DE69909085T2

DE69909085T2 - Material zur phasentrennung

Info

Publication number: DE69909085T2
Application number: DE69909085T
Authority: DE
Inventors: Patrick Richard Handbridge LYDON; Frederick Haslingden DORAN
Original assignee: Madison Filter 981 Ltd
Current assignee: Madison Filter 981 Ltd
Priority date: 1998-05-23
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: US6648147B1; WO1999061130A1; NO318828B1; NO20005911L; CA2332956A1; NO20005911D0; AU742904B2; ZA200006611B; AU4152299A; CA2332956C; EP1085933B1; GB9811082D0; DE69909085D1; EP1085933A1

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen bei Phasentrennmaterialien, insbesondere bei der industriellen Fest-Flüssig-Trennung, bei Filtermitteln wie z. B. Filtertüchern oder Siebgurten für alle anerkannten Druck- und Vakuum-Filtersysteme, wie z. B. Trommeldrehfilter, Bandfilterpressen. Die Bezeichnung Phasentrennmaterialien schließt auch Papiermachergewebe ein, wie z. B. Blattbildungsgewebe, Preßfilze, Trockenpartiebespannungen oder Transfergewebe. Die Erfindung betrifft auch Wellpappengurte und Förderbänder. Diese Materialien sind vorzugsweise wasserdurchlässig.
Es ist bekannt, daß solche Materialien insbesondere, jedoch nicht ausschließlich bei Filtern und Papiermachergeweben ein Substrat bilden, z. B. aus einem gewebten Gewebe, einem Spiralgliedgewebe, einer gesinterten Lage, einem Nadelfilz oder Textilverbundstoff oder einem porösen Überzug. Derartige Materialien sind oft aus Fasern oder Partikeln aus einem Material mit geringer Oberflächenenergie, wie z. B. einem Polyolefin, üblicherweise aus Polypropylen, hergestellt oder enthalten diese.
Zur Verbesserung der Eigenschaften des Filters oder Papiermachergewebes, wie z. B. der Filterkuchenablösung, ist es wünschenswert, das Substrat mit einem Fluorpolymer, wie z. B. PTFE, beschichten zu können. Materialien mit geringer Oberflächenenergie, wie z. B. Polyolefine, haften jedoch sehr schlecht an Fluorpolymeren, und folglich sind haltbare Ablöseüberzüge auf Substraten der genannten Art schwer zu erzielen.
In der GB-A-2316015 haben wir zu einem früheren Zeitpunkt ein Verfahren zum Filtern von Kaolin-Partikeln vorgeschlagen, wobei ein Filter mit einem Gewebesubstrat verwendet wird, das mit einem koagulierten Polymer beschichtet oder imprägniert ist. Ebenso haben wir in der GB-A-2,288,755 ein beschichtetes Filtergewebe mit einem Tuch vorgeschlagen, das mit koaguliertem polymerem Latex imprägniert wird, welches nach der Dampfimprägnierung an Ort und Stelle koaguliert. Diese Offenbarungen betreffen ausschließlich das Einbringen eines feinporigen polymeren Mediums in die Hohlräume eines Gewebesubstrats und bieten keinerlei Lösung für das Problem der Verbindung einer Fluorpolymer-Überzugsschicht mit einem Substrat aus einem Material mit geringer Oberflächenenergie. Außerdem haben wir in der W098/07925 ein Filtergewebe usw. offenbart, das durch vorheriges Einlagern von hohlen Fäden oder Fasern, die durch Abrieb geöffnet werden können, porös gemacht werden kann, um Durchlässe in dem Gewebe zu bilden. Es wird vorgeschlagen, daß das Gewebe in ein Polymer eingelagert werden kann, obwohl nicht vorgeschlagen wird, daß ein koagulierbares oder feinporiges Material verwendet wird, und separat, daß Fluorpolymer verwendet werden kann, um die haftabweisenden und schmutzabweisenden Eigenschaften zu verbessern. Es wird nicht erwähnt, daß es bei der Verwendung von Fluorpolymer-Überzugsschichten zu irgendwelchen Problemen kommt, oder daß die Verwendung einer feinporigen Schicht diese mindern könnte.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Phasentrennmaterial zu schaffen, bei dem eine dauerhafte Verbindung zwischen einem Substratmaterial mit geringer Oberflächenenergie und einem Fluorpolymer erzielt werden kann.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Phasentrennmaterial ein poröses Substrat aus einem Material mit geringer Oberflächenenergie, in dem Hohlräume ausgebildet sind, und eine Fluorpolymerschicht auf mindestens einer äußeren Oberfläche des Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß ein koaguliertes feinporiges Polymermaterial vorgesehen ist, das das poröse Substrat zumindest teilweise imprägniert, und daß die Fluorpolymerschicht auf eine äußere Oberfläche des feinporigen koagulierten Polymermaterials aufgebracht wird, so daß die Fluorpolymerschicht überwiegend auf dieser äußeren Oberfläche verbleibt, wobei das feinporige Polymer dazu dient, eine Verbindung zwischen der Fluorpolymerschicht und dem Material mit geringer Oberflächenenergie des porösen Substrats herzustellen.
Das feinporige koagulierte Polymer kann während oder nach dem Imprägnieren des Substrats mit diesem koagulieren.
Die feinporige Schicht kann aus jedem synthetischen oder natürlichen Polymer bestehen, das in einem Lösungsmittel gelöst werden kann, z. B. aus Polyurethan, Silikon, Fluorelastomer oder Gummi.
Das poröse Substrat kann Partikel, Fäden oder Fasern aus einem Material mit geringer Oberflächenenergie, wie z. B. Polyolefin, insbesondere Polypropylen, umfassen oder enthalten. Das poröse Substrat kann die Form jedes der oben aufgeführten Substrate haben, d. h. Gewebe oder Faservlies, gewirkte Strukturen, Nadelfilz-Gewebe, poröser Überzug, gesinterte Lage aus Metall- oder Kunststoffpartikeln oder -fasern oder Spiralgliedgewebe.
Alle obengenannten Substratstrukturen enthalten Hohlräume, in die das koagulierte Polymer zumindest teilweise eindringen kann. Vorzugsweise ist die Substratstruktur in erheblichem Maße imprägniert, z. B. bis zur Hälfte der Dicke des Substrats oder darüber hinaus, und nicht nur auf dem Substrat, sondern auch innerhalb des Hohlraumes der das Substrat bildenden Fäden, Fasern oder Partikel ist ein Überzug gebildet, um ein Filtermittel von sehr viel feinerer Porengröße als das bloße Substrat zu schaffen. Vorzugsweise imprägniert das koagulierte Polymer das Substrat vollständig oder im wesentlichen vollständig und kann das Substrat umhüllen, d. h. eine Beschichtung auf beiden Hauptoberflächen bilden und das Substrat imprägnieren.
Das Fluorpolymer, das bei der Koagulation oder zur Beschichtung des Substrats nach dessen Imprägnierung mit dem koagulierten Polymer verwendet wird, kann ein synthetisches fluoriertes Elastomer umfassen, wie z. B. Polymere oder Copolymere aus Vinylidenfluorid, Pentafluorpropen, Tetrafluorethylen, Hexafluorpropen, z. B. Vinylidenfluorid-Pentafluorpropen-Tetrafluorethylen-Terpolymer oder Vinylidenfluorid-Hexafluorpropen-Tetrafluorethylen-Terpolymer. Es können jedoch Fluorpolymere wie z. B. Tetrafluorethylen, PTFE oder sonstige Fluoralken-Polymere verwendet werden.
Das koagulierbare Polymer kann aus einem Material von relativ niedriger Viskosität im Bereich von 300 bis 1000 cP, beispielsweise etwa 500 cP, bestehen und einen relativ hohen Feststoffgehalt aufweisen. Aufgrund der niedrigen Viskosität kann das Polymer in hohem Maße die Substratstruktur durchdringen und in die Hohlräume oder Zwischenräume zwischen den das Substrat bildenden Fasern, Fäden oder Partikeln eindringen.
Die Überzugs- und Imprägnierschicht aus koagulierbarem Polymer kann auf das Substrat aufgebracht werden, während das Polymer koaguliert, wobei z. B. DMF in einer Lösung mit 5 bis 30% Feststoffanteil verwendet wird. Das koagulierte Polymer ist üblicherweise ein Polymer mit geringer Oberflächenenergie.
Die Koagulation kann dadurch erzielt werden, daß das imprägnierte beschichtete textile Substrat unter Verwendung eines Hitzekoagulierungsmittels erhitzt wird. Geeignete Hitzekoagulierungsmittel enthalten Vinylalkylether oder Derivate davon, Polyacetale, Polythioether, Poly(ethylenoxid) und Derivate davon sowie Poly(propylen/ethylenoxid) und Derivate davon. Das Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 70°C ist ausreichend für eine Koagulation.
Ein alternatives Verfahren der Koagulation besteht darin, daß ein geeigneter Elektrolyt hinzugefügt und/oder der pH-Wert des Polymerlatex verändert wird. So kann z. B. bei kationischen Polymeren die Koagulation bei einem alkalischen pH-Wert erfolgen, und bei anionischen Polymeren erfolgt die Koagulation bei einem sauren pH-Wert.
Das koagulierbare oder koagulierende Polymer kann durch jede beliebige Beschichtungstechnik, wie z. B. Rakelstreichverfahren, Tauchbeschichtung, Siebdruck oder Sprühen, Polstern oder Anwendung von Umkehrbeschichtungsverfahren aufgebracht werden.
Die Fluorpolymerbeschichtung ihrerseits wird vorzugsweise auf die äußere Oberfläche des mit koaguliertem Polymer beschichteten Substrats durch Pflatschen, Sprühen, Schäumen oder Aufstreichen einer Paste als Teilchendispersion mit z. B. 40 bis 70 Gewichts-% Feststoffanteil und einer Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 Mikron auf die Aufnahmefläche aufgebracht, und dann wird der flüssige Anteil der Dispersion (der aus Gründen des Umweltschutzes vorzugsweise aus Wasser besteht) entfernt, beispielsweise durch Verdampfen, Pressen in einer Mangel oder Einsaugen in einen Schlitz, so daß eine gut verbundene Überzugsschicht mit geringer Oberflächenenergie zurückbleibt. Die Konsolidierung der Fluorpolymer-Überzugsschicht kann durch Kalandrieren des beschichteten Gewebes verbessert werden, um die Struktur zu konsolidieren und dadurch das Rückhaltevermögen (d. h. die Aufnahme von Filtratpartikeln) und die Glätte (zur besseren Kuchenablösung) zu verbessern.
Die glatte Fluorpolymer-Beschichtung verleiht der feinporigen Struktur und etwaigen, aus der Struktur herausstehenden Hügeln oder Flottierungen eine erhöhte Abriebfestigkeit und dem Gewebe gute Kuchenablösungseigenschaften. Filtratpartikel werden von dem koagulierten Polymer aufgenommen, das die feinporige Struktur bildet.
Anstelle oder zusätzlich zu dem koagulierten Polymer können Körper, wie z. B. hohle Mikrokügelchen aus Glas, verwendet werden, um Hohlräume in dem Substrat zu füllen.
Das feinporige polymere Material kann durch Sintern, Vernetzen oder mechanisches oder chemisches Blähen oder Schäumen eines geeigneten Materials erzielt werden.
Das koagulierte Polymer kann in einer Menge von 20 bis 200 g/m² aufgebracht werden, so daß ein beschichtetes Substrat gebildet ist (z. B. aus Polyolefin, Polyester, Polyamid oder PAN), das ein Gewicht von 50 bis 2000 g/m² vor dem Kalandrieren aufweist.
Im folgenden sind mehrere mögliche Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Phasentrenn- oder ähnlichen Materialien als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen vergrößerten Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Siebgurtes, der ein gewebtes textiles Gewebesubstrat enthält;
2 eine Ansicht gemäß 1 eines Papiermaschinengewebes, das ein Spiralgliedgewebe-Substrat enthält;
3 eine ähnliche Ansicht eines Filtergewebes mit einem Substrat, das durch eine Lage aus gesinterten Partikeln gebildet ist;
4 eine ähnliche Ansicht eines Papiermaschinen-Preßfilzes mit einem Substrat aus einem nichtgewebten textilen Gewebe; und
5 eine ähnliche Ansicht eines Materials mit einem Substrat aus einem porösen Überzug, das für jeden der obengenannten Zwecke verwendet werden kann oder z. B. als Förderband.
In 1 ist ein Gurt 10 gezeigt, der zur Verwendung als Siebgurt geeignet sein kann. Er umfaßt ein gewebtes Substrat 11, das in schematischer Darstellung Querfäden 12 und mit ihnen verwobene Längsfäden 13 in einem herkömmlichen Muster aus Flottierungen und Hügeln aufweist. Das Substrat 11 ist mit einem koagulierten polymeren Material 14 imprägniert, wie durch Kreuzschraffierung dargestellt.
Die oberen Seitenflottierungen 15 der Längsfäden 13 sind jedoch über dem Material 14 angeordnet, das dadurch eine abriebfeste Oberfläche aufweist, die über die koagulierte polymere Schicht 14 hinaussteht. Die Schicht 14 erstreckt sich unter dem Gewebe 11 und umschließt das Gewebe teilweise an dieser Unterseite.
Die Flottierungen 15 und die Schicht 14 aus koaguliertem polymerem Material sind mit einer Schicht 16 aus Fluorpolymermaterial beschichtet. Dies erleichtert die Ablösung eines Materials, wie z. B. eines Filterkuchens, das sich an der Oberfläche der Schicht 16 ansammelt.
2 zeigt einen Papiermaschinengurt 20 mit einem Spiralgliedgewebe-Substrat 21, das teilweise mit einer Schicht 22 aus koaguliertem polymerem Material imprägniert ist, welche ihrerseits auf einer oberen Fläche mit einer Schicht 23 aus Fluorpolymer-Material beschichtet ist. Die Schicht 22 kann durch eine gewebte oder nichtgewebte Schicht oder ein Faservlies verstärkt sein, wie sie allgemein in der Struktur von Papiermaschinengurten aus Verbundmaterial verwendet werden.
3 zeigt ein Filtergewebe 30 mit einem Substrat 31, das aus gesinterten Partikeln oder Kügelchen aus festem oder porösem polymerem Material besteht, das teilweise unter Druck geschmolzen wurde, so daß Kontaktoberflächen der Partikel oder Kügelchen beim Wiederaushärten des Polymers verbunden werden und Hohl- und Zwischenräume zwischen den Partikeln zurücklassen. Für das Substrat 31 können andere gesinterte Materialien, wie z. B. Metalle oder thermoplastische Fasern, verwendet werden.
Das Substrat 31 ist mit einer Schicht 32 aus koaguliertem polymerem Material überzogen und teilweise imprägniert, das mindestens bis zur Hälfte der Dicke des Substrats in die Hohl- und Zwischenräume des Substrats 31 eindringt, wie durch Kreuzschraffierung in der Zeichnung dargestellt. Die Schicht 32 ist ihrerseits mit einer Überzugsschicht 33 aus Fluorpolymer-Material überzogen.
In 4 umfaßt ein Papiermaschinen-Preßfilz 40 ein Substrat 41, das aus einem nichtgewebten Faserflor oder einer Faserschicht hergestellt ist. Auf das Substrat 41 ist eine koagulierte polymere Schicht 42 aufgebracht und dringt in die Zwischenräume des Gewebes zwischen den Fasern ein, um das Substrat 41 in erheblichem Maße zu imprägnieren, wie durch Kreuzschraffierung dargestellt. Die Schicht 42 kann das Substrat 41 vollständig imprägnieren.
Auf die Schicht 42 ist eine Fluorpolymer-Überzugsschicht 43 aufgebracht.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Materials 50, das in der vorgeschlagenen Weise bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen oder z. B. bei Förderbändern verwendet werden kann. Dieses Material 50 umfaßt ein Substrat 51 aus einer porösen (beispielsweise geschäumten) Membrane aus Kunststoff, die aufgrund ihrer porösen Beschaffenheit wasserdurchlässig ist. Das Substrat 51 ist mit einer Schicht 52 aus koaguliertem polymerem Material überzogen, das in die poröse Struktur des Substrats 51 eindringt, obwohl dies in der Zeichnung nicht ohne weiteres dargestellt werden kann. Die Schicht 52 ist ihrerseits mit einer Schicht 53 aus einem Fluorpolymer überzogen.
Bei den obengenannten Ausführungsformen wurden die koagulierten Polymere, die Fluorpolymer-Überzugsschichten und die Materialien der Substrate aus den Beispielen ausgewählt, die in der obengenannten Beschreibung an früherer Stelle genannt wurden.

Claims

Phasentrennmaterial mit einem porösen Substrat (11) aus einem Material mit geringer Oberflächenenergie, in dem Hohlräume ausgebildet sind, und einer Fluorpolymerschicht (16) auf mindestens einer äußeren Oberfläche des Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinporiges, koaguliertes Polymermaterial (14) vorgesehen ist, das das poröse Substrat (11) zumindest teilweise imprägniert, und daß die Fluorpolymerschicht (16) auf eine äußere Oberfläche des feinporigen, koagulierten Polymermaterials (14) aufgebracht wird, so daß die Fluorpolymerschicht (16) überwiegend auf dieser äußeren Oberfläche verbleibt, wobei das feinporige Polymer (14) dazu dient, eine Verbindung zwischen der Fluorpolymerschicht (16) und dem Material mit geringer Oberflächenenergie des porösen Substrats herzustellen.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem das koagulierte, feinporige Polymer (14) während oder nach dem Imprägnieren des Substrats (11) mit diesem koaguliert.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem die feinporige Schicht aus einem natürlichen oder synthetischen Polymer besteht, das in einem Lösungsmittel gelöst werden kann.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 3, bei dem das Polymer durch ein Polyurethan, ein Silikon, ein Fluorelastomer oder einen Gummi gebildet ist.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Material mit geringer Oberflächenenergie ein Polyolefin ist.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem das poröse Substrat ein Gewebe oder Faservlies, eine gewirkte oder eine Nadelfilz-Faser, einen porösen Film, eine gesinterte Lage aus Metall- oder Kunststoffpartikeln oder ein Spiralgliedgewebe umfaßt.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Substratstruktur bis zur Hälfte der Dicke des Substrats oder darüber hinaus imprägniert ist und das Polymermaterial nicht nur auf dem Substrat, sondern auch innerhalb des Hohlraumes einen Überzug bildet, um ein Filtermittel von sehr viel feinerer Porengröße als das Substrat zu schaffen.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 7, bei dem das koagulierte Polymer das Substrat vollständig oder im wesentlichen vollständig imprägniert.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 8, bei dem das koagulierte Polymer das Substrat umhüllt und eine Beschichtung auf beiden Hauptoberflächen bildet und das Substrat vollständig imprägniert.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem das zur Beschichtung des Substrats verwendete Fluorpolymer nach dem Imprägnieren des Substrats ein synthetisches, fluoriertes Elastomer umfaßt.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 10, bei dem das Fluorpolymer ein Polymer oder Copolymer aus Vinylidenfluorid, Pentafluorpropen, Tetrafluorethylen oder Hexafluorpropen ist.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 11, bei dem das Polymer oder Copolymer aus Vinylidenfluorid durch Vinylidenfluorid-Pentafluorpropen-Tetrafluorethylen-Terpolymer oder Vinylidenfluorid-Hexafluorpropen-Tetrafluorethylen-Terpolymer gebildet ist.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem das koagulierbare Polymer aus einem Material von relativ niedriger Viskosität im Bereich von 300 bis 1000 cP besteht und einen relativ hohen Feststoffgehalt aufweist.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 13, bei dem das koagulierbare Polymer auf das Substrat aufgebracht wird, während das Polymer koaguliert, wobei DMF in einer Lösung mit 5 bis 30% Feststoffanteil verwendet wird.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 14, bei dem die Koagulation dadurch erzielt wird, daß das imprägnierte, beschichtete, textile Substrat unter Verwendung eines Hitzekoagulierungsmittels erhitzt wird, das aus einem der folgenden Stoffe besteht: einem Vinylalkylether oder einem Derivat davon, einem Polyacetal, einem Polythioether oder einem Poly(ethylenoxid) oder einem Derivat davon.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 14, bei dem die Koagulation durch Hinzufügen eines Elektrolyten und/oder durch Verändern des pH-Wertes des Polymerlatex erzielt wird.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Fluorpolymerbeschichtung auf die äußere Oberfläche des mit koaguliertem Polymer beschichteten Substrats als Teilchendispersion mit 40 bis 70 Gewichts-% Feststoffanteil und einer Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 Mikron aufgebracht ist und der flüssige Anteil der Dispersion entfernt und der Überzug durch Kalandrieren konsolidiert ist.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 17, bei dem zum Füllen von Hohlräumen auf dem Substrat hohle Mikrokügelchen aus Glas verwendet werden.
Phasentrennmaterial nach Anspruch 14, bei dem das koagulierbare Polymer in einer Menge von 20 bis 200 g/m² aufgebracht ist, so daß ein beschichtetes Substrat gebildet ist, das ein Gewicht von 50 bis 2000 g/m² vor dem Kalandrieren aufweist.