus 1,2-Dibrom-1,1,2,2,-tetrafluorethan oder Trichlorfluorethan besteht.
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