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Faservliesmaterial für Filter und Verfahren zu
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seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein Faservliesmaterial
für Filter, das aus einer gepreßten Faserlage und wenigstens teilweise aus Zellulosefasern
besteht, die ein Zurichtmittel enthal-und uns ein Verfahren zu seiner Iferstellung.
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Viele Flüssigkeiten, insbesondere trinkbare Flüssigkeiten wie Milch,
Bier, Wein u.dgl., werden während ihrer Behandlung einem Filtervorgang unterworfen,
um unbrauchbare und unerwünschte Abscheidungen zu entfernen. Im Falle von Milch
war es z.B. eine zeitlang üblich, die rohe Milch durch eine Schicht aus Flanell
oder durch mehrere Schichten aus Gaze hindurcnzugießen. Die beachtlichen Kosten
von Vlies stoffen gaben Anlaß dazu, das Filter nach jedem Gebrauch zu regenerieren,
d.h. den Flanell oder die Gaze zu waschen und zu reinigen, so daß keine Spuren von
gesäuerter Milch zurückblieben, um die nächste Milch zu verunreinigen. Dieses Regenerieren
war zeitraubend und beschwerlich und wurde häufig oberflächlich oder sogar gar nicht
durchgeführt. Molkereihygienefachleute, die für die Milchqualität verantwortlich
sind, empfehlen daher seit vielen Jahren die Verwendung von-Wegwerf- oder Einweg-Filterscheiben
oder #quadraten' und deren Gebrauch ist nun praktisch allgemein üblich.
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Bei der Erzeugung von Milch in einer Milchwirtschaft ist es üblich,
die flüssige Milch durch ein Metallsieb hindurchzugießen, in dessen unterem Teil
ein Filterkissen befestigt ist. Um eine leichte Reinigung zu ermöglichen, sind diese
Siebe
im allgemeinen rund und weisen keine Rillen oder Ecken auf, und die Filterkissen
haben eine kreisförmige Gestalt und werden als Scheiben bezeichnet. Im folgenden
werden jedoch die Filterkissen Filterscheiben genannt ohne Rücksicht auf die genaue
Gestalt des Filterkissens.
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Die ältesten bekannten Filterscheiben aus einem Faservlies sind aus
einer kardierten oder einer auf einem Garnettöffner behandelten Lage aus gebleichten
Baumwollfasern ausgestanzt worden, und gelegentlich werden derartige Filterscheiben
noch verwendet. Es wurde jedoch früh erkannt, daß derartige Filterscheiben gewisse
Nachteile aufweisen. In Stapeln sind sie schwer voneinander zu trennen/ und beim
Gebrauch neigen sie dazu, sich zu verziehen und sich aufzulösen, wodurch dünne Bereiche
in der Scheibe entstehen, durch welche die Abscheidungen hindurchgehen können. Diese
Neigung der älteren bekannten Filterscheiben war im besonderen festzustellen, wenn
der Melker versuchte, den Filtervorgang zu beschleunigen,inaem er das Metalisieb
gegenüber dem Rand der größeren Milchkanne anhob und senkte, in welche die Milch
gegebenenfalls eingegossen wurde.
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Versuche, die vorgenannte Situation zu verbessern, führten zunächst
zur Verwendung von Filterscheiben aus Faservlies, die an ihrer Oberfläche durch
Stärke, Dextrin oder anderen genießbaren Klebstoffen gebunden waren. Später ist
eine erhöhte Naß- und Bruchfestigkeit beim Gebrauch dadurch erzielt worden,daß eine
Lage aus Baumwoll- und aus thermoplastischen Fasern heiß kalandriert worden ist
(US-PS 2 433 531) oder indem neuerdings polymere Bindemittel verwendet worden sind
(US-PS 3 307 706).
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Maßnahmen der vorgenannten Art haben den Filterscheiben eine größere
Naßfestigkeit verschafft, sie haben jedoch einen wesentlichen wirtschaftlichen Nachteil.
Das Faservlies wird nach seiner Herstellung häufig in mehreren
Schichten
auf einem Aufsteckgatter aufgewickelt, von dem das Material abgezogen und flach
auf einem Schneidetisch ausgelegt wird. Hier wird es mit Hilfe kreisförmiger Stempel
in runden Scheiben ausgestanzt, die aufeinandergestapelt werden. Das Ausschneiden
kreisförmiger Scheiben aus Stoffen bringt bekanntlich einen Abfall von 35 bis 40%
oder mehr mit sich, was im einzelnen von der Art des Stanzverfahrens abhängt. Da
der Abfall auf irgendeine Weise gebunden ist, erfordert es ein teures Verfahren,
die wertvollen Fasern von dem Abfall zu trennen, indem mit reinigenden Chemikalien
das Bindemittel entfernt wird, wonach die wiedergewonnenen Fasern gespült und getrocknet
werden müssen. Darüberhinaus widersetzen sich gewisse Bindemittel, die bei der Herstellung
von Filterfaservliesmaterialien verwendet werden, einem solchen kurzen chemischen
Reinigungsprozeß, der außerdem die Fasern spröde macht.
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Man hat auch versucht, die Festigkeit von Faserlagen, die frei von
Bindemitteln sind, dadurch zu verbessern, daß man sie insbesondere zwischen heißen
Kalanderwalzen, die volle Walzen oder Prägewalzen waren, zusammengepreßt hat. Wenn
ein derartiges Verfahren bei Lagen von Baumwollfasern oder Gemischen von Baumwoll-
und Viskosefasern angewendet wird, ist eine Verbesserung der Festigkeit festzustellen.
Wenn jedoch der Prozentsatz der Viskosefasern in einer Baumwoll-Viskose-Mischung
vergrößert wird, verringert sich die Festigkeit des gepreßten Erzeugnisses in drastischer
Weise derart, daß eine 75% Viskose-25% Baumwolle-Mischung wesentlich weniger Festigkeit
aufweist als eine 75% Baumwolle 25% Viskose-Mischung. Filterscheiben, die einen
Uberschuß an Viskosefasern aufweisen und nur durch Zusanunenpressen gebunden sind,
sind wegen ihrer Schwäche und ihrer Neigung, sich beim Gebrauch zu verziehen oder
zu brechen, nicht verwendbar. Vermutlich hängt dies mit der besonderen Eigenart
der Baumwollfasern im Vergleich zu den Viskosefasern zusammen. Da die ersteren von
Natur gekräuselt, miteinander verdreht und gebunden sind, während die Viskosefasern
weniger
fähig sind, sich miteinander zu verflechten, selbst wenn
sie durch äußere Einwirkung gekräuselt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wäre
es wünschenswert, die Baumwollfasern in einer Filterscheibe durch Viskosefasern
zu ersetzen, da Baumwolle verhältnismäßig teuer geworden ist und auch ein kostspieliges
Naßreinigen, Bleichen und Trocknen erfordert, bevor sie zur Verwendung beim Filtern
trinkbarer Flüssigkeiten geeignet ist. Es ist darüberhinaus so gut wie unmöglich,
rohe Baumwollfasern mit dauerhafter Wirkung zusammenzupressen.
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Es ist nun überraschenderweise gefunden worden, daß das Zurichtmittel,
das üblicherweise den Baumwoll- oder den handelsüblichen Viskose-Reyon-Fasern zugesetzt
wird, derart abgewandelt werden kann, daß es eine erhebliche Wirkung auf die Festigkeit
von Filterfaservliesmaterialien hat, die derartige Fasern enthalten. Um das offenen,
Wickeln und Kardieren von Zellulosefasern zu erleichtern, wird bei der Erzeugung
und Behandlung der Fasern nach allgemeiner Übung den Fasern ein Zurichtmittel hinzugefügt,
das im allgemeinen eine ~Seifenfettsäure" (Natriumoleat-#lsäure) darstellt und den
Fasern in einer Menge von 0,2 bis 0,4% bezogen auf das Fasergewicht beigefügt wird.
Derartige seifenfettsaure Zurichtmittel erleichtern die Behandlung der Fasern, wirken
jedoch nicht als Bindemittel. Wie oben erwähnt, nimmt daher die Festigkeit zusammengepreßter
Faserlagen ab, wenn der Prozentsatz des Viskose-Reyons in einer Baumwoll-Viskose-Mischung
vergrößert wird.
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Gemäß der Erfindung enthält das Faservliesmaterial für Filter, das
aus einer gepreßten Faserlage und wenigstens teilweise aus Zellulosefasern besteht,
ein Zurichtmittel, das aus einem flüssigen aliphatischen mehrwertigen Alkohol besteht,
der frei oder im wesentlichen frei von Fettsäure ist.
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Gemäß weiterer Erfindung besteht das Verfahren zur 11erstellung eines
Filterfasermaterials darin, daß als Zurichtmittel ein flüssiger aliphatischer mehrwertiger
Alkohol hinzugesetzt wird, der frei oder im wesentlichen frei von Fettsäuren ist
und die Faserlage unter Druck zusammengepreßt wird.
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Die Zellulosefasern können als Zurichtmittel einen aliphatischen mehrwertigen
Alkohol, z.B. Glyzerin, in einer Menge von 0,05 bis 0,50 Gewichtsprozent enthalten,
wobei ein Bereich zwischen 0,1% bis 0,3% vorzuziehen ist. Derartige Zellulosefasern
können durch die übliche Einrichtung, die bei der Erzeugung von Faservliesen verwendet
wird, einfach behandelt werden. Wenn sie jedoch zusätzlich mit anderen Zellulosefasern
gemischt und zusammengepreßt werden, verleihen sie den aus ihnen erzeugten Faservliesmaterialien
eine unerwartete und bis jetzt unerklärliche Erhöhung der Festigkeit.
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Darüberhinaus kann der Abfall vom Ausstanzen der Filterscheiben, 35
bis 40% des Materials, wieder gewonnen und wieder verwendet werden, indem er in
normaler Weise behandelt wird, wie das mit Bezug auf das Ausgangsmaterial üblich
ist, d.h. öffnen der Fasern, Wickeln und Kardieren.
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Obwohl durch das Verfahren gemäß der Erfindung eine Faseran-Faser-Bindung
zustandekommt, hat diese Bindung eine zerbrechliche Natur und ist ungleich den Bindungen,
die durch die Verwendung wärmegebundener thermomeßplastischer Fasern oder polymerer
Bindemittel zustandekommen. Zweckmäßig werden die Variablen in dem Verfahren derart
eingestellt, daß die Festigkeit eines trockenen Materialstreifens von 5 cm Breite
in Richtung des Vorschubs 2000g nicht wesentlich überschreitet, damit der Abfall
wieder gewinnbar und wieder verwendbar bleibt, ohne daß auf ein Spezialverfahren
zurückgegriffen werden muß.
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Ausführungsbeispiele Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
sind alle Filterscheiben durchIIeSkakniaeren einer Lage aus übereinandergelegten
kardierten Faservliesen hergestellt worden.
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Ausführungsbeispiel 1 Vier im Handel erhältliche Filterscheiben verschiedener
Hersteller wurden bezüglich ihrer Leistungs- und physikalischen Eigenschaften analysiert.
Der Fasergehalt bestand bei allen Scheiben nahezu aus 50% gebleichter Baumwolle
und 50% Viskose-Peyon mit einer regulären handelsüblichen Zurichtung. Die physikalischen
Eigenschaften der Scheiben waren folgende: Durchschnittsgewicht 46g/m2 durchschnittliche
Zugfestigkeit 230g pro im trockenen Zustand in der Be- 5 cm breitem arbeitungsrichtung
Streifen durchschnittliche -Durchfluß zeit 36 sek durchschnittlicher Abscheidungs-
46% von 50 rückstand Mikronteilchen.
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Hierbei ist die Durchflußzeit diejenige Zeit in Sekunden, die ein
gegebenes Flüssigkeitsvolumen braucht, um durch eine Filterscheibe hindurchzufließen.
Abscheidungsrückstand ist der Prozentsatz einer Abscheidung von genormter Siebgröße,
der auf der Filterscheibe beim Gebrauch zurückbleibt. Beide Variablen werden in
einer standardisierten Versuchsreihe im Laboratorium gemessen und ergeben ein Maß
für die zu erwartende Leistungsfähigkeit einer Filterscheibe. Sie bilden kein absolutes
Maß der Leistungsfähigkeit, z.B. in einer Milchwirtschaft, da örtliche Variablen
die Leistungsfähigkeit beeinflussen werden, z.B. die Temperatur und die Viskosität
der Milch, die Anwesenheit oder Abwesenheit von
Absonderungen in
der Milch infolge einer Matitis der Kühe usw. und die Art der Abscheidungen, d.h.,
ob diese aus groben sich absetzenden Teilchen und Haaren bestehen oder aus feinem
Schlamm. Nichtsdestoweniger schaffen Laboratoriumsversuche, die unter wechselnden
Bedingungen mit Betriebsversuchen in Beziehung gesetzt sind, eine Reihe von Laboratoriumsprüfnormen,
durch welche die Brauchbarkeit oder Unbrauchbarkeit einer Filterscheibe vorausgesagt
werden kann.
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Ausführungsbeispiel 2 Die Mischung aus 50% gebleichter Baumwolle
und 50% regulärem Viskose-Reyon wurde durch eine Mischung aus 50% gebleichter Baumwolle,
25% regulärem Viskose-Reyon mit 0,15% Glyzerin Zurichtmittel ersetzt. Die physikalischen
Konstanten waren folgende: Durchschnittsgewicht 48g/m2 Zugfestigkeit im trockenen
Zustand 610g pro 5 cm in der Bearbeitungsrichtung Streifenbreite Durchflußzeit 36
sek Abscheidungsrückstand 52% von 50 Mikronteilchen.
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Die Zugfestigkeit des untersuchten Erzeugnisses beträgt demgemäß das
2,65fache der Zugfestigkeit eines vergleichbaren im Handel erhältlichen Erzeugnisses,
das aus einer gleichen Baumwoll-Viskose-Mischung zusammengesetzt ist.
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Wenn in der Fasermischung der Anteil der mit dem Glyzerin-Zurichtmittel
behandelten Viskose vergrößert wird, vergrößert sich auch die Festigkeit des Gesamtfiltermaterials.
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Auführungsbeispiel 3 Eine Filterscheibe, die aus 100% Viskose-Reyon
mit 0,15% Glyzerin-Zurichtmittel bestand, hatte die folgenden Eigenschaften:
Durchschnittsgewicht
48g/m2 Zugfestigkeit: trocken, in der Bearbeitungs- 2000g pro 5 cm richtung Streifenbreite
trocken, in der Querrich- 500g pro 5 cm tung Streifenbreite naß, in der Bearbeitungs-
225g pro 5 cm richtung Streifenbreite naß, in der Querrich- 70g pro 5 cm tung Streifenbreite
Durchflußzeit 27 sek Abscheidungsrückstand 62% von 50 Mikronteilchen.
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Eine vergleichbare Filterscheibe von etwa gleichem Gewicht, die jedoch
aus 100% Viskosefasern mit einem handelsüblichen Zurichtmittel aus seifiger Fettsäure
bestand, war kommerziell nicht verwertbar, weil sie eine zu geringe Trocken- und
Naßzugfestigkeit und beim Gebrauch eine Neigung zum Verziehen und zur Bildung einer
dünnen Platte aufwies, was einen geringen Abscheidungsrückstand und Milch von unannehmbarer
Qualität zur Folge. hatte.
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Im allgemeinen kann bei Filterscheiben, die aus Baumwollfasern, Viskosefasern
oder Mischungen aus diesen zusammengesetzt sind, eine Vergrößerung der Trocken-
und Naßzugfestigkeit auf 250 bis 700% erwartet werden, wenn das übliche Zurichtmittel
aus seifiger Fettsäure durch ein Zurichtmittel aus Glyzerin ersetzt wird.
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Schon wenn 25% der Viskosefasern mit einem Zurichtmittel aus Glyzerin
versehen werden, wird die Festigkeit doppelt so groß wie diejenige eines Viskose-Baumwoll-Gemischs,
wie oben dargestellt worden ist. Wenn die Filtermedia einen wesentlichen Anteil
von Viskosefasern enthalten, ist es üblich, die Durchflußzeit bzw. den Abscheidungsrückstand
dadurch einzustellen, daß grobe Viskosefasern (10 bis 20 den)
mit
feineren Viskosefasern (1,5 bis 5 den) gemischt werden, was von der Art der zu filternden
Flüssigkeit und der auszusondernden Abscheidung abhängt. Wie zu erwarten, hat die
Verwendung von groben Fasern im allgemeinen kürzere Durchflußzeiten zur Folge, was
jedoch auf Kosten des Abscheidungsrückstandes geht. Offensichtlich kann ein erwünschter
Ausgleich zwischen der Durchflußzeit und dem Abscheidungsrückstand erzielt werden,
wenn man Fasern mit verschiedenen Denierwerten miteinander mischt. In der Praxis
wurde gefunden, daß es z.B. zweckmäßig ist, feine Viskosefasern von etwa 2,2 den
mit einem erwünschten Anteil gröberer Viskosefasern, z.B. 10 den, zu mischen und
zur Erzielung eines maximalen Bindeeffektes das Glyzerin-Zurichtmittel den feinen
Fasern beizugeben.
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Obwohl die obige Erörterung sich mit Zellulosefasern mit einer Beigabe
eines Glyzerin-Zurichtmittels befaßt hat, können wohlgemerkt auch andere flüssige
aliphatische mehrwertige Alkohole,wie Propylenglykol u.dgl., zu dem gleichen Zweck
dienen, da die Bindewirkung vermutlich auf eine Affinität zwischen den aliphatischen
Polyhydroxy-Verbindungen und den in den Zellulosefasern anwesenden Hydroxyl-Gruppen
zurückzuführen ist. Glyzerin bleibt das Glykol der Wahl für das Filtrieren von trinkbaren
Flüssigkeiten wegen seiner anerkannten ungiftigen Natur und seinem weit verbreiteten
Gebrauch in Tinkturen, medizinischem Sirup, Nahrungsmitteln und anderen zur Einnahme
durch Menschen bestimmten Erzeugnissen.
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Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu der
größeren Festigkeit beim Gebrauch weitere Vorteile festzustellen. Die Behandlung
wird erleichtert, weil die Temperaturen, die beim Heißkalandrieren zum Zusainmenpressen
der kardierten Faserlage anzuwenden sind, von den üblichen 1000 C bis 1600 C auf
750 C oder weniger herabgesetzt werden können, was eine Vergrößerung der Geschwindigkeit
der
Erzeugung zur Folge hat. Angesichts des festeren Materials
ist auch das Brechen und das Zustandekommen von Abfall beim Aufbringen auf das Aufsteckgatter
und beim Ausstanzen verringert.