DE4007693C2

DE4007693C2 - Filterschicht

Info

Publication number: DE4007693C2
Application number: DE4007693A
Authority: DE
Inventors: Peter P Breitbach; Gerd Ritter
Original assignee: Seitz Filter Werke GmbH and Co
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1990-03-10
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2010-03-11
Also published as: GB2241715A; CH685924A5; DK171224B1; US5141643A; DE4007693A1; GB9103445D0; GB2241715B; DK42091A; DK42091D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterschicht, die für die Fest/Flüssigtrennung von Zellulose lösende und/oder mit Zellulose chemisch reagierende Bestandteile aufweisenden Medien geeignet ist, mit einem durch Polyolefin-Fibridteilchen gebildeten Faserstoff-Gerüst, in das filteraktive Teilchen als Filterhilfsmittel eingelagert sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung derartiger Filterschichten.

Filterschichten, die zur Fest/Flüssigtrennung eingesetzt werden, bestehen im allgemeinen aus einer Zellstoffaser-Matrix, in welcher Zellstoffasern in sinnvoller Unordnung vorliegen, und sowohl in trockenem wie auch in durchfeuchtetem Zustand der Filterpappe eine gute Festigkeit verleihen. Zur Bewältigung anspruchsvoller Filtrationsaufgaben werden in diese Zellstoffaser-Matrix Filterhilfsmittel eingebaut. Das sind üblicherweise Kieselguren, Perlite, Aktivkohle oder auch PVPP. Aus DE-OS 33 29 385 ist auch bekannt, solche Filterschichten Polyolefinfasern als längerfasrigen Blattbildnerstoff beizugeben.

Aus DE-GM 87 13 306 ist ferner bekannt, einem für Anschwemmfiltration einzusetzenden Filtermittel außer fibrillierten Polyolefinfasern aus gemahlener Zellulose gebildete Kurzfaserteilchen sowie Kieselgur-Teilchen als filteraktive Bestandteile beizumischen.

Diese bekannten Filterschichten und Filtermittel sind aber nicht verwendbar für die Filtrationsbehandlung von Medien, insbesondere Flüssigkeiten, die Zellulose lösende oder mit Zellulose chemisch reagierende Bestandteile, beispielsweise Cellulase-Enzym, enthalten.

Aus der DE-OS 23 18 831 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus Mikrofibrillen bestehenden Produkts offenbart. Die Mikrofibrillen werden dadurch hergestellt, daß zwei unterschiedliche synthetische Polymere A und B, die bei innigem Mischen miteinander unverträglich sind, gemischt werden und dieses Gemisch in geschmolzenem Zustand zu Fädensträngen oder Folien extrudiert werden, wobei das eine Polymere B mittels eines geeigneten Lösungsmittels herausgelöst wird, so daß das Polymere A in Form feinster Fäden, die als Mikrofibrillen bezeichnet werden, übrig bleibt. Es handelt sich hierbei um mehr oder weniger glatte Fäden, an denen adsorbierende Stoffe und zwar pulverförmige Aktivkohle und Nitrohuminsäure angelagert werden. Hieraus wird dann eine Platte gepreßt, die aber nicht selbsttragend und vor allem nicht den bei der Filtration auf sie ausgeübten Druck aufnehmen kann. Deshalb muß das plattenförmige Adsorptionsmittel z. B. auf einem Glasfilter befestigt werden.

Aus Credali, Lino: Ferlosa synthetic fibrids, new possibilities for the paper industry, in: TAPPI, International symposium on synthetic pulps and papers, 1980, S. 5-16 sind synthetische Fibride aus Polyäthylen oder Polypropylen bekannt. Eine vollständig aus diesen Fibriden bestehende Filterschicht wird jedoch nicht beschrieben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ausgehend von der DE-OS 23 18 831, Filterschichten zur Verfügung zu stellen, die eine ausreichende Eigenstabilität und zugleich Festigkeit zur Aufnahme von filteraktiven Teilchen bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filterschicht vollständig in Form einer selbsttragenden voluminösen Pappe mit einer Struktur in Art eines Vlieses aufgebaut ist, wobei die das Faserstoff-Gerüst bildenden Polyolefin-Fibridteilchen miteinander verfilzt und ineinander verankert sind und in einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades, nämlich von anfibrillierten Faserteilchen bis zu vollständig abgespalteten Fibrillen vorliegen.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich überraschend herausgestellt, daß das Faserstoffgerüst aus miteinander verfilzten und ineinander verankerten Polyolefin-Fibridteilchen ausreichende Eigenstabilität für eine voluminöse Pappe und zugleich ausreichende Festigkeit zur Aufnahme von filteraktiven Teilchen bietet. Die in das Faserstoffgerüst aus Polyolefin eingebauten eigentlichen Filterhilfsstoffe, wie Kieselgur und Perlite, kommen mit ihrer Filtrationswirkung voll zur Geltung, so daß Zellulose lösende oder angreifende Produkte, beispielsweise Cellulase-Produkte mit erfindungsgemäßen Filterschichten nicht nur blank, sondern auch steril filtriert werden können.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das Faserstoff-Gerüst aus Fibridteilchen aus Polyethylen oder Polypropylen oder aus einem Gemisch von Fibridteilchen aus Polyethylen und Polypropylen gebildet sein.

Die in das Faserstoffgerüst eingebauten filteraktiven Teilchen können hinsichtlich ihrer Zusammensetzung bzw. ihres Gemisches und ihrer Größenverteilung in gleiche wie bei Zellstoffasern enthaltenden Filterschichten ausgewählt und eingesetzt werden. Vorzugsweise sind die eingelagerten Filterhilfsmittel Kieselgurteilchen und/oder Perliteteilchen.

Der Gewichtsanteil der Polyolefin-Fibridteilchen an dem Gesamtgewicht der Filterschicht kann zwischen 40 und 60% betragen. Die Faserlänge der Polyolefin-Fibridteilchen kann bis zu ca. 0,8 bis ca. 1,2 mm betragen. Dabei ist die Faserlänge der vollständig fibrillierten Teile d. h. der Fibrillen im allgemeinen nur ein Bruchteil der Faserlänge der anfibrillierten Faserteilchen.

Sofern es die jeweils zu bewältigende Filtrationsaufgabe zuläßt, kann das Faserstoffgerüst bis zu 20% seines Gewichtes längerfasrige Polyolefin-Fasern oder anfibrillierte Polyolefinfasern enthalten, die eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades bestehende Polyolefin-Fibridmasse mit Prozeßwasser in heftige Turbulenz versetzt und diesem in Turbulenz befindlichen Gemisch filteraktive Teilchen als Filterhilfsmittel in einer dem endgültigen Mengenverhältnis bezüglich der Polyolefin-Fibridmasse entsprechender Menge zugesetzt werden, daß die so gebildete Suspension auf ein Siebband in einer Schicht ausgegossen und durch Entfernen des Prozeßwassers in ein Vlies übergeführt wird, wobei dieses Vlies in einem Durchlauftrockner bei einer Temperatur, die mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Polyolefin-Fibride liegt, getrocknet und durch Formatierung in die gebrauchsfertigen Filterschichten übergeführt wird.

Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß bereits zu Verfahrensbeginn die Polyolefin-Fibridteilchen mit dem Prozeßwasser in Turbulenz versetzt und dadurch in ihrer Verästelung voll entwickelt werden. Den so mit dem Prozeßwasser vorbehandelten Polyolefin-Fibridteilchen wird das Filterhilfsmittel zugesetzt, während sie noch weiterhin in Turbulenz gehalten werden. Es entsteht dadurch eine Suspension, in der die Polyolefin-Fibridteilchen in starkem Maße für die spätere gegenseitige Verankerung aktiviert sind. Diese Aktivierung wird bei der Bildung eines Vlieses auf einem Siebband und beim Trocknen des Vlieses dazu ausgenutzt, daß sich die Fibridteilchen zusammenlagern und ineinander verankern, wobei jegliches Anschmelzen der Fibridteilchen zu vermeiden ist.

Das Aktivieren der Fibridteilchen sowie das wirksame Ineinanderlagern und Verankern lassen sich im erfindungsgemäßen Verfahren dadurch noch wesentlich verbessern, daß man die Ausgangsmenge des Prozeßwassers bezüglich der Menge an Polyolefin-Fibridmasse und Filterhilfsmittel derart wählt, daß sich in der Turbulenzbehandlung eine Suspension von 4% atro (=40 g/l) ergibt, die vor dem Ausgießen auf 2% atro (=20 g/l) verdünnt wird.

Eine weitere Verbesserung des Zusammenlagerns und Verankerns der Fibridteilchen läßt sich dadurch erreichen, daß man das Prozeßwasser zu seinem Entfernen auf dem Siebbandanfang durch Ablaufen nach unten unter Falldruck, danach unter Vakuumeinfluß erfolgen läßt. Schließlich empfiehlt es sich für die Erhaltung der wirksamen Verankerung der Fibridteilchen und die Erhaltung hoher Porosität der Filterschicht, daß man das Trocknen des Vlieses durch Heißluft ausführt.

Wenn es beabsichtigt ist, das Faserstoffgerüst mit bis zu 20% seines Gewichtes mit längerfasrigen Polyolefinfasern und/oder anfibrillierten Polyolefinfasern zu verstärken, die eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen, empfiehlt es sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, diese längerfaserigen Polyolefinfasern bzw. anfibrillierten Polyolefinfasern als erstes dem in Turbulenz befindlichen Gemisch von Prozeßwasser und Polyolefinfibridmasse zuzusetzen und dann dem weiterhin in Turbulenz befindlichen Gemisch die Filterhilfsmittel zuzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Filterschicht im Schnitt;

Fig. 2 einen Ausschnitt II der Fig. 1 in etwa 1000 facher Vergrößerung und

Fig. 3 Polyolefin-Fibridteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades in etwa 250facher Vergrößerung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Filterschicht 11 handelt es sich um eine voluminöse Spezialpappe von ca. 1200 bis 1500 g/m² mit einer Dicke von 2,8 bis 4,5 mm und einem Raumgewicht bis zu 0,50 g/cm³.

Wie Fig. 2 zeigt, weist die Filterschicht 11 zur Aufnahme der Filterhilfsmittel, insbesondere Kieselgur und/oder Perlite eine Fasermatrix bzw. ein Faserstoffgerüst auf. Im Gegensatz zu üblichen Filterschichten besteht dieses Faserstoffgerüst aus Fibridteilchen 12 aus Polyethylen und/oder Polypropylen. Solche Fibridteilchen sind durch zerfaserndes Mahlen von Polyethylenfasern und/oder Polypropylenfasern gebildet, deren Ausgangslänge bei ca. 0,8 bis 1,2 mm liegt. Wie Fig. 3 zeigt, liegen diese Fibridteilchen 12 in einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades vor. So ist ein Fibridteilchen ein mehr oder weniger anfibrilliertes Faserteilchen 12a, das in seinem Mittelbereich noch einen Faserabschnitt 12d aufweist und an seinen Endbereichen 12e pinselartig aufgespalten ist. Ein Fibridteilchen 12b etwas höheren Fibrillierungsgrades weist noch insgesamt den Zusammenhang zwischen den Fibriden auf, wobei insbesondere in den Endbereichen bereits eine starke Aufspaltung in Fibrillen 12f erfolgt ist, während insbesondere in den Mittelbereichen noch zusammenhaltende mehr oder weniger massive Teile 12g vorhanden sind. Bei einem noch weiter aufgelösten Fibridteilchen 12c sind praktisch nur noch Fibrillen 12f vorhanden, die jedoch noch mehr oder weniger zusammengehalten sind. Schließlich kann ein Fibrillierungsgrad erreicht werden, bei dem nur noch Fibrillen 12f vorhanden sind. Bei dem Faserstoffgerüst der im dargestellten Beispiel gezeigten Filterschicht 11 ist ein Gemisch solcher Fibridteilchen 12a, 12b, 12c und völlig abgespaltener Fibrillen 12f eingesetzt, wobei die Mengenanteile der Fibridteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades entsprechend der mit der Filterschicht 11 zu erfüllenden Filtrationsaufgabe von Fall zu Fall zu wählen ist.

In jedem Fall ist jedoch das Gemisch von Fibridteilchen 12a, 12b, 12c und Fibrillen 12f derart zu wählen, daß die notwendige Grundfestigkeit des Faserstoff-Gerüstes gewährleistet ist und die filteraktiven Kieselgur-Teilchen und Perlite-Teilchen 14 ausreichend eingebettet sind, und während der Filtration zuverlässig zurückgehalten werden, damit sie nicht in das Filtrat ausgeschwemmt werden. Die filteraktiven Kieselgur-Teilchen 13 und Perlite-Teilchen 14 haben Korngrößen zwischen etwa 5 µm und 100 µm, wobei die mittlere Teilchengröße entsprechend der jeweils zu lösenden Filtrationsaufgabe durch Wahl eines entsprechenden Mischungsverhältnisses von feineren und gröberen (Feingur mit mittlerer Teilchengröße bei 20 bis 50 µm und Grobgur mit mittlerer Teilchengröße zwischen 50 und 70 µm) eingestellt werden kann. Der Korngrößenbereich und die Korngrößenverteilung können bei Perlite-Teilchen in gleicher Weise gewählt und eingestellt werden wie bei Kieselgur-Teilchen.

In jedem Fall hat die Fasermatrix ähnlich feine Verästelungen aufzuweisen, um einerseits bei der Blattbildung eine gute Faser-zu-Faser-Verfilzung zu erzielen, welche die notwendige Festigkeit der Filterschicht sowohl im trockenen als auch in durchfeuchtetem Zustand gewährleistet, und zum anderen in der Verfilzung der verästelten Faserteile die feinen filteraktiven Anteile zuverlässig einzubetten.

Für Feinfiltration vorgesehene Filterschichten 11 weisen ein Faserstoff-Gerüst auf, daß ausschließlich aus Fibridteilchen 12 gebildet ist. Zur Lösung gröberer Filtrationsaufgaben vorgesehene Filterschichten 11 können in ihrem Faserstoffgerüst zur Verstärkung der Blattbildung d. h. Erhöhung der Festigkeit der porösen Pappe einen Anteil von bis zu 20 Gew.-% des Faserstoffgerüstes längerfasrige Polyolefin-Fasern 15 und/oder anfibrillierte Polyolefinfasern enthalten, wobei diese längerfasrigen Polyolefinfasern oder anfibrillierten Polyolefinfasern eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen können.

Ein Beispiel für die Herstellung von Filterschichten 11 ist wie folgt:

In einem Pulper wird Wasser eingetragen. Während ein Rotor das Prozeßwasser in heftige Turbulenz versetzt, werden zuerst ausgewähltes oder vorgemischtes Polyolefin-Fibridmaterial und anschließend Filterhilfsmittel, wie Kieselgur und/oder Perlite und ggf. auch spezielle Filterhilfsmittel, wie Aktivkohle oder PVPP in einer Menge eingetragen, daß sich eine wäßrige Suspension von 4% atro (= 40 g/l) ausbildet. Das Mengenverhältnis des Polyolefin-Fibridmaterials zu Filterhilfsmittel kann 40% : 60% bis zu 60% : 40% betragen, je nach gewünschtem Filtrationseffekt bzw. der zu lösenden Filtrationsaufgabe der später daraus gebildeten Filterschicht. Die Suspension - in welcher das Wasser lediglich der Suspensionsträger für die Polyolefin-Fibridteilchen und das Filterhilfsmittel ist - wird nun zur Herstellung eines Vlieses der späteren Filterschicht nach einer Verdünnung mittels Wasser auf ca. 2,0% atro (= 20 g/l) auf ein endloses, umlaufendes Siebband gepumpt. Während nun das Prozeßwasser anfangs mittels Falldruck nach unten, danach unter Vakuumeinfluß durch das Siebband abläuft, bleiben die Polyolefin-Fibridteilchen und das Filterhilfsmittel in sinnvoller Unordnung auf dem Siebband zurück. Sie bilden das eigentliche Vlies mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften wie Flächengewicht, Dicke und Raumgewicht. Das Vlies wird nunmehr in Form einer endlosen Bahn kontinuierlich einem Durchlauftrockner zugeführt. Hier erfolgt die Trocknung mittels Heißluft bei Temperaturen, die mindestens 10°C unter der jeweiligen Schmelztemperatur der Polyolefin-Fibridteilchen liegen, damit kein Schmelzprozeß stattfinden kann und die morphologische Struktur der Fibridteilchen erhalten bleibt. Nach dem Trockenvorgang und der anschließenden Formatierung sind die Filterschichten gebrauchsfertig.

Bezugszeichenliste

11 Filterschicht
12 Polyolefin-Fibridteilchen
12a anfibrilliertes Faserteilchen
12b Fibridteilchen höheren Fibrillierungsgrades
12c Fibridteilchen, noch weiter aufgelöst
12d Faserabschnitt bei 12a
12e Endbereiche von 12a
12f Fibrillen
13 Kieselgurteilchen
14 Perliteteilchen
15 Polyolefinfaser

Claims

1. Filterschicht, die für die Fest/Flüssigtrennung von Zellulose lösende und/oder mit Zellulose chemisch reagierende Bestandteile aufweisenden Medien geeignet ist, mit einem durch Polyolefin-Fibridteilchen gebildeten Faserstoff-Gerüst, in das filteraktive Teilchen als Filterhilfsmittel eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (11) vollständig in Form einer selbsttragenden voluminösen Pappe mit einer Struktur in Art eines Vlieses aufgebaut ist, wobei die das Faserstoff-Gerüst bildenden Polyolefin-Fibridteilchen (12) miteinander verfilzt und ineinander verankert sind und in einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades, nämlich von anfibrillierten Faserteilchen (12a) bis vollständig abgespalteten Fibrillen (12f) vorliegen.

2. Filterschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstoff-Gerüst aus Fibridteilchen (12) aus Polyethylen oder Polypropylen oder aus einem Gemisch von Fibridteilchen (12) aus Polyethylen und Polypropylen gebildet ist.

3. Filterschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der Polyolefin-Fibridteilchen an dem Gesamtgewicht der Filterschicht zwischen 40 und 60% beträgt.

4. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefin-Fibridteilchen eine Faserlänge von bis zu ca. 0,8 bis ca. 1,2 mm aufweisen.

5. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstoff-Gerüst bis zu 20% seines Gewichts längerfasrige Polyolefin-Fasern (15) und/oder anfibrillierte Polyolefin-Fasern enthält, die eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen.

6. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Faserstoff-Gerüst aus Polyolefin-Fibridteilchen (12) eingelagerten Filterhilfsmittel Kieselgurteilchen (13) und/oder Perliteteilchen (14) sind.

7. Verfahren zum Herstellen von Filterschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades bestehende Polyolefin-Fibridmasse mit Prozeßwasser in heftige Turbulenz versetzt und diesem in Turbulenz befindlichen Gemisch filteraktive Teilchen als Filterhilfsmittel in einer dem endgültigen Mengenverhältnis bezüglich der Polyolefin-Fibridmasse entsprechender Menge zugesetzt werden, daß die so gebildete Suspension auf ein Siebband in einer Schicht ausgegossen und durch Entfernen des Prozeßwassers in ein Vlies übergeführt wird, wobei dieses Vlies in einem Durchlauftrockner bei einer Temperatur, die mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Polyolefin-Fibride liegt, getrocknet und durch Formatierung in die gebrauchsfertigen Filterschichten übergeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmenge des Prozeßwassers bezüglich der Mengen an Polyolefin-Fibridmasse und Filterhilfsmittel derart gewählt wird, daß sich in der Turbulenzbehandlung eine Suspension von 4% atro (=40 g/l) ergibt, die vor dem Ausgießen auf 2% atro (=20 g/l) verdünnt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kieselgur und/oder Perlite als Filterhilfsmittel in entsprechend dem gewünschten Filtrationseffekt der herzustellenden Filterschichten ausgewählter Menge innerhalb der Grenzen des Zugabeverhältnisses bezüglich des Trockengewichtes der Polyolefin-Fibridmasse zwischen 60 : 40% und 40 : 60% zugesetzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Prozeßwassers auf dem Siebband anfangs durch Ablaufen nach unten unter Falldruck, danach unter Vakuumeinfluß erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen des Vlieses mittels Heißluft erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß längerfasrige Polyolefinfasern und/oder anfibrillierte Polyolefinfasern, die eine Faserlänge bis zu 5 mm unter Aufrechterhaltung des Turbulenz-Zustandes vor dem Filterhilfsmittel in das Gemisch von Prozeßwasser und Polyolefin-Fibridmasse eingemischt werden.