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Verfahren zur Herstellung von Filtern für stark angreifende Flüssigkeiten,
insbesondere von Olfiltern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Filtern für chemisch aggressive Flüssigkeiten, insbesondere von Olfiltern, aus Mineralfasern
und dem zur Verkittung dienenden Binde mittel.
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Es ist bekannt, als Bindemittel für Filter Kaltwasserpasta wie Kartoffel-
oder Weizenstärke zu verwenden. Auch die Benutzung von Kasein ist vorgeschlagen
worden. Derartige Bindemittel sind für manche Zwecke brauchbar, in vielen Fällen
genügen sie jedoch den gestellten Anforderungen nicht. So zeigt z. B. Kasein die
Tendenz, nach der Oberfläche der Filtermaterialmasse zu wandern, wenn der zur Formgebung
der Filtermasse erforderliche Flüssigkeitsüberschuß durch Trocknung oder Erhitzung
abgetrieben wird. Hierdurch bildet sich eine harte und dichte Oberflächenschicht
aus, die für zu filterndes 01 kaum durchlässig ist.
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Zur Uberwindung der bei den gebräuchlichen Bindemitteln auftretenden
Mißstände sind Versuche mit zahlreichen Substanzen, auch mit den in der Erfindung
verwendeten Phenolharzen angestellt worden. Trotzdem erwiesen sich derartige Filter
in mancher Hinsicht als mangelhaft. Zur Herstellung derartiger Filter muß die Mineralwolle
während der Untermischung mit dem Kunstharz mit einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge
durchtränkt sein, und da auch das Kunstharz nur in nicht zu viskoser Form in die
Mineralwolle eingemischt werden kann, würde die erforderliche Flüssigkeitsmenge
der
Mineralwollç meist in Form einer ziemlich stark verdünnten Kunstharzlösung
zugebracht. Die Mineralwolle müßte vor der Zubringung der Kunstharzlösung sorgfältig
getrocknet werden, und bei Verwendung der in ihren Eigenschaften günstigen Phenolharze
kommen als Flüssigkeiten nur die relativ teuren organischen Lösungsmittel, meistens
Alkohol, in Betracht. Bei der Trocknung oder Abtreibung des Lösungsmittels tritt
dann, ähnlich wie oben beim Kasein beschrieben, der nachteilige Effekt des Wanderns
des Harzes zur Oberfläche störend in Erscheinung und resultiert in einer teilweisen
oder völligen Unbenutzbarkeit des Filters.
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Außerdem ist die Verwendung derartiger Lösungsmittel in den erforderlichen
Mengen recht kostspielig und erfordert infolge der Brennbarkeit besondere Sicherheitsmaßnahmen.
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Die genannten Mißstände sind bei dem Verfahren der Erfindung ausgeschaltet.
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Es gibt ganz allgemein zwei Typen derartiger Kunstharze, solche,
die durch Erhitzen härtbar sind, und solche, die in der Wärme plastisch werden.
Als Bindemittel werden in der Erfindung in der Hitze härtbare Kunstharze auf Phenolbasis
verwendet.
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Die zur Verwendung kommenden, in der Hitze härtbaren Phenolharze
sind in der »A-Stufe« als sogenannte Resole in allen Verhältnissen mit Alkohol mischbar,
sie sind jedoch nach der erforderlichen Wärmebehandlung in der »C-Stufe« als Resite
in allen bekannten Lösungsmitteln unlöslich.
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Da die nicht verdünnten Harze zu viskos und klebrig sind, um bequem
zerstäubt oder mit einer Spritzpistole verwendet zu werden, müssen sie dünnflüssiger
gemacht werden. Zu diesem Zweck kann mit gutem Erfolg Alkohol verwendet werden,
aber es wird nur die zur Erzielung der erforderlichen geringen Viskosität benötigte,
relativ kleine Menge Alkohol zugesetzt, nicht aber eine verdünnte Lösung bereitet.
Das Harz-Alkohol-Gemisch wird dann auf die zur späteren Formgebung mit einer ausreichenden
Menge Wasser angefeuchteten Mineralwolle gespritzt und gleichmäßig untermischt.
Nach Verdampfung der Flüssigkeiten bleibt das Harz als Bindemittel zurück, und zwar
gleichmäßig im Filter verteilt, ohne in erkennbarem Ausmaß zu wandern.
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Versuche haben nämlich ergeben, daß bei Verwendung eines Harzes,
das mit einer größeren Menge der in der Mineralwolle vorliegenden Flüssigkeit mischbar
ist, das also auch nach der Vermischung mit der Mineralwolle mehr oder weniger in
Lösung bleibt, Schwierigkeiten entstehen, und zwar wandert dann das Harz bei der
Trocknung des durchfeuchteten Filtermaterials nach der Oberfläche, ganz wie eingangs
beim Kasein beschrieben.
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Während die Flüssigkeit beim Erhitzungsprozeß ausgetrieben wird, nimmt
sie das Harz aus dem Innern der Masse mit an deren Oberfläche. Es entsteht dort
eine dichte, harte Schicht, während das Innere des Filters infolge Bindemittelmangels
weich und unzureichend verkittet bleibt. An den Stellen dieser verhärteten Schicht
ist das Material für Öl undurchlässig, und durch Verhinderung des Durchlaufs an
diesen Stellen wird die Wirksamkeit des Filters weitgehendst beeinträchtigt.
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Da es nun notwendig ist, zum Formen der Mineralwollmasse relativ
große Mengen Wasser zuzusetzen, kommen im Rahmen der Erfindung nur derartige Harze
zur Verwendung, die nicht mit viel mehr als ihrem Eigengewicht Wasser mischbar sind.
Bei der Untermischung des obenerwähnten Harz-Alkohol-Gemisches mit der mit reichlich
Wasser durchfeuchteten Mineralwolle koaguliert das Harz und scheidet sich aus den
Flüssigkeiten aus, so daß es bei deren Verdampfung nicht mit an die Oberfläche wandert,
sondern gleichmäßig im Filtermaterial verteilt bleibt und somit nach der Härtung
ein in seinen Eigenschaften homogenes, gleichmäßig durchlässiges Filter liefert.
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Eine weitere bedeutende Vereinfachung und Verbilligung des Verfahrens
läßt sich nun erreichen, wenn an Stelle des Alkohols als Verdünnungsmittel für das
Harz Wasser verwendet wird. Die Kosten -des Alkohols sind nicht viel geringer als
die des Kunstharzes, und infolge der Feuergefährlichkeit seiner Dämpfe sind bei
seiner Verwendung zur Wahrung der Betriebssicherheit besondere Vorsichtsmaßregeln
erforderlich. Es ist daher mit Erfolg versucht worden, an seiner Statt Wasser zu
verwenden.
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Die zur Verwendung kommenden Phenolharze sind, wie oben bereits erwähnt,
in- der »A-Stufe« in allen Verhältnissen mit Alkohol mischbar, sie sind aber in
der Regel kaum oder nur in sehr engen Grenzen mit Wasser mischbar. Während bei der
oben beschriebenen Verwendung von Alkohol als Harzverdünnungsmittel aus Gründen
der Vermeidung einer Harzwanderung zur Oberfläche nur gefordert werden mußte, daß
das Kunstharz mit nicht viel mehr als seinem Eigengewicht Wasser mischbar sein darf,
aber eine völlige Wasserunmischbarkeit seine Verwendung durchaus nicht ausschloß,
muß von einem mit Wasser verdünnbaren Harz außerdem gefordert werden, daß es diese
zur Herab setzung seiner Viskosität erforderliche Menge Wasser auch wirklich aufzunehmen
vermag, unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der oberen Mischbarkeitsgrenze.
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Derartige Phenolharze sind herstellbar. Sie werden zur Herstellung
für Filter nach dem Verfahren der Erfindung bevorzugt; sie können selbstverständlich
auch mit Alkohol verspritzt werden.
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Dieses Harz nimmt also Wasser auf, und zwar nicht viel mehr als sein
Eigengewicht. Wenn das Verhältnis von I Teil Harz zu I,5 bis 2 Teilen Wasser erreicht
ist, koaguliert die Mischung unter starker Trübung. Versuche haben ergeben, daß
ein Gemisch von gleichen Teilen Harz und Wasser bequem durch eine Düse zerstäubt
und innig mit der Mineralwolle vermischt werden kann. Infolge der Koagulation bei
weiterem Wasserzusatz, hier in der Mineralwolle vorliegend, tritt also auch bei
Verwendung einer derartigen Harz-Wasser-Mischung keine nennenswerte Harzwanderung
auf.
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Es hat sich gezeigt, daß schon ein mit der doppelten Menge Wasser
ohne Koagulation mischbares Harz
Tendenz zur Harzwanderung zeigt.
Noch stärker tritt diese Tendenz natürlich bei Harzen, die in noch größerem Maße
mit Wasser mischbar sind, auf.
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Als Harzbindemittel wird gemäß der Erfindung ein flüssiges, in der
Hitze härtbares Phenolharz, insbesondere ein Phenol-Formaldehyd-Harz, mit oder ohne
Zusatz von etwas Kresol benutzt. Zu seiner Herstellung dient ein alkalischer Katalysator.
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Das Harzbindemittel gemäß der Erfindung hat die Vorzüge, nicht in
merkbarer Weise zu wandern, beim Trocknen wenig zu schrumpfen und durch Ö1, Wasser
und alle üblichen Lösungsmittel nicht angegriffen zu werden.
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Ein geeignetes Mischungsverhältnis ist 50 g in der Hitze härtbares
Harz, gemischt mit 62,5 g Alkohol oder etwa 50 g Wasser auf 500 g Mineralwolle.
Das Harz-Alkohol- oder Harz-Wasser-Gemisch ist eine klare Flüssigkeit. Beide Lösungsmittel
dienen nur zur Herabsetzung der Viskosität des Harzes zum Zwecke der Verspritzbarkeit.
Die Mineralwolle kann vorher mit 300g oder auch mehr Wasser angefeuchtet werden.
Wenn es erwünscht ist, kann das Harzgemisch auch auf die trockene Wolle gespritzt
und dann Wasser in Mengen von 300 g oder mehr nachträglich zugemischt werden. Die
zusätzliche Wassermenge ist erforderlich, um die Filtermasse nach Vermischung mit
dem Bindemittel formbar zu haben.
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Zur Herstellung des Mineralwolle-Wasser-Harz -Lösungsgemisches wird
zweckmäßig eine Mischvorrichtung nach Art des Teigkneters benutzt. Sie besteht aus
einem drehbaren Gefäß, welches einen feststehenden Zerteiler enthält. Das Gefäß
rotiert, und der Zerteiler wirkt die Masse durch. Mineralwolle und Wasser werden
I bis 2 Minuten lang bis zur gleichmäßigen Verteilung des Wassers gemischt. Dann
wird, während das Gefäß weiter rotiert, die Harzmischung mittels einer Spritzpistole
aufgespritzt. Nach guter Durchmischung des Ganzen wird die Mineralwolle herausgenommen,
bestimmte Mengen werden zu gewünschter Gestalt geformt und durch Hitze getrocknet,
wobei das Bindemittel erhärtet und die Masse verfestigt. Man erhält relativ feste,
poröse, für Öl durchlässige Filterkörper.
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Als ungefähre Mengenverhältnisse von Mineralwolle, Wasser und Harzgemisch
bei einem Ansatz in der Produktion kommen in Frage: 4,5 kg Wasser, 8 kg Wolle, 2000
ccm (gut 2000 g) eines Gemisches aus gleichen Teilen Harz und Wasser (bzw.
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Alkohol).
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Die Mengenverhältnisse können in gewissem Umfang variiert werden,
ohne die Qualität der Erzeugnisse zu mildern.