FI70151B - Filtermaterial baserat pao ett cellulosahaltigt raomaterial oc foerfarande foer dess framstaellning - Google Patents

Description

KUULUTUSJULKAISU Π Γ) Λ C Λ •ISlHP Β 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT /U I Ο I

C Patentti i.i'/'janotty

*> (45) Pat oat ;··:·: a-:?, t lj GO 133G

(51) Kv.lk.*/lnt.CI.* B 01 D 39/18 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 7739^+9 (22) Hakemispäivä - - Ansökningsdag 28.12.77 (H) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 28.12.77 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 29.06.79

Patentti· ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. — 28.02.86

Patent- och registerstyrelsen Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet (71) Vsesojuznoe Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie Tsel1julozno-Bumazhnoi Promyshlennosti , prospekt Shvernika 1+9, Leningrad, USSR(SU) (72) Oleg Alexandrovich Halev, Leningrad,

Idel Nukhimovich Kha1andovsky , Leningrad,

Moisei Rakhmelievich Kagan, Leningrad,

Evgeny Yakovlevich Pechko, Leningrad,

Lev Nikolaevich Laptev, Leningrad,

Semen Semenovich Vaikhansky, Khersonskaya oblast,

Anatoly Ignatievich Khorunzhu, Orlovskaya oblast,

Valery Konstantinovich Afanasiev, Leningrad, USSR(SU) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Sei 1u1oosapitoiseen raaka-aineeseen perustuva suodatinmateriaali ja menetelmä sen valmistamiseksi - Fi1termaterial baserat pä ett ceilu-losahaltigt rämaterial och förfarande för dess framstä1 Ining

Keksinnön kohteena on selluloosapitoiseen raaka-aineeseen perustuva suodatinmateriaali, jonka huokoskoko on 0,1 -120 ^um. Keksinnön kohteena on myös menetelmä tällaisen suo-datinmateriaalin valmistamiseksi.

Keksinnön mukaisesti valmistettua suodatinmateriaalia voidaan erittäin edullisesti käyttää suodatinelementteinä polttomoottoreissa, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmissä, pölyn- ja kaasunkokoomalaitteissa, ja sellaisten maaöljytuottei-den puhdistusjärjestelmissä, joilla on erilaiset viskositeetit ja saastumisasteet. Lisäksi keksintö on käyttökelpoinen suodatettaessa nestemäisiä ruoka-aineita, kemikaaleja, kodin saniteetti- ja terveydenhoidollisissa tuotteissa, ts. suodatinelementteinä, jotka täyttävät ankarimmatkin vaatimukset mitä sekä niiden pidättävyyteen että läpäisevyyteen tulee.

2 70151

Teollisesti nykyään valmistetuissa suodatinmateriaa-leissa, joita käytetään väkevyydeltään erilaisia suspendoitu-neita aineita sisältävien kaasujen erilaisen viskositeetin omaavien nesteiden suodattamiseen, on läpimitaltaan 0,1 -120^,um:n huokosia ja niiden rakenne on sellainen, että yksittäiset huokoset poikkeavat läpimitaltaan suuresti toisistaan. Tästä on seurauksena suodatinmateriaalin epätasaisuus ja sen heikot suoritusominaisuudet mitä pidättävyyteen ja läpäisevyyteen tulee.

Ennestään tunnetaan suodatinmateriaalien valmistamiseksi menetelmiä, jotka perustuvat selluloosaa sisältävien kuitujen pituuden ja rakenteen vaihtelemiseen, sulpun valmistamiseen lisäämällä sekä luonnonkuituja että synteettisiä kuituja että myös vettä hylkiviä aineita.

Erään aikaisemmin tunnetun menetelmän mukaisesti suodatinmateriaalin valmistamiseksi paperin muodossa vaihdellaan lyhyiden ja pitkien kuitujen suhdetta jauhamalla kahta erää selluloosaa sisältävää raaka-ainetta kahdessa rinnakkaisessa virtauksessa vesipitoisessa väliaineessa, mitä seuraa sulpun valmistaminen tästä. Toinen erä jauhetaan pienessä sakeudessa (kuiva-ainepitoisuus 0,5 - 10 %) kun taas toinen erä jauhetaan suuressa sakeudessa (kuiva-ainepitoisuus 15 - 40 %). Koska kuitenkin fibrilloitumis- ja katkeamisprosessit vesipitoisessa väliaineessa suoritetun jauhamisen aikana aina tapahtuvat samanaikaisesti ja riippumatta jauhettavan massan sakeudesta, on käytännössä mahdotonta laajalla alueella säätää suodatinmateriaalin fysikaalis-mekaanisia-, kapillaari-huokoisuus-ja rakenne-sorptio-ominaisuuksia.

Tämä johtuu siitä, että jauhamiseen vesipitoisessa väliaineessa välttämättä liittyy kuitujen huomattavaa turpoamista, fibrilloitumista ja katkeamista, mikä suodatinmateriaalin valmistuksen kuluessa johtaa lujempiin kuitu-kuitu-si-doksiin ja siten suodatinmateriaalin suodatuskyvyn tai suorituskyvyn voimakkaaseen huononemiseen riippuen suodatinmateriaalin kapillaari-huokoisuus- ja rakenne-sorptio-ominaisuuk-sista. Tässä tapauksessa on mahdotonta täyttää edellä esitettyjen ominaisuuksien vaatimukset.

3 70151

Tunnetaan menetelmiä, jotka sallivat alueen laajentamisen, jolla suodatinmateriaalin fysikaalis-mekaanisia, kapillaari-huokoisuus- ja rakenne-sorptio-ominaisuuksia säädellään vaihtelemalla ominaispainetta jauhatusvyöhykkeessä, jauhettavan massan sakeutta, ominaiskuormaa terän reunalla, väliaineen pH:ta, jauhatusterien mallia jne.

Näiden menetelmien mukaisesti selluloosaa sisältävä massa jauhetaan vesipitoisessa väliaineessa holanterien tai muiden panoksittaisten tai jatkuvien jauhatusyksiköiden avulla 1,5 - 4,0 %:n massasakeudessa 1,5 - 2,0 mm:n keskimääräiseen kuitupituuteen, minkä jälkeen valmistetaan sulppu lisäämällä luonnonkuituja ja/tai synteettisiä kuituja sekä myös vettä hylkiviä aineita tasaisen kuitulietteen saamiseksi. Sitten muodostetaan raina, poistetaan vesi ja kuivataan. Suodatinmateriaalin vaadittujen ominaisuuksien saamiseksi täytyy sulppuun lisätä huomattava määrä luonnonkuituja ja/tai tekokuituja (70 %:iin asti suodatinmateriaalin kokonaispainosta).

Syynä tähän ovat kaksi prosessia, jotka tapahtuvat samanaikaisesti ja toisistaan riippumatta jauhatuksen aikana vesipitoisessa väliaineessa: fibrilloituminen ja yksityisten kuitujen katkeaminen. Näiden kummankin prosessin edistyminen muuttaa kuitumassan ja valmiin suodatinmateriaalin ominaisuuksia irreversiibelisti.

Fibrilloituminen johtaa lujiin kuitu-kuitu-sidoksiin, suodatinmateriaalin suurempaan mekaaniseen lujuuteen, mutta samanaikaisesti suljetumpaan pintaan, alempaan huokoisuuteen, läpäisevyyteen, sorboimiskykyyn, tilavuuspainoon, absorboi-miskykyyn jne.;

Katkeaminen parantaa suodatinmateriaalin kapillaarista absorboimiskykyä, ilmanläpäisevyyttä, huokoisuutta ja sorboi-miskykyä, mutta toisaalta siitä on seurauksena aineen alempi mekaaninen lujuus, huonompi kimmoisuus ja suurempi plastisuus.

Siten alan aikaisempien suodatinmateriaalien selluloosaa sisältävän massan jauhatukseen vesipitoisessa väliaineessa perustuvien valmistusmenetelmien vakavin haitta on, että on mahdotonta selvästi erottaa kuitujen fibrilloimis- ja kat-keamisprosessit, mikä sulkee pois mahdollisuuden selektiivi- 4 70151 sesti säätää suodatinmateriaalin fysikaalis-mekaanisia ominaisuuksia kuten huokoisuutta, ilman läpäisevyyttä, sorboi-miskykyä, tilavuuspainoa, mekaanista lujuutta, kimmoisuutta ja plastisuutta. Lisäksi näihin alan aikaisempiin menetelmiin tarvitaan huomattavia määriä kalliita synteettisiä kuituja.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen suodatinmateriaali, jolla on huokoinen rakenne, huokosten ollessa pääasiallisesti samankokoisia, ja taata vaaditut kapillaari-huokoisuus- ja rakenne-sorptio-ominaisuudet sekä mahdollisuuden säätää niitä laajalla alueella.

Keksinnön mukaiselle suodatinmateriaalille on tunnusomaista, että 60 - 85 til.-% huokosista on sellaisia, joiden koko on 5 - 40 ^,um ja joiden halkaisijat eroavat toisistaan enintään 5 ^um.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että kaikki valmistavasti revitty selluloosapitoinen aine jauhetaan ilmaväliaineessa pitoisuudessa vähintään 80 % laskettuna absoluuttisen kuivasta materiaalista keskimääräiseen kuitupitoisuuteen 0,3 - 2,5 mm, minkä jälkeen se dispergoi-daan vesiväliaineeseen kuitususpension saamiseksi, jonka pitoisuus on 1,5 - 6 %, ja tästä ja lisäaineista valmistetaan sulppu.

Keksinnön mukaisesti ilmassa ja vesipitoisessa väliaineessa lisäaineiden kanssa jauhettujen kuitujen seoksesta koostuva sulppu muodostetaan rainaksi, poistetaan vesi, kuivataan ja kyllästetään hartsiliuoksella 15 - 90 %:n polykonden-saatioasteeseen. Tämä parantaa oleellisesti suodatinmateriaalin vettähylkiviä, lämmönkesto- ja mekaanisia lujuusominaisuuksia .

Suodatinmateriaalin vaadittuja kapillaari-huokoisuus-ja rakenne-sorptio-ominaisuuksia säädetään keksinnön mukaisesti vaihtelemalla sellua sisältävän massan osien käsittelyas-tetta ja niiden suhdetta sulppua valmistettaessa.

Jos on tarpeen edelleen parantaa suodatinmateriaalin vedenhylkimis-, lämmönkestävyys- ja mekaanisia lujuusominaisuuksia, suodatinmateriaali kyllästetään hartsiliuoksilla 5 701 51 15 - 90 %:n polykondensaatioasteeseen.

Arkinmuodostus, puristaminen ja kuivaaminen suoritetaan tavanomaisilla kartonki(paperi)koneilla tavanomaisin menetelmin .

Keksintöä kuvataan seuraavassa suoritusesimerkein. Esimerkki 1

Paksua suodatinpaperia suotimien ja auton kaasutin-moottoreiden kampikammion tuuletuksen suodatinelementtejä varten valmistetaan seuraavasta raaka-aineseoksesta: puuvillaselluloosaa 83 % tekokuituja 15 % synteettisiä sidekuituja 2 % Lähtöaine, kuivuudeltaan 88 %:nen puuvillaselluloosa, revitään keksinnön mukaisesti yksittäisiksi 20 x 20 mm:n kokoisiksi palasiksi ja kuljetetaan syöttölaitteen avulla jatkuvatoimiseen jauhatusyksikköön. Jauhaminen suoritetaan edellä mainitussa kuivuudessa ja kuitujen ilmasuspension erikoisella pitoisuudella jauhatusvyöhykkeessä. Kuidut jauhetaan 0,3 - 0,4 mm:n keskimääräiseen pituuteen. Sitten jauhettu puuvillaselluloosa syötetään laatikkoon, jossa se dispergoidaan vesipitoiseen väliaineeseen kuitulietteeksi, jonka sakeus on 2,5 - 2,8 %.

Selluloosan freenessluku laatikossa on 9,5 - 10°SR. Laatikosta sellu johdetaan holanterille, vesikuidutti-melle tai joihinkin muihin yksiköihin, jotka on sovitettu li-sädispergoimista varten. Dispergoimisaika on 5 - 7 minuuttia, minkä jälkeen mitatut määrät sidekuituja ja tekokuituja peräkkäin lisätään holanteriin tai mihin tahansa käytettyyn yksikköön. Raaka-aineseoksen lopullinen freenessluku on 11 - 12°SR.

Sitten massa kuljetetaan lisäpuhdistuslaatikkojärjestelmän kautta tasoviirakartonkikoneelle, jolla perussuodatin-kartonkiraina muodostetaan ja kuivataan.

Perussuodatinkartonki kyllästetään aldehydihartsiliuok-sella 15 %:n polykondensaatioasteeseen suurten mekaanisten lujuus-, vedenhylkimis- ja joustavuus-plastisuusominaisuuksien takaamiseksi valmiissa kartongissa kartongin myöhemmän aallo-tuksen tekemiseksi mahdolliseksi ja suodatinelementtien vai- 6 70151 mistamisen niistä.

Saadun paksun suodatinpaperin ominaisuuksia verrataan alan aikaisemmalla menetelmällä valmistetun paksun paperin ominaisuuksiin taulukossa 1, jolloin jälkimmäisen paksun paperin raaka-aineseos sisälsi 50 % puuvillaselluloosaa, 48 % tekokuituja ja 2 % synteettisiä sidekuituja.

Taulukko 1

Viite _Paksu suodatinpaperi_ n:o Ominaisuudet tunnettu ehdotettu _menetelmä_menetelmä_ 2 1 neliömassa, g/m 145 146 3 2 tiheys, g/cm 0,28 0,20 3 vastus muuttumattomalle ilmavirtaukselle, mm H20 0,25 0,18 4 huokoskokojen kokonais- alue, ^um 0,51 - 120,0 3,01 - 120,0 5 huokosten kokonaistilavuus, cin /g 2,25 3,25 6 35-40 ,um huokosten tilavuus, cm3/g 0,5 1,95 7 35-40 ,um huokosten ti lavuus, 4 kokonaistilavuudesta 22,0 60,0 8 muun kokoisten huokosten tilavuus, % 78,0 40,0 9 karkean pölyn läpäisevyys SAE:n mukaisesti, % 98,2 99,6 10 pidättävyys karkean pölyn suhteen SAE:n mukaisesti, % 43,0 62,5 11 suodatustehokkuus, ^um 5,5 4,0

Kuten taulukoiduista arvoista voidaan nähdä, ehdotettu menetelmä takaa suhteellisen homogeenisen huokoisen kartonki-rakenteen, jossa vallitseva huokoskoko on 35 - 40 ^um, näiden huokosten muodostaessa 60 % huokosten kokonaistilavuudesta.

Siten ehdotetun menetelmän mukaisesti valmistettu kartonki antaa paremman läpäisevyyden ja pidättävyyden verrattuna alan aikaisemmalla menetelmällä saatuihin, sekä myös pienemmän aerodynaamisen vastuksen ja pienemmän koon suodattimen läpäiseville hiukkasille.

7 70151

Edellä mainitut edut on saavutettu paljon pienemmällä kalliiden tekokuitujen pitoisuudella raaka-aineseoksessa. Esimerkki 2

Paksua suodatinpaperia dieselmoottoreiden ilmanpuhdis-timia varten valmistetaan keksinnön mukaisesti raaka-aineseok-sesta, joka sisältää: puuvillaselluloosaa 40 % havupuusulfaattisellua 60 %.

Keksinnön mukaisesti puuvillaselluloosa jauhetaan vesipitoisessa väliaineessa 3,0 - 3,5 %:n sakeudessa 15 - 16°SR:een. Havupuusulfaattisellua jauhetaan 94-%:isen kuivana esimerkissä 1 kuvatulla menetelmällä keskimääräiseen kuitupituuteen 2,0 - 2,2 mm.

Raaka-aineseos valmistetaan syöttömassalaatikossa, jossa ylläpidetään 2,5 - 3,0 %:n sakeus. Syöttömassalaatikkoon lisätään myös hartsiliimaa, alunaa ja melamiiniformaldehydi-hartsiliuosta. Muodostaminen, puristaminen ja kuivaaminen suoritetaan käyttäen tavanomaisia menetelmiä.

Ehdotetun kartongin ja ennestään tunnetulla menetelmällä valmistetun kartongin ominaisuudet on annettu taulukossa 2, jälkimmäisen kartongin raaka-aineseoksen koostuessa 100-%:isesti puuvillaselluloosasta, joka on jauhettu vesipitoisessa väliaineessa.

Taulukko 2

Viite Paksu suodatinpaperi n:o Ominaisuudet tunnettu ehdotettu _____ menetelmä_menetelmä 2 1 neliömassa, g/m 115,0 116,0 3 2 tiheys, g/cm 0,32 0,24 3 vastus muuttumattomalle ilmavirtaukselle, mm H2O 0,8 0,5 4 huokoskokojen kokonais- alue, yum 0,5-110 1,0-85,0 5 huokosten kokonaistilavuus, cm3/g 2,27 2,62 6 25-30 ,um huokosten tilavuus, cm3/g 0,93 1,9 8 70151 7 25-30 ,um huokosten ti lavuus, % kokonaistilavuudesta 41,0 72,0 8 pölyn läpäisevyys omi-naispinnalla 5,600 cm^/g, % 98,0 99,9 9 pidättävyys pölyn suhteen ominaispinnalla 5,600 cm^/g 300 440 10 suodatustehokkuus, ^um 4,5 2,0

Ehdotetulla kartongilla on tasaisempi rakenne, joka takaa paljon pienemmän aerodynaamisen vastuksen, suuremman läpäisevyyden ja pidättävyyden sekä tekee mahdolliseksi pienempien hankaavien hiukkasten pidättymisen. On myös huomattava, että ehdotettu kartonki on tehty halvemmista raaka-aineista. Esimerkki 3

Paksua suodatinpaperia ympäristöä saastuttavien poisto-kaasujen puhdistamiseksi valmistetaan keksinnön mukaisesti raaka-aineseoksesta, joka sisältää valkaisematonta havupuusulfaattisellua 80 % epäorgaanisia kuituja 15 % synteettisiä sidekuituja 5 %

Keksinnön mukaisesti kuiva-ainepitoisuudeltaan 80-%:inen valkaisematon sulfaattisellu revitään ja syötetään jatkuvatoimiseen jauhatusyksikköön.

Massa jauhetaan keskimääräiseen kuitupituuteen 1,6 - 1,8 mm. Dispergoimisen jälkeen havupuusellu sekoitetaan valmistetun seoksen kanssa, jossa on epäorgaanisia kuituja ja synteettisiä sidekuituja, ja liimataan sitten kuten esimerkissä 2 kuvattiin.

Muodostaminen, puristaminen ja kuivaaminen suoritetaan, valmistettujen paksujen suodatinpaperien ominaisuudet on koottu taulukkoon 3, jolloin jauhettua puusellua on käytetty jälkimmäisessä tapauksessa valkaisemattoman sellun asemesta, käytettynä samassa määrässä ja jauhettuna vesipitoisessa väliaineessa .

9 70151

Taulukko 3

Viite _Paksu suodatinpaperi n:o Ominaisuudet tunnettu ehdotettu _menetelmä_menetelmä 2 1 neliÖmassa, g/m 105 105 2 tiheys, g/cm3 0,36 0,30 3 huokoskokojen kokonais- alue, yum 0,1 - 60 0,1 - 40 4 huokosten kokonaistilavuus, cm-Vg 1,08 1,82 5 5-10 ,um huokosten tilavuus, cm·^/ g 0,52 1,48 6 5-10 ,um huokosten ti lavuus, '% kokonaistilavuudesta 48,0 81,0 7 saastuneen kaasun läpäisevyys, % 89,0 99,9 8 suodatustehokkuus, ^um 1,5 0,4

Kuten taulukosta 3 voidaan nähdä, on ehdotetulla kartongilla hyvin tasainen rakenne vallitsevan huokoskoon ollessa 5 - 10 yum.

Saatu rakenne takaa oleellisesti suuremman läpäisevyyden ja alemman absoluuttisen suodatustehokkuuden.

On myös huomattava, että edellä esitetyt tunnusarvot on saatu käyttäen halvempia raaka-aineita.

Esimerkki 4

Paksua suodatinpaperia kemiallisten liuosten suodattamista ja niiden puhdistamista varten kemiallisista ja mekaanisista epäpuhtauksista valmistetaan keksinnön mukaisesti raaka-aineseoksesta, joka sisältää: hydratoituja selluloosakuituja 95 % synteettisiä sidekuituja 5 %

Keksinnön mukaisesti hydratoidut selluloosakuidut jauhetaan 96 %:n kuiva-ainepitoisuudessa niiden optimipitoisuu-dessa ilmasuspensiossa 1,9 - 2,0 mm:n keskimääräiseen kuitupituuteen. Raaka-aineseos valmistetaan, muodostetaan rainaksi, puristetaan ja kuivataan tavalliseen tapaan.

Ehdotetulla ja alan aikaisemmilla menetelmillä valmis- 10 701 51 tettujen,kemiallisesti pysyvällä yhdisteellä 90 %:n polykon-densaatioasteeseen kyllästettyjen paksujen suodatinpaperien tunnusarvot on koottu taulukkoon 4, jolloin alan aikaisemmalla menetelmällä valmistetun kartongin raaka-aineseos on jauhettu vesipitoisessa väliaineessa.

Taulukko 4 _Paksu suodatinpaperi n:o Ominaisuudet tunnettu ehdotettu __ _ me ne te lmä_menetelmä 2 1 neliömassa, g/m 300 300 3 2 tiheys, g/cm 0,45 0,32 3 huokoskokojen kokonais- alue, yUm 0,1 - 90 1,0 - 75 4 huokosten kokonaistilavuus, cm3/g 1,85 2,52 5 35-40 ,um huokosten tilavuus, 6m3/g 0,22 1,46 6 35-40 ,um huokosten ti lavuus, 4 kokonaistilavuudesta 12 60 7 suodatustehokkuus, l/min*m2 244 420 8 suodatustehokkuus, ^um 10 6

Taulukko 4 osoittaa, että ehdotetulla menetelmällä valmistetulla paksulla paperilla on kasautunut huokosjakautuma 35 - 40 ^um, mikä takaa parantuneen suodatusarvon ja tehokkuuden verrattuna alan aikaisemmalla menetelmällä valmistettuun paksuun paperiin.

Claims (3)

1. Selluloosapitoiseen raaka-aineeseen perustuva suoda-tinmateriaali, jonka huokoskoko on 0,1 - 120 ^uin, tunnet-t u siitä, että 60 - 85 til.-% huokosista on sellaisia, joiden koko on 5 - 40 ^um ja joiden halkaisijat eroavat toisistaan enintään 5 ^um.

2. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen suodatinma-teriaalin valmistamiseksi repimällä valmistavasti selluloosa-pitoinen materiaali jauhamalla se ja lisäämällä tähän luonnon ja/tai tekokuituja, lisäaineita sekä hydrofobisia aineita kuitujen homogeenisen vesisuspension käsittävän sulpun saamiseksi, suorittamalla arkinmuodostus, vedenpoisto ja kuivaus, tunnettu siitä, että kaikki valmistavasti revitty sel-luloosapitoinen aine jauhetaan ilmaväliaineessa pitoisuudessa vähintään 80 % laskettuna absoluuttisen kuivasta materiaalista keskimääräiseen kuitupitoisuuteen 0,3 - 2,5 mm, minkä jälkeen se dispergoidaan vesiväliaineeseen kuitususpension saamiseksi, jonka pitoisuus on 1,5 - 6 %, ja tästä ja lisäaineista valmistetaan sulppu.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sulppu, joka saadaan ilmaväliaineessa jauhetuista selluloosakuiduista sekä lisäaineista, alistetaan ar-kinmuodostukseen, vedenpoistoon ja kuivaukseen ja impregnoidaan hartsiliuoksella kunnes saadaan 15 - 90 %:n polykonden-saatioaste.