DE2813356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Folie oder Platte für die Filtration von Flüssigkeiten nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Folie oder Platte.

Auf dem Gebiet der Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere der Filtration von salbenartigen Materialien, bei denen aus der Flüssigkeit suspendierte kolloidale Teilchen entfernt werden, und von Sterilisationsmaterialien, bei denen Bakterien, Schimmelpilze usw., entfernt werden, ist es erforderlich, auf Filtrationsmaterialien, wie beispielsweise Asbestfasern, Kieselgur, Aktivkohle, Siliziumdioxid usw., zurückzugreifen, die eine hohe spezifische Oberfläche besitzen und die Entfernung der genannten Substanzen über Adsorptionsmechanismen ermöglichen.

Derartige Materialien haben im allgemeinen eine anorganische Natur, was zu erheblichen Schwierigkeiten führt, da diese Materialien eine geringe Kohäsion besitzen, und somit häufig eine Wanderung der festen Teilchen vom Filter in die Filtratflüssigkeit auftritt. Das ist vor allem bei der Filtration von Nahrungsmittelflüssigkeiten oder bei der Anwendung auf dem pharmazeutischen Gebiet schädlich.

Es wurden Versuche durchgeführt, bei der Herstellung derartiger Filter herkömmliche Kunstfasern mit oder ohne Cellulosefasern zu verwenden, wobei insbesondere auf das Verfahren der selektiven Schichtbildung der Fasern zurückgegriffen wurde, um ein nennenswertes Leervolumen bei minimalem Porendurchmesser zu erhalten, was jedoch aufgrund der Kompliziertheit und der Umständlichkeit dieses Verfahrens, das beispielsweise in der US-PS 35 73 158 beschrieben ist, Probleme hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit bereitet.

Eine Folie oder Platte nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 mit Fibrillen aus thermoplastischen Polymeren mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 1 m²/g ist bereits Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 28 01 685.5-27 (DE-OS 28 01 685).

Unter dem Begriff der Fibrillen sind im allgemeinen faserartige Strukturen mit einer ähnlichen Morphologie wie derjenigen der Cellulosefasern zu verstehen, deren Länge im allgemeinen zwischen 0,5 und 50 mm und deren Durchmesser oder kleinere Abmessung zwischen 1 und 400 µm liegt. Derartige Folien oder Platten haben eine Filtrationskapazität, die mit derjenigen von herkömmlichen Filtern auf der Basis von Cellulose und/oder anorganischen Materialien vergleichbar ist, und den Vorteil, daß sie eine höhere Kohäsion und Dimensionsstabilität besitzen, wodurch die Neigung wesentlich geringer ist, daß die das Filter bildenden Feststoffteilchen in die filtrierte Flüssigkeit wandern und diese verunreinigen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, eine Folie oder Platte gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die eine bessere Kohäsionseigenschaft und Dimensionsstabilität und eine höhere Filtrationskapazität aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Folie oder Platte ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Folie oder Platte nach dem Patentanspruch 3.

Bei diesem Verfahren erfolgt die thermische Oberflächenbehandlung vorzugsweise zwischen 20°C oberhalb und unterhalb der Schmelztemperatur des die Fibrillen bildenden thermoplastischen Polymeren oder der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymeren mit der niedrigen Schmelztemperatur.

Die thermische Behandlung erfolgt vorzugsweise durch Leiten der Folie über ein oder mehrere Zylinder, bezeichnet als Wärmeschweißzylinder, die bei einer Temperatur in dem vorstehend definierten Bereich gehalten werden, an deren Oberfläche die betreffende Seite der Folie mit der thermischen Behandlung in Kontakt gelangt.

Die Verweilzeit der Folie auf diesen Zylindern variiert bei gleicher Temperatur, Zusammensetzung und bei gleichem Gewicht der Folie, je nachdem, ob man eine Wärmeverschweißung oder Sinterung lediglich der sich unmittelbar an der Oberfläche der Seite befindlichen Fibrillen untereinander bewirken möchte, oder ob man diese Schweißung oder Sinterung noch auf die Phasen der weiter innen liegenden Schichten ausdehnen möchte.

Es ist jedoch bevorzugt, daß die Verweilzeit derart ist, daß die Schicht der wärmeverschweißten Fasern ein Gewicht nicht höher als 20% des Gesamtgewichts der Folie und vorzugsweise nicht niedriger als 5% dieses Gesamtgewichts aufweist.

Die erfolgte Verschweißung und das Ausmaß der Schicht der so verschweißten Fibrillen kann in der Praxis durch die Anwesenheit eines im wesentlichen kontinuierlichen Häutchens auf der so behandelten Fläche veranschaulicht werden, das durch "peeling" beweglich bzw. entfernbar zu sein scheint, wenn die Folie nicht vollständig trocken ist.

Durch das Verfahren der Wärmeverschweißung oder Sinterung kann die aus derartigen Mischungen gebildete Folie nach einem eventuellen Hindurchleiten durch zwei Zylinderpressen zur Verdichtung und mechanischen Entwässerung oder in anderen kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitenden bekannten Entwässerungsvorrichtungen teilweise, z. B. in einer eigenen Kammer bei einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur der vorliegenden Fibrillen getrocknet werden und danach den Sinterzylindern zugeführt werden, oder vorzugsweise wird die aus der Formungsvorrichtung kommende Folie, gegebenenfalls nach einem Pressen, einer Reihe von warmen Zylindern vom Typ zugeführt, der gewöhnlich als Zylinder gleicher-ungleicher Art bezeichnet wird. Im allgemeinen wirken diejenigen der ungleichen Art bei einer Temperatur, die für die Ziele der vorliegenden Erfindung 2 bis 5°C unterhalb derjenigen der gleichen Zylinder gehalten wird, als Trockner, während diejenigen der gleichen Art, die stets und allein die für die Wärmeverschweißung bestimmte Seite der Folie aufnehmen, gleichzeitig als Trockner und Sintervorrichtungen wirken.

Die so erhaltene Folie oder Platte, in der eine einzige Seite die Fibrillen im wärmeverschweißten oder gesinterten Zustand aufweist, kann als Filter verwendet werden, wobei man die zu filtrierende Flüssigkeit der Seite zuführt, deren Fibrillen keiner derartigen thermischen Behandlung unterzogen worden sind.

Die Anwesenheit von Fibrillen im wärmeverschweißten oder gesinterten Zustand auf einer der Oberflächen verändert nicht die Filtrierkapazität der Folie, bei der demzufolge die Kohäsion des faserartigen Materials in Übereinstimmung mit den äußersten Filtrierzonen ebenso wie die Dimensionsstabilität des Filters erhöht wird.

Es können den vorstehend beschriebenen Oberflächenbehandlungen die Folien oder Platten, bestehend aus oder enthaltend Mischungen von Cellulosefasern mit Fasern aus synthetischen Polymeren mit einer spez. Oberfläche von höher als 1 m²/g unterzogen werden, bei denen der Gehalt an Cellulosefasern zwischen 5 und 95 Gew.-% und derjenige der Fibrillen zwischen 95 und 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht dieser Mischungen, variieren kann.

Als verwendbare synthetische Fibrillen können genannt werden diejenigen der Homopolymeren der Olefine, insbesondere Äthylen, Propylen und 4-Methyl-1-penten, der vinylischen Monomeren im allgemeinen, diejenigen von Acrylnitril, Formaldehyd, von Amiden, von Styrol, diejenigen der Acrylate sowie die Polyesterharze und die Copolymeren, erhalten aus den vorstehenden copolymerisierbaren Monomeren.

Derartigen Fibrillen können inerte Füllstoffe einverleibt sein, wie Kaolin, Siliciumdioxid, Silicate, Aluminiumoxid und Aktivkohle, in einer Menge bis zu 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trägerstoff-haltigen Fibrillen.

Die Folien oder Platten, die den vorstehend beschriebenen Oberflächenbehandlungen unterzogen werden sollen, können gemäß bekannten Techniken der Papierherstellung durch Aufbringen der Mischungen der Fasern, beliebig hergestellt, aus ihren Dispersionen in Wasser hergestellt werden. Bevorzugte Ausführungsformen für die Herstellung derartiger Folien oder Platten umfassen einen Arbeitsgang einer gemeinsamen Verfeinerung der Mischungen der Cellulosefasern mit den synthetischen Fibrillen gemäß demjenigen, der in der DE-OS 28 01 685 beschrieben ist.

Um die synthetischen Fibrillen in Wasser (oder in anderen gegebenenfalls eingesetzten inerten Flüssigkeiten) dispergierbar zu machen und deren homogene Mischung mit den Cellulosefasern zu begünstigen, ist es vorteilhaft, die Dispersion in Anwesenheit von Netzmitteln, die dem flüssigen Medium zugegeben werden können, oder die an der Oberfläche der synthetischen Fasern in adsorbierter Form vorhanden sein können, im Anschluß an die Behandlung der Oberflächenmodifizierung mit oberflächenaktiven Substanzen gemäß bekannten Verfahren durchzuführen, von denen eines z. B. dasjenige mit acetalisiertem Polyvinylalkohol ist.

Die eingesetzten Cellulosefasern können aus Cellulose verschiedenen Ursprungs und/oder verschiedener Herstellungsweisen bestehen, vorzugsweise bestehen sie jedoch aus Coniferen-sulfat- oder -bisulfit-cellulose oder aus Laubhölzern-sulfat oder -bisulfit-cellulose, aus Baumwoll-Linters oder aus deren Mischungen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Man bringt in einen Laboratoriums-Holländer 230 g Polyäthylenfibrillen (M. I. = 20, Schmelztemperatur = 135°C) mit einer gewichtsmittleren Länge von 1,5 mm, einem scheinbaren (mittleren) Durchmesser von 20 Mikron und einer spez. Oberfläche von 6,2 m²/g ein, die gemäß dem in der italienischen Patentschrift 9 47 919 beschriebenen Verfahren hergestellt wurden. Hierzu werden 115 g Sulfat-Cellulosefasern von Laubhölzern (Birke) und 115 g Sulfat-Cellulosefasern von Coniferen zugegeben, die zuvor einem Aufschluß durch Behandlung in einem Pulper während einer Zeitdauer von 5 Min. in Anwesenheit von 10 l Wasser unterzogen worden waren.

Die Mischung der Fibrillen und der Cellulosefasern wird durch Zugabe von destilliertem Wasser auf ein Volumen von 5 l je 100 g Mischung gebracht und unter einer Belastung von 2,5 kg verfeinert. Vor dieser Verfeinerung besaß die Mischung einen S. R.-Wert von 15.

Nach der Verfeinerung besaß die Mischung einen S. R.-Wert von 55.

Durch wiederholte Arbeitsgänge werden so 18,4 kg dieser Mischung der Fasern in wäßriger Dispersion hergestellt. Diese Mischung wird zur Herstellung einer kontinuierlichen Folie mit einer Maschine verwendet, die im Umkreis mit zwei Formungszylindern derart ausgestattet ist, daß Folien mit einer Breite von 20 cm in einer Geschwindigkeit von 2 m/Min. gebildet werden. Am Ausgang dieser Formungsvorrichtung führt man die Folie zwischen zwei Preßzylinder, aus denen 40%, bezogen auf Trockensubstanz, austreten und danach führt man sie einer Reihe von 10 Zylindern mit gleichen-ungleichen Anordnungen zu, wobei sich die gleichen Zylinder (für die Wärmeverschweißung) bei einer Temperatur von 121°C befinden, während sich die ungleichen (für die Trocknung) bei einer Temperatur von 118°C befinden. Am Ausgang des 10. Zylinders erhält man eine Folie mit einem Gewicht zwischen 1250 g/m² und einer Dicke von 3 mm, die auf einer einzigen Seite ein Häutchen aus untereinander durch Kohäsion verbundenen Fibrillen mit einem Gewicht von 100 g/m² besitzt.

Die weiteren Eigenschaften der Folie sind die folgenden:

spez. Volumen2,4 cm³/g Gesamtleervolumen67% Geschwindigkeit des Flusses in Bezug auf
dest. Wasser bei 20°C bei einem Druckgefälle von 1 Atm.1000 l/m² · Std.

Die Folie wird in zwei gleiche Teile (a) und (b) geteilt. Ein Teil des Teils (a) wird als solcher zur Filtration einer wäßrigen Suspension von Pseudomonas Fluorescens mit einer Anfangskonzentration von 1 · 10⁶ Mikroorganismen/cm³ verwendet, die durch die Folie unter einem konstanten Druck von 0,4 kg/cm² mit einer im Laufe der Zeit abnehmenden Fließgeschwindigkeit wie in der nachstehenden Tabelle angegeben filtriert wird. Die Werte der Konzentration der in den verschiedenen Fraktionen des gesammelten Filtrats vorhandenen Mikroorganismen sind die folgenden:

Der Teil (b) der Folie wird an der der gesinterten Seite gegenüberliegenden Seite einer leichten Aufrauhung bzw. Reibung mit den Zähnen eines Kammes, die eine rechteckige Form und eine Breite von 5 mm besitzen und in einem Abstand von 5 mm angeordnet sind, unterzogen, wobei man diese ein einziges Mal über die genannte Oberfläche führt und auf diese Weise ein Anheben der Hälfte der dort anwesenden Fasern ohne eine merkliche Ablösung derselben bewirkt.

Ein Teil des Teils (b) wird dann als Filter für die vorstehend beschriebene wäßrige Suspension unter analogen Bedingungen mit den folgenden Ergebnissen verwendet:

Zum Vergleich der Wirksamkeit der Schicht der wärmeverschweißten Fasern bei der Verhinderung der Wanderung von faserartigen Materialien in das Filtrat wird unter Verwendung einer Fasermischung analog der für die vorstehend beschriebenen Filter verwendeten eine Folie mit einem Gewicht von 1250 g/m² und einer Dicke von 3 mm, je ein spez. Volumen von 2,4 cm³/g und ein Gesamtleervolumen von 67% besitzt, hergestellt.

Diese Folie wird zur Filtration einer wäßrigen Suspension von Pseudomonas Fluorescens analog der vorstehend beschriebenen unter den gleichen Arbeitsbedingungen, wie sie für die vorstehend beschriebenen Filter mit modifizierter Oberfläche verwendet wurden, eingesetzt. In diesem Fall stellte man die Anwesenheit von Fasern in den ersten 60 cm³ des Filtrats fest.

Beispiel 2

Die Reste der Teile (a) und (b) der Folie, hergestellt in Beispiel 1, werden zur Filtration eines verfeinerten und teilweise ausgezeichneten Weins verwendet. Der auf einen Wert von 100 des Ausgangsweins bezogene nephelometrische Index, die Werte für die Resttrübung und für die Fließgeschwindigkeit je Filtration des Weins unter einem Druck von 1 kg/cm² sind die folgenden:

Claims (3)

1. Folie oder Platte für die Filtration von Flüssigkeiten aus einer Mischung von Cellulosefasern mit Fibrillen aus thermoplastischen Polymeren mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 1 m²/g, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der thermoplastischen Fibrillen an derjenigen Oberfläche, die der Seite des Eintritts der zu filtrierenden Flüssigkeit gegenüberliegt, wärmeverschweißt oder zusammengesintert ist.

2. Folie oder Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschweißten oder gesinterten Fibrillen eine Schicht mit einem Gewicht von nicht mehr als 20% des Gesamtgewichts der Folie oder Platte bilden.

3. Verfahren zum Herstellen einer Folie oder Platte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Seite der Folie oder Platte, die der Seite des Eintritts der zu filtrierenden Flüssigkeit gegenüberliegt, einer thermischen Oberflächenbehandlung im wesentlichen ohne Druck bei einer Temperatur zwischen einem Wert 30°C über und 30°C unter der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymermaterials, das die Fibrillen bildet, oder des thermoplastischen Polymermaterials mit der niedrigeren Schmelztemperatur unter denjenigen Polymermaterialien, die diese Fibrillen bilden, unterzogen wird.