DE3329385A1 - Asbestfreie filterschicht - Google Patents

Asbestfreie filterschicht

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Description

Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · S? (0 6121) 56 20 22 \
Die Erfindung bezieht sich auf eine asbestfreie Filterschicht, die Zellstoff aus Nadel- und/oder Laubholzfasern, Filterhilfsmittel wie Kieselgur (Diatomeenerde), Perlite u.dgl. und kationisch modifizierte Stoffe enthält.
Aus DE-OS 29 10 289, DE-OS 30 10 581 und DE-OS 30 30 118 ist es bekannt, asbestfreie Filter mit Zellstoff-Fasern und Filterwirkung aufweisenden Füllstoffen wie Kieselgur, Perlite, Aluminiumoxid, Siliciumoxid usw. aufzubauen, wobei z.B. kationisches Polyamid-Polyaminepichlorhydrinharz benutzt werden, um die in der Filterschicht vereinigten Bestandteile, insbesondere die Zellstoff-Fasern miteinander zu binden. Dabei soll dieses kationische Harz in genügender Menge vorhanden sein, um mindestens den Faser -und/oder dem teilchenförmigen Material ein positives Zeta-. Potential zu verleihen. Mit diesem kationischen Harz wird das faserförmige und/oder teilchenförmige Filtermaterial zumindest teilweise umhüllt, so daß die Oberflächeneigenschaften dieses umhüllten Materials zugunsten der Wirkung des kationischen Materials aufgegeben werden. Weiterhin ist es bei diesen bekannten Filterschichten nachteilig, daß das fasrige oder teilchenförmige Filtermaterial in einem durch das Harz gebildeten starren Gerüst gehalten ist und deshalb beim Beaufschlagen des Materials mit Flüssigkeit und dem-dabei eintretenden Quellen die Porositätseigenschäften der Filterschicht beeinträchtigt werden. Außer- · dem neigt die Harzbeschichtung auf den Fasern und Feststoffteilchen dazu, daß sie beim Quellen der Fasern und Feststoffteilchen z.T. aufplatzt und Störstellen bildet. Diese nachteiligen Erscheinungen treten besonders stark i beim Dämpfen und Spülen der Filterschichten in Erscheinung : und können die Wirksamkeit einer Filterschicht mindern.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, asbestfreie Filterschichten mit kationischen Bestandteilen dahingehend wesentlich zu verbessern, daß das Quellen von in der Filter
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schicht vorgesehenen Bestandteilen nicht zu wesentlicher Veränderung der natürlichen Filterporosität führt und auch keinen nachteiligen "Einfluß auf die Bindung der kationischen Bestandteile an die fasrigen und teilchenförmigen Filterkomponenten hat. Insbesondere soll die Filterschicht auch oftmals gedämpft und durch Spülen gereinigt werden können, ohne daß die Wirksamkeit beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als kationisch modifizierter Stoff Zellstoff in fasriger und/ oder fein- bzw. mikrofasriger und/oder granulierter und/ oder pulverisierter Form, eingesetzt wird, an dem kationische chemische Gruppen mit einem Substitutionsgrad zwischen "0,01 und 0,05 chemisch gebunden sind, wobei dieser kationisierte Zellstoff allen oder einen Teil des in der Filterschicht enthaltenen Zellstoffs darstellt und einen Mahlgrad zwischen etwa 20 und etwa 60° Schopper-Riegler aufweist.
Die erfindungsgemäße Filterschicht zeichnet sich durch erhöhte grenzflächenaktive Eigenschaften aus. Sie erbringt eine wesentliche Verbesserung der Abtrennung von Mikroorganismen und eignet sich bevorzugt zur Retention von Feinstoffen in der Schicht.
Die erfindungsgemäß asbestfreie Filterschicht hat außerdem gute Adsorptionsfähigkeit, die sich in Abhängigkeit von dem Substitutionsgrad des kationisierten Zellstoffs für den jeweiligen Anwendungszweck der Filterschicht variieren läßt. Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Filterschicht durch gute Pyrogen- und\>Farbstoffretention aus. Auch diese Eigenschaft läßt sich in Abhängigkeit vom Substitutionsgrad des jeweils zu benutzenden kationisierten Zellstoffs für den jeweiligen Anwendungszweck ein-
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stellen. Die erfindungsgemäße Filterschicht hat erheblich verlängerte Standzeit bei gleichem Kläreffekt. Dabei ist die Verlängerung der Standzeit wiederum abhängig vom Substitutionsgrad des in der Filterschicht benutzten kationisierten Zellstoffs derart, daß mit kationisiertem Zellstoff höheren Substitutionsgrades Filterschichten mit längerer Standzeit erzielt werden als mit kationisiertem Zellstoff geringeren Substitutionsgrades.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Filterschicht liegt in einem verbesserten Kläreffekt unter Beibehaltung, guter Durchflußleistung. Durch das chemische Einbinden der kationischen chemischen Gruppe in den Zellstoff durch Substitution lassen sich schließlich wesentlich verbesserte - Regeneriereigenschaften der Filterschicht erreichen.
Der kationisierte Zellstoff der erfindungsgemäßen Filterschicht kann bevorzugt ein Z-Hydroxy-S-trimethylammoniopropyl-cellulose-chlorid sein. Als erfindungsgemäß zu benutzendes kationisch modifiziertes Mittel kommen auch Zellstoff-Fasern in Betracht, die mit 2,3-Epoxypropyltrimethylammoniumchlorid kationisiert sind. Die Benutzung solcher kationisierter Zellstoffe mit dem obengenannten Bereich des Substitutionsgrades bietet neben den oben angegebenen Vorteilen der Filterschicht auch den zusätzlichen Vorteil, daß sie innerhalb der Filterschicht die Retention der Filterhilfsmittel verbessert und dadurch auch die mechanischen und filtrativen Eigenschaften der Filterschichi verbessert.
Eine für praktische Zwecke vorteilhafte Zusammensetzung der Filterschicht sieht beispielsweise im wesentlichen bis zu 60 Gew.-% pulverförmiges Filterhilfsmittel wie Kieselgur (Diatomeenerde), Perlite u.a., 10 bis 40% kurzfasrig bis mikrofasrig gemahlenen, kationisierten Zellstoff und
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als Rest längerfasrigen Blattbildnerstoff vor. Dabei kann der längerfasrige Blattbildnerstoff nichtkationisierter Zellstoff sein oder auch kationisierter Zellstoff oder auch Polyolefin-Fasern und dergleichen. Der längerfasrige Blattbildnerstoff kann auch ein Gemisch verschiedener Stoffe, beispielsweise von den angegebenen Stoffen sein.
Bevorzugt kommt im Rahmen der Erfindung Zellstoff aus Nadel- und/oder Laubhölzern als Grundlage für den kationisierten Zellstoff und/oder den längerfasrigen Blattbildnerstoff in Betracht.
Bei Filterschichten zum Behandeln von Getränken empfiehlt sich eine Säurewäsche bei pH 2,5 bis pH 1,5, die 'während des Formens oder nach dem Formen der Filterschicht vorgenommen werden kann.
Beispiele: Beispiel 1
Asbestfreie Filterschichten wurden in herkömmlicher Weise aus folgenden wesentlichen Bestandteilen hergestellt:
25 Gew.-% Nadelholz-Zellstoff unbehandelt, gemahlen auf Mahlgrad 40° nach Schopper-Riegler (SR). 25 Gew.-% kationisierter, kurzfasriger Laubholz-Zellstoff und
50 Gew.-% Kieselgur.
Es wurden vier verschiedene Filterschichten hergestellt, die sich im Substitutionsgrad des benutzten kationisierten Zellstoffs unterschieden:
Filterschicht 1.1 mit kurzfasrigem Laubho)iz-Zel Istoff, substituiert mit 2,3 -Epoyypropyltrimethylammoniumchlorid in einem Substitutionsgrad DS = 0,017.
Dipl.-Phys. Heinrich Seids - Patentanwalt ■ Bierstadter Höhe IS · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 . ® (0 61 21) 56 20
Filterschicht 1.2 mit kurzfasrigem Laubholzzellstoff substituiert mit 2,3-Epoxypropytrimethylammoniumchlorid in einem Substitutionsgrad DS = =,=21. Filterschicht 1.3 kurzfasriger Laubholzzellstoff substituiert mit 2,3-Epoxypropyltrimethylammoniumchlorid in einem Substitutionsgrad DS = 0,026 und Filterschicht 1.4 mit kurzfasrigem Laubholzzellstoff substituiert mit 2,3-Epoxypropyltrimethylammoniumchlorid in einem Substitutionsgrad DS = 0,38.
Diese Filterschichten wurden gleichen Untersuchungen unterzogen, und zwar mit Wasser und mit getrübter Flüssigkeit. Die Untersuchung mit getrübter· Flüssigkeit erfolgte auf einer Filterfläche von 100 cm2 über einen ersten Zeitraum von 30 Minuten mit einem Filtrierdruck von 0,5 bar "und anschließendem Zeitraum von 30 Minuten mit Filtrierdruck von 1,0 bar. Gemessen wurde die Menge der unter diesen Bedingungen durch die Filterfläche von 100 cm2 getretenen Flüssigkeit. An dem gewonnenen Filtrat wurde der Kläreffekt in % Sine gemessen.
Die Untersuchungen ergaben, daß die Leistung mit Wasser sowie auch die Leistung mit getrübter Flüssigkeit bei diesen Filterschichten mit zunehmendem Substitutionsgrad des benutzten kationisierten Zellstoffs zunimmt. Ebenso nimmt der Kläreffekt mit zunehmendem Substitutionsgrad des benutzten kationisierten Zellstoffs zu. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Beispiel 2:
Es wurden vier Filterschichten in herkömmlicher Verfahrens weise aus unbehandeltem Nadelholzzellstoff mit Mahlgrad von 45° SR, kationisiertem Zellstoff und Kieselgur hergestellt. Der benutzte kationisiert^ ZeI Istoff war kurzfasriger Laubholzzellstoff, der mit 2,3-Epoxypropyltrimethylammoniumchlorid substituiert war in einem Substitutionsgrad DS = 0,023.
Dipl.-Phys. Heinridi Seids . Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 - & (06121) 56 2022
Die vier Filterschichten unterschieden sich in dem Mengenverhältnis des benutzten unbehandelten Zellstoffs zu dem kationisierten Zellstoff wie folgt:
Filterschicht 2.1 37,5 Gew.-% unbehandelter Zellstoff 12,5 Gew.-% kationisierter Zellstoff und 50 Gew.-% Kieselgur.
Filterschicht 2.2 25 Gew.-% unbehandelter Zellstoff, 25 Gevi.-t kationisierter Zellstoff und 50 Gew.-% Kieselgur.
Filterschicht 2.3 12,5 Gew.-% unbeh.ndelter Zellstoff, 37,5 Gew.-% kationisierter Zellstoff und 50% Kieselgur.
Fitlerschicht 2.4 ohne unbehandelten Zellstoff 50 Gew.-% kationisierter Zellstoff und *50% Kieselgur.
Diese vier Filterschichten wurden hinsichtlich ihrer Leistung mit Wasser und ihrer Leistung mit getrübter Flüssigkeit sowie hinsichtlich ihrer Farbstoff-adsorbtion untersucht. Die Farbstoffadsorbtions-Prüfung verdeutlicht die adsorkiven Eigenschaften der Filterschicht. Hierzu wird eine Filterfläche von 20 cm2 mit einer Farbstoffsuspension in Wasser mit einem Filtrationsdruck Sp - 1 bar beaufschlagt. Es wird die die Filterschicht durchsetzende Flüssigkeitsmenge bis zum Farbstoffdurchbruch in Milliliter (ml) gemessen.
Die folgende Tabelle 2 enthält die nach dem Beispiel 2 erzielten Untersuchungsergebnisse. Alle vier Filterschichten zeigten gute Leistung mit Wasser und gute Leistung mit getrübter Flüssigkeit, wobei keine Abhängigkeit der Leistung von dem Mengenverhältnis von unbehandeltem Zellstoff und kationisiertem Zellstoff nachgewiesen werden konnte. Dagegen wurde nachgewiesen, daß die Farbstoffadsorbtion mit Zunahme der relativen Menge des kationisierten Zellstoffes
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beträchtlich zunahm. Hieraus ist zu schließen, daß die adsobtiven Eigenschaften der Filterschicht mit zunehmendem Gehalt an kationisiertem Zellstoff zunehmen.
Dipl.-Phys. Heinrich Seids · Patentanwalt · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · 6200 Wiesbaden 1 · ST (0 6121) 56 20 22 Tabelle 1
Filterschicht Nr.
Zellstoff (%)
unbehandelt kationisiert 40° SR kurzfasrig/DS
Kieselgur )
1.1
1.2
1.3
1.4		 ro ro ro ro
cn cn cn cn		 25 0,017
25 0,021
25 0,026
25 0,038		 cn cn cn cn
ο ο ο ο		 14,4
12,5
16,4
18,1		 6,5
6,0
7,5
8,0
Leistung mit Wasser Leistung mit getrübter
(1 m "2min"1) (1) Flüssigkeit
Kläreffekt
(% Sine)
1.1
1.2
1.3
1.4		 103
105
125
129
Tabelle 2
Filterschicht Nr.
Zellstoff
unbehandelt 45°SR
kationisiert DS 0,023
Kieselgur (%)
2.1 37 ,5 12,5 Flüssigkeit
Kläreffekt
(% Sine)		 50
2.2 25 25 12,5 50
2.3 12 ,5 37,5 15,0 50
2.4 - 50 11,5 50
Leistung
Wasser		 mit Leistung mit getrübter 12,5 Farbstoff-
adsorbstion
(ml)
2.1 166 180
2.2 219 290
2.3 204 360
2.4 181 460
13,5
15,1
17,6
15,5

Claims (9)

PATENTANWALT DIPL-PHYS. HEINRICH SEIDS 6200 Wiesbaden χ · Bierstadter Höhe 15 · Postfach 5105 · Telefon (o 61 21) 56 20 22 Postscheck Frankfurt/Main iöio 08 - 602 · Bank Deutsche Bank 506 571 · Nass. Sparkasse 120 040 995 Wiesbaden, den 11. August 1983 S 346 VNR: 107565 S/ha Seitz-Filter-Werke 3329385 Theo & Geo Seitz GmbH & Co. 6550 Bad Kreuznach Asbestfreie Filterschicht Patentansprüche
1)iAsbestfreie Filterschicht, die Zellstoff, Filterhilfsmittel wie Kieselgur (Diatomeenerde), Perlite u.dgl. und kationisch modifizierte Stoffe·^ enthält, dadurch gekennzeichnet, daß .:~-'-Cj-''-, ■ . als kationisch modifizierter Stoff'Zellstoff in fasriger und/oder mikrofasviger und/oder granulierter und/oder pulverisierter Form vorgesehen ist, an dem kationische chemische Gruppen mit einem Substitutionsgrad zwischen 0,01 und 0,05 chemisch gebunden sind, wobei dieser kationisierte Zellstoff alle oder einen Teil des in der Filterschicht enthaltenen Zellstoffs darstellt und einen Mahlgrad zwischen etwa 20 und etwa 60° Schopper-Riegler aufweist.
2) Filterschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kationisierte Zellstoff z.B. ein 2-Hydroxy-3-tri- j
methylammoniopropoyl-cellulose-chlorid ist. j
3) Filterschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kationisierte Zellstoff mit 2,3-Epoxypropy1 trimethylammoniumchlorid substitutionsbehandelter ZeIlstoff mit einem Substitutionsgrad zwischen 0,01 und
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0,05 ist. y 3329385
4) Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung aus bis zu 60 Gew.-% pulverförmigem Filterhilfsmittel, 10 bis 40 Gew.-% kurzfasrig bis mikrofasrig gemahlenem kationisiertem Zellstoff, Rest längerfasrigem filteraktivem Blattbildnerstoff.
5) Filterschicht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der längerfasrige Blattbildnerstoff nichtkationisierten Zellstoff enthält.
6) Filterschicht nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der längerfasrige Blattbildnerstoff kationisierten Zellstoff enthält.
7) Filterschicht nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der längerfasrige Blattbildnerstoff Polyolefin-Fasern enthält.
8) Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zellstoff aus Nadel- und/oder Laubhölzern Grundlage für den kationisierten Zellstoff und/oder den längerfasrigen Blattbildnerstoff ist.
9) Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Säurewäsche bie pH 2,5 bis pH 1,5 während und/oder nach dem Formen der Schicht.
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