DE2723528A1 - Filtermittel und seine herstellung - Google Patents

Filtermittel und seine herstellung

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DE2723528A1 DE19772723528 DE2723528A DE2723528A1 DE 2723528 A1 DE2723528 A1 DE 2723528A1 DE 19772723528 DE19772723528 DE 19772723528 DE 2723528 A DE2723528 A DE 2723528A DE 2723528 A1 DE2723528 A1 DE 2723528A1
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Description

VON KREISLER SCnONWALD McYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING
Uli I^ ^
PATENTANWÄLTE Dr.-Incj. von Kruislur "t" 1973
Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln
Dr.-Ing. Th. Muyur, Köln
Dr.-Incj. K. W. Eishold, Bad Soden
Dr. J. F. Fuls, Köln
Dipl.-Chum. Ali;k von Kreisler, Köln
Dipl.-Cheni. Carola Keller, Köln
Dipl.-In(J. G. Selling, Köln
5 KÖLN 1
Di ICI 1"..VIiNiIAUS AM HAUPlUAHNHO
24. Mai 1977 ΛνΚ/Λχ
Hollingsworth & Vose Company
Bast Walpole, Mass. U.S.A.
Filtermittel und seine Herstellung
709851/0769
;0221) 234541 - 4 Tel.·. : B: i2307 J.iir d T-
Filtermittel und seine Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Filtermittel,·das in einem Faltenfilter für Luft oder für Kohlenwasserstofföle oder Kraftstoffe besonders vorteilhaft ist.
In der US-PS 3 116 245 wird vorgeschlagen, ein Filtermittel herzustellen, indem zuerst eine nass (mit Wasser) gelegte Bahn aus speziell ausgewählten CeIIulosefasern von hoher Reinheit gebildet und die Bahn dann von der Siebseite mit einem Harz imprägniert wird, das ungefähr in die Hälfte der Dicke der Bahn eindringt. In der US-PS 3 096 230 wird vorgeschlagen, ein Filtermittel durch Imprägnieren eines Papiers mit einem hitzehärtbaren Harz und kaltgepreßtem
Rizinusöl bis zu etwa einem Drittel seiner Dicke herzustellen. In der US-PS 3 520 416 wird vorgeschlagen, ein Faserfilterblatt in einem Muster, das sich vollständig durch das Blatt erstreckt, mit ausgewählten Materialien einschließlich Harzen so zu imprägnieren, daß gewisse Zonen des Blattes flüssigkeitsabweisend und andere mit Flüssigkeit benetzbar sind, so daß das imprägnierte Blatt auch nach Tränkung mit Flüssigkeit gasdurchlässig ist. Ferner wurde im Falle von flächigen Fasermaterialien, die besonders vorteilhaft als Elektroisolierung sind, in der US-PS 2 399 338 vorgeschlagen, einen Laminierungsklebstoff auf eine Seite eines Faserblattes in einem Streifenmuster aufzutragen, und in den US-PSen 3 203 823, 3 071 845 und 3 246 271 wird vorgeschlagen, ein Klebstoffharz auf eine oder beide Seiten einer als Elektroisolierung dienenden Faserbahn in verschiedenen Mustern aufzutragen.
Gegenstand der. Erfindung ist ein Filtermittel mit stark verbessertem Wirkungsgrad und stark verbessertem Fassungsvermögen für Verunreinigungen insbesondere
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- ir -
bei kaltem Wetter und mit hochviskosen Ölen. Das Filtermittel besteht aus einer auf nassem Wege hergestellten Faserbahn, die wenigstens 70 Gew.-% Cellulosefasern enthält, ein Reamgewicht von 15,9-81,6 kg hat (1 Ream=3000 Quadratfuß=278,7 m2)(57-29 3 g/m2) und mit einem Harz in einem Muster auf ihrer Siebseite bis zu einer Tiefe von 15 bis 45% der Gesamtdicke der Bahn imprägniert ist, wobei die Harzmenge 9 bis 15 Gew.-% der Bahn beträgt, das Muster erste Zonen, die harzfrei sind, und andere Zonen, die mit dem Harz imprägniert sind, aufweist, wenigstens eine Oberflächendimension jeder der ersten Zonen 0,1 bis 4 mm, die Gesamtfläche der ersten Zonen 35 bis 60% der Gesamtoberfläche der Siebseite und die Porosität oder Luftdurchlässigkeit
3 2 der imprägnierten Bahn 30,5 bis 6100 cm /Min./cm (1 bis 200 Kubikfuß/Min.pro Quadratfuß) bei einer Druckdifferenz von 12,7 mm WS auf einem Frazier-Poro— sitätstester beträgt.
Die nass gelegte Faserbahn gemäß der Erfindung kann auf einer Langsiebmaschine (Fourdrinier) oder auf einer Rundsiebmaschine (Rotoformer) hergestellt werden. In beiden Fällen wird die dem Langsieb oder Rundsieb zugewandte Seite, als "Siebseite" bezeichnet, mit Harz imprägniert. Die Fasern in der zur Herstellung der Bahn verwendeten Stoffsuspension bestehen zu wenigstens 70 Gew.-% aus CeIlulosefasern. Diese CeIIulosefasern können gegebenenfalls a-Cellulosefasern von hoher Reinheit sein, jedoch können auch Cellulosefasern von geringer Reinheit (mit einem durchschnittliehen ot-Cellulosegehalt von weniger als 90 Gew.-%) verwendet werden, und ein aus solchen Fasern von geringer Reinheit hergestelltes Filtermittel ist besonders wichtig, weil die Erfindung es ermöglicht, das Fassungsvermögen eines Filtermittels, das diese Fasern enthält, im Vergleich zu einem bekannten, aus
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vergleichbaren Fasern hergestellten Filtermittel ganz erheblich zu steigern. Beispielsweise können als Cellulosefasern für die Zwecke der Erfindung Fasern aus BaumwolUnters, Holzzellstoff, wiederaufbereiteten Papierfasern und andere Cellulosefasern ähnlicher Herkunft entweder gebleicht oder ungebleicht, verwen det werden. Die verschiedensten synthetischen Fasern können ebenfalls in Mengen bis zu 30 Gew.-X der Gesamtfasern vorhanden sein. Als synthetische Fasern eignen sich beispielsweise solche aus Glas, Reyon, Nylon, Polyestern oder Acrylharzen. Wenn diese synthetischen Fasern vorhanden sind, haben sie vorzugsweise Abmessungen von 0,5 bis 20 den, wobei sie auf Längen von 3,2 bis 12,7 mm geschnitten sind.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen weiter erläutert.
Fig.l zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Filtermittels gemäß der Erfindung im vergrößer ten Maßstab von der Siebseite der Bahn gesehen, wobei die Laufrichtung der Bahn durch den Pfeil angedeutet ist.
Fig.2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig.l.
Die mit Wasser gelegte Faserbahn sollte ein Flächengewicht von 15,9 bis 81,6 kg pro Ream (35 bis 180 Ib.) (57 bis 293 g/m2) haben. Gegebenenfalls können beliebige übliche, Naßfestigkeit verleihende Harze in den üblichen Mengen vorhanden sein, z.B. ein saures kolloides Melaminharz oder ein anionisches oder kationisches Harnstoffharz in der üblichen Menge von 0,5 bis 2,5%, bezogen auf den gesamten Fasergehalt bei Zusatz im Holländer oder 5 bis 7%, bezogen auf das ausgehärtete Gewicht der Bahn, bei Zusatz zum Papierbrei. Diese verhältnismäßig geringe Menge des gege-
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benenfalls vorhandenen, Naßfestigkeit verleihenden Harzes ist gleichmäßig in der gesamten Bahn verteilt und trägt dazu bei, die Faserwanderung in der fertigen Bahn weitgehend auszuschalten.
Die durch Legen mit Wasser gebildete Faserbahn wird nach ihrer Bildung in üblicher Weise getrocknet und dann mit einem Harz in einem Muster auf seiner Siebseite bis zu einer Tiefe von 15 bis 45% der Gesamtdicke des Blattes imprägniert. Das verwendete Harz kann ein beliebiges gewünschtes thermoplastisches oder hitzehärtbares Harz sein, das als Bindemittel oder Verstärkungsmittel zu wirken vermag. Geeignet sind beispielsweise Phenol-Formaldehydharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze,
Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyacrylate und
beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Harze· Hiervon werden flüssige hitzehärtbare Harze, insbesondere Phenol-Formaldehydharze, häufig bevorzugt. Das Harz kann auf die Bahn mit einem flüssigen Träger in Form einer Lösung des Harzes in einem organischen Lösungsmittel aufgetragen werden, jedoch wird Wasser als Träger bevorzugt, wobei das Harz in Form eines wässrigen Gemisches aufgetragen wird. In jedem Fall wird, um die gewünschte Eindringtiefe von der Sieb seite der Bahn zu erreichen, die Viskosität der Harz lösung oder des Harzgemisches vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 8000 bis 50000 cPs eingestellt. Diese hohe Viskosität ermöglicht die Verwendung einer Harzlösung oder eines Harzgemisches mit hohem Fest stoffgehalt, so daß die Menge des zu verdampfenden flüssigen Trägers sowie auch die Herstellungskosten so niedrig wie möglich gehalten werden.
Die Harzmenge (Gehalt an trockenen Feststoffen), mit der die Bahn mustermäßig imprägniert wird, sollte 9 bis 15 Gew.-% der Bahn, auf die das Harz aufgebracht
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wird -(Gewicht der Bahn einschließlich des außer den Fasern in der Bahn vorhandenen, Naßfestigkeit verleihenden Harzes), betragen.
Das Muster, in dem das Harz aufgebracht wird, sollte so gewählt werden, daß, von der Siebseite gesehen, harzfreie Zonen auf der Bahn und andere Zonen, die mit Harz imprägniert sind, erhalten werden. Die Gesamtfläche der harzfreien Zonen sollte 35 bis 6o% der Gesamtoberfläche der Siebseite der Bahn betragen. Das Muster kann so beschaffen sein, daß entweder die imprägnierten oder die nicht imprägnierten Zonen die Form von Streifen oder von unterbrochenen getrennten Flächen haben, von denen eine von der anderen umgeben ist, wie beispielsweise bei einem Sieb. Bei der in Fig.l dargestellten Ausführungsform sind die Flächen 10 mit Harz imprägniert, während die Zwischenräume zwischen diesen Flächen harzfrei sind. Beide Zonen können jede beliebige gewünschte geometrische Form oder Gestalt, z.B. die Form von Kreisen, Ellipsen, Ringen, Rechtecken, Dreiecken, regelmäßigen oder unregelmäßigen Vielecken oder noch kompliziertere Muster einschließlich solcher, die von ästhetischem Wert sind oder eine Information geben, z.B. die Form von Monogrammen, Wörtern oder Bildern haben, vorausgesetzt nur, daß jede nicht imprägnierte Oberflächenzone wenigstens eine Oberflächendimension von 0,1 bis 4 mm hat. Zu diesem Zweck wird angenommen, daß jede dieser Zonen nur zwei Oberflächendimensionen hat, die im rechten Winkel zueinander gemessen werden. Mit anderen Worten, Größe und Form jeder Oberflächenzone, die harzfrei ist, müssen so beschaffen sein, daß der Abstand von einem beliebigen Punkt auf der Oberfläche jeder Zone zum nächsten Rand der Zone 0,05 bis 2 mm betragen muß. Im Falle eines Musters, in dem eine Dimension der harzfreien Zone größer ist als 4 mm,
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während die andere 4 mm oder kleiner ist, wird das Muster vorzugsweise so angeordnet, daß die längere Dimension sich quer zur Maschinenrichtung oder Laufrichtung der Bahn erstreckt, während die kürzere Dimension parallel oder nahezu parallel zur Laufrichtung der Bahn verläuft. Beispielsweise verlaufen im Falle eines Musters aus geraden parallelen Streifen die letzteren vorzugsweise in einem Winkel von 35 bis 90° zur Laufrichtung der Bahn.
Nach der mustermäßigen Imprägnierung der Bahn mit dem Harz kann die imprägnierte Bahn erhitzt werden, um sie zu trocknen und im Falle der Verwendung von hitzehärtbaren Harzen diese Harze, falls gewünscht, in den nächsten Zustand zu überführen. In dieser Form kann sie gelagert oder zum Versand gebracht werden. Wenn·die Bahn anschließend gefaltet oder in anderer Weise geformt werden soll, um in ein Gehäuse zu passen, beispielsweise im Falle einer Faltenfilterpatrone für Schmieröl, kann das Filtermittel anschließend erhitzt werden, um das Falten zu erleichtern, worauf im Falle von hitzehärtbaren Harzen die endgültige Aushärtung vorgenommen werden kann. Bei einer Bahn, die mit einem Phenol-Formaldehydharz imprägniert ist, kann das Harz in den B-Zustand überführt werden, während die Bahn flachliegt, worauf sie auf Größe geschnitten, gefaltet und geformt und das Harz dann zum gewünschten C-Zustand ausgehärtet werden kann.
Ein gemäß der Erfindung hergestelltes Filtermittel hat eine Porosität oder Luftdurchlässigkeit von 30,5 bis 6100 cm /cm pro Minute bei einem Druckabfall von 12,7 mm WS auf einem Frazier-Porositätstester unter Standardbedingungen, wie sie von Schiefer und Mitarbeitern in "J.Research Nat. Bur. Standards" 28 (1942) 637-642 beschrieben werden, und eignet sich als
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-Sf-
Luftfilter oder Flüssigkeitsfilter.
Beim Gebrauch des Filtermittels gemäß der Erfindung muß die imprägnierte Seite oder Siebseite der Bahn in Strömungsrichtung abwärts liegen.
5 Beispiel
Eine Reihe von Faserblättern oder -bahnen mit verschiedenen Flächengewichten, die in der folgenden Tabelle I genannt sind, wurde auf einer Rundsiebmaschine (Rotoformer) aus einem wässrigen Stoffbrei hergestellt, der 100% Baumwollinters (Faserlänge 2 bis 4 mm) enthielt. Ein Naßfestigkeit verleihendes Harz (0,7%, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern) wurde in die Fasersuspension eingeführt. Nach der Bildung und Trocknung der Bahn in üblicher Weise wurde die Siebseite mehrere verschiedener Proben mustermäßig mit einem wässrigen Gemisch von 45 Gew.-% Phenol-Formaldehydharz (Aerotap 557) und 55% Polyvinylacetat (Polyco 2113), das mit einem Polyacrylat (Rhoplex ASE 60) so verdickt war, daß es eine Viskosität von 20000 cPs hatte, imprägniert. Das Harzgemisch wurde auf die Siebseite jeder Probe in einem Netzmuster, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, mit einer Tiefdruckwalze aufgetragen, getrocknet und 1-3 Minuten auf 130uC erhitzt, um das Phenol-Formaldehydharz in den B-Zustand zu überführen. Ein Schnitt durch das fertige Produkt zeigte, daß das Harz zu etwa 30% der Gesamtdicke der Bahn von der Siebseite aus eingedrungen war. Das Netzmuster bestand aus einer imprägnierten Zone in Form von Reihen von Quadraten· Jedes Quadrat hatte eine Kantenlänge von 2 mm und einen Abstand von 0,7 mm zum nächsten benachbarten Quadrat. Jede Reihe erstreckte sich im Winkel von 45° zur Laufrichtung der Bahn, wie in Fig.l dargestellt-. Die harzfreie Zone (mit Ausnahme des gleichmäßig in der gesamten Bahn verteilten, Naßfestigkeit verleihenden Harzes) bildete ein Muster aus 2 Gruppen von paralle-
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ΛΛ
len Streifen, die sich im rechten Winkel schnitten. Weitere Proben mit verschiedenen Flächengewichten wurden aus dem gleichen Stoffbrei ohne Harzimprägnierung hergestellt. Weitere Proben wurden auf der Siebseite mit dem gleichen Harz so imprägniert, daß die Siebseite vollständig bedeckt wurde und das Harz zu etwa 50% der Dicke des Harzes in die Bahn eindrang.
Die Proben wurden gefaltet, worauf das Harz durch Erhitzen für 15 Minuten bei 150°C zum C-Zustand aus gehärtet wurde, worauf die Proben geprüft wurden, indem sie einem Schmierölstrom, der AC-Teststaub als Verunreinigung enthielt, gemäß der Standard-Ölfilterprüfmethode SAE J-8O6a (REV. 1972) ausgesetzt wurden, um das Aufnahmevermögen und den Wirkungsgrad zu be stimmen. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
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Tabelle I
Imprägnierung Ream-Gewicht der Falten- % Harz, bezo- Prüfdauer, Aufnahme- Wirkungs-Bahn _ zahl gen auf die Stunden vermögen, grad
Kein Harz
m M
Muster
Muster
Vollstlndlg
Ib. kg g/m'
Bahn
76 34, 5 124 , 58 kein Harz
76 34, 5 124 58 η η
83 37, 6 135 58 11.6 '
83 37, 6 135 58 11.6
85 38,56 138,4 38,56 138,4
112 50,8 182 " 50,8 182
68
Muster 108 49 176 6 53
Il 49 176 6 H
Vollständig
bedeckt 		89 40,4 145 68
dto. M 40,4 145 Il
Vollständig
bedeckt. 		95 43,1 154, 53
dto. It 43,1 154, •1
51
10.8
12.6
13.5-15.5
13.5-15.5 ,
13.5-15.5 6.5
8.75
13.5
13.25
17.25
15.75
16.0
15.25
10.5
7.0
11.0
9.5
16.0 15.0
6.70
8.34
15.28
14.94
20.81
19.51
19.37
17.40
10.68
8.09
12.59 9.77
13.66 11.66
37.7 54.0
68.2 62.5
92.1 94.9
87.8 87.6
80.6 74.0
84.6 80.4
79.3 84.5
- ti -
Weitere Versuche, die nach der gleichen Testmethode unter Verwendung der synthetischen Verunreinigung SOFTC 2A durchgeführt wurden, ergaben ein wesentlich höheres Aufnahmevermögen der mustermäßig imprägnierten Faserstoffbahn gemäß der Erfindung und einen etwas höheren Wirkungsgrad als bei ähnlichen Bahnen, die über die gesamte Fläche der Siebseite bis zu einer Tiefe von etwa 50% der Dicke der Bahn imprägniert waren.
Weitere Bahnen wurden aus einem Holzzellstoffbrei (89% α-Cellulose oder weniger) hergestellt. Einige Proben dieser Bahnen wurden gemäß der Erfindung im gleichen Muster, mit dem gleichen Harz und bis zur gleichen Eindringtiefe, die vorstehend genannt wurde, imprägniert, während andere Proben vollständig mit dem Harz.so getränkt wurden, daß die Imprägnierung sich über die gesamte Fläche der Siebseite und durch die gesamte Dicke der Bahn erstreckte. Diese Proben wurden dann auf Aufnahmevermögen und Wirkungsgrad nach der vorstehend beschriebenen Testmethode unter Verwendung der Verunreinigung "AC Dust" geprüft. Hierbei wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
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Tabelle
Imprägnierung Ream-Gewicht der Falten- % Harz, bezo-
Bahn zahl gen auf die 11k kg Bahn
Prüfdauer, Aufnahme- Wirkungs-Stunden vermögen, grad
%
Muster
Vollständig
83/86 37,6/39
O CO OO
83 83
37,6 37,6
68
68
Ll .6 17 .5 22 .19 79 .8
•1 17 .75 22 .07 83 .9
18 .6 8 .0 10 .44 85 .9
18 .6 9 .0 9 .65 85 .9
- VC-
Ahnliche Ergebnisse wurden bei Versuchen erhalten, bei denen als Verunreinigung ein synthetischer Schlamm (S0FTC-2A) verwendet wurde.
Alle geprüften Filter mit Ausnahme der nicht imprägnierten Bahnen erfüllten die anerkannte Industrienorm für Faserwanderung (SAEJ 806a) von weniger als 5 mg pro Filterelement.
?·Μ51/Ο70·
Leerseite

Claims (11)

  1. P a t entansprüche
    ( 1) Filtermittel in Form einer auf nassem Wege auf der Papiermaschine gebildeten Faserbahn, die wenigstens 70 Gew.-% CeIlulosefasern enthält, ein Flächengewicht von 57 bis 293 g/m2 hat, mit einem Harz in einem Muster auf ihrer Siebseite bis zu einer Tiefe von 15 bis 45% der Gesamtdicke der Bahn imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzmenge 9 bis 15 Gew.-% der Bahn beträgt, das Muster erste Zonen, die harzfrei sind, und andere Zonen, die mit dem Harz imprägniert sind, aufweist, wenigstens eine Oberflächendimension jeder der ersten Zonen 0,1 bis 4 mm, die Gesamtfläche der ersten Zonen 35 bis 60% der Gesamtoberfläche der Siebseite und die Luftdurchlässigkeit oder,Porosität der imprägnierten Bahn 30,5 bis 61OO
    3 2
    cm /Min. pro cm bei einer Druckdifferenz von 12,7 mm WS auf einem Frazier-Porositätstester beträgt.
  2. 2) Filtermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Zonen eine zweite Dimension aufweisen, die größer als 4mm ist und quer zur Laufrichtung der Bahn verläuft.
  3. 3) Filtermittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Zonen die Form von ununterbrochenen Streifen haben.
  4. 4) Filtermittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Zonen die Form von getrennten geschlossenen Flächen haben.
  5. 5) Filtermittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulosefasern baumwollinters sind.
  6. 6) Filtermittel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulosefasern einen durchschnittlichen a-Cellulosegehalt von weniger als 90 Gew.-%
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    haben.
  7. 7) Filtermittel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß sie als Harz ein Phenol-Formaldehyd harz enthalten.
  8. 8) Filtermittel nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß Größe und Form jeder der ersten Zonen so beschaffen sind, daß der Abstand von jedem Punkt auf der Oberfläche jeder Zone zum nächsten Rand der Zone 0,05 bis 2 mm beträgt.
  9. 9) Verfahren zur Herstellung eines Filtermittels nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Papiermaschine mit Wasser eine wenigstens 7G Gew.-% Cellulosefasern enthaltende Bahn mit einem
    2 Flächengewicht von 57 bis 293 g/m bildet, die Bahn mit einem Harz imprägniert, indem man auf die Sieb— seite der Bahn im beschriebenen Muster ein flüssiges Gemisch, das ein Harz und einen Träger enthält, so aufbringt, daß das Gemisch bis zu einer Tiefe von 15 bis 45% der Gesamtdicke der Bahn in die Bahn ein dringt und die Bahn erhitzt und hierdurch den Träger entfernt und das Harz in einer Menge von 9 bis 15 Gew.-% der Bahn in Form des beschriebenen Musters zurückläßt.
  10. 10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man ein flüssiges Gemisch mit einer Viskosität von 8000 bis 50.000 cPs verwendet.
  11. 11) Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeich net, daß man als flüssiges Gemisch ein wässriges Gemisch, das ein Phenol-Formaldehydharz enthält, verwendet .
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