WO2010083994A1 - Filtermedium, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung - Google Patents

Filtermedium, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung Download PDF

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WO2010083994A1
WO2010083994A1 PCT/EP2010/000327 EP2010000327W WO2010083994A1 WO 2010083994 A1 WO2010083994 A1 WO 2010083994A1 EP 2010000327 W EP2010000327 W EP 2010000327W WO 2010083994 A1 WO2010083994 A1 WO 2010083994A1
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WO
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filter medium
foam
medium according
fabric
foam layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/000327
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Schmid
Original Assignee
Bwf Tec Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1669—Cellular material

Definitions

  • the invention relates to a filter medium, a process for its preparation and its use for industrial dedusting.
  • Filter media for industrial dedusting must be designed according to the chemical and thermal conditions of use in the filter system.
  • the dusts which are filtered on the surface of the filter medium are usually removed by periodic cleaning by means of jet pulses which are introduced from the clean gas side.
  • the pressure loss across the medium is thus kept within specified limits.
  • Nadelelf ⁇ lze or polytetrafluoroethylene (PTFE) - membrane laminates are used, which can serve as a carrier material needle felt or tissue here.
  • Tissues alone are only partially suitable for filter systems with jet-pulse cleaning. Namely, only low flow velocities can be selected, since otherwise both the pressure loss behavior and the emission values would reach an unsatisfactorily high level.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a filter medium which does not have the disadvantages known from the prior art.
  • a filter medium comprising at least one foam layer applied to a fabric, wherein the filter medium has an air permeability of 20 to 120 l / Om 2 IiUn at a differential pressure of 200 Pa.
  • the common expression for the physical size is air permeability, even though in many cases, eg after combustion, it is no longer a matter of pure air composition.
  • the filter medium according to the invention combines the advantages of a fabric, such as high dimensional stability, wide availability and an attractive price level, with a good separation efficiency and low differential pressure. It has been found that by applying at least one, desirably multiple, well-supported and well adhered layers of a stable, fine-pored foam to a suitable tissue, a filter medium can be made, which is both from the point of view of reducing emissions and with respect to the differential pressure behavior in the range of needle felt or membrane filter media moves. The dust that is filtered on the filter media surface can be reliably removed from the inflow side by the cleaning process, resulting in a permanently favorable pressure loss behavior.
  • the filter medium of the invention has a significant price advantage with comparable deposition results, since it can be completely dispensed with the use of very expensive fiber polymers.
  • a membrane with a defined useful width has to be produced in advance in a separate and complex process as web material, and then the lamination of glass fabric and membrane takes place. These process steps do not necessarily take place at the same location.
  • a width specification is practically not given in the filter medium according to the invention.
  • the filter medium according to the invention due to the combination of two layers formed, there is a certain risk that the active filter layer will be lost over the surface (delamination). The risk of loss of function due to abrasion damage, eg when installing filter bags compared to the very lightweight membrane, is much lower. Finally, with the filter medium according to the invention with relatively short set-up times, smaller quantities in different widths can be realized. Another advantage of the filter medium according to the invention is the fact that the connection of the porous foam layer with the carrier is made flat, while in the membrane laminates, the compound is more selectively given to the raised crosshairs points, in the deeper areas, the membrane is stretched like a tarpaulin, without having an intense connection with the wearer.
  • the term "foam layer” is understood to mean a solid, porous and air-permeable layer that can be produced from a foam by drying
  • a PTFE membrane is produced from a film-like state by stretching the fabric Stretching process
  • a three-dimensional network of PTFE fibrils The pore size is determined by the degree of stretching
  • the membrane is defined in terms of its useful width and must be firmly bonded to a stable support in a further process step
  • the foam layer is applied directly to the support during the drying step
  • the application step may be repeated to apply a defined amount of foam
  • the pore size of the foam is determined by the formulation and the foam generation and drying step.
  • the foam layers adhere to both the support and, if more than one, to each other, such that during use, e.g. in a filter system, do not delaminate.
  • the filter medium according to the invention may comprise a plurality of layers of the foam layer, which may be chemically and / or physically the same or different.
  • the filter medium according to the invention can have 1 to 5, preferably 2 or 3 foam layers. When multiple layers of foam are applied to the fabric, they are conveniently stacked on one side of the fabric.
  • fabric in the context of the present invention is the generic term for manually or mechanically produced products of the weaving, such as cloth, velvet, velor, plush, terry and in particular other textile fabrics of at least two rectangular or almost rectangular crossed thread systems.
  • the threads in the longitudinal direction are referred to as warp or warp threads.
  • the transverse threads are called weft or weft threads.
  • the threads are connected by the type of connection of the thread crossing. Thread crossing means that threads in a certain rhythm (called the bond) pass over or under the transverse threads.
  • the bond threads in a certain rhythm
  • the warp and weft yarns should usually be woven relatively tightly. Therefore, with few exceptions, the fabrics also have a closed fabric appearance.
  • fabrics with endless threads and / or textile yarns can be used.
  • temperature-stable polymers e.g. Polyester, polyphenylene sulfide, aromatic polyamides, polyimide, PTFE (polytetrafluoroethylene), PBI (polybenzimidazole), PBO (poly-p-phenylene-benzobisoxazole) or PEEK (polyetheretherketone), or inorganic materials, such as various types of glass (for example E-, C-, or AR glass), basalt, silica or mineral fibers, for example aluminum silicate, calcium magnesium silicate. It is also possible to use tissue with 2 or more, mutually different fibers. With these thread materials, the advantages described above can be achieved in a particularly favorable manner.
  • a twill weave or an atlas weave with a comparatively low height difference in the fabric surface which is particularly suitable for the coating, has proven to be suitable.
  • the (glass) fabric threads are usually filament yarns, it can also quite doubly or triply twisted warp or weft threads are used with different thread thickness.
  • the binding of the coating can be improved by portions of textured yarn components.
  • the textured glass yarns are used in the weft yarn, here for example, it is possible to replace a part of the multifilament yarns in a twisted yarn by textured portions.
  • a triple-twisted weft yarn can be constructed from one, two or even three textured single yarns.
  • the partial use of textured yarns eg a textured yarn in triple thread is quite possible.
  • threads with non-textured yarns and yarn with textured yarns may also be common in a predetermined order be used. The open pores are reduced by the use of portions of textured yarns.
  • Spun yarns based on staple fibers are frequently also available in the polymer materials and are suitable for use in carrier fabrics.
  • both the support materials, i. the fabric, as well as the coating components, i. the foam layer is stable under the thermal and chemical conditions of the particular filtration process over the period of use.
  • the user usually requires several years of service life. The materials should therefore be selected in view of these requirements.
  • the basis weight of the fabric, in particular of the glass fabric at least 350 g / m 2 , for applications with jet-pulse cleaning particularly preferably 650 g / m 2 to 850 g / m 2 .
  • a jet-pulse cleaning has a much higher stress on the filter medium due to the acceleration forces in the cleaning of the filter cake.
  • the filter material is accelerated by the re-entering flow again and hits at high speed on the support basket wires, causing a momentary deceleration and friction effects Episode has. In order to survive this process many times, strength reserves are favorable.
  • the denser fabric adjustment is beneficial to limit dust seepage in the acceleration / deceleration phases to the clean gas side.
  • the basis weight data are preferably for glass yarns, when using other materials, the basis weight changes according to the material density, which the expert can easily determine due to his expertise.
  • the pores of this foam layer are preferably 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, in particular 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, and very particularly 2 ⁇ m to 50 ⁇ m. With these pore sizes, the above advantages of Filte ⁇ nediums invention in particular achieved in a favorable manner. It is advantageous to set a small pore size with narrow distribution.
  • PTFE is used for the foam coating, since the advantages described above can thus be achieved in a particularly favorable manner and it has proven to be particularly suitable for the filter medium according to the invention.
  • Both pore size and air permeability can be adjusted by the size distribution of the bubbles in the foam used to make the foam layer, e.g. by the recipe (type and proportion of foam generation component and foam stabilizer), the foaming unit (principle of production, eg mixers with rotor / stator mixing head, speed control, pin geometry, material and number in the mixing head), the foam aging in the conveyor system, the foam stability and the Dryer as well as the drying conditions.
  • the recipe type and proportion of foam generation component and foam stabilizer
  • the foaming unit principle of production, eg mixers with rotor / stator mixing head, speed control, pin geometry, material and number in the mixing head
  • the foam aging in the conveyor system e.g., the foam stability and the Dryer as well as the drying conditions.
  • foaming can be facilitated. It creates a larger foam volume.
  • its stabilization with conventional stabilizers is favorable, since the smaller bubbles have a higher internal stress and without stabilization tend to accumulate to reduce the mutual contact surfaces to larger foam bubbles.
  • the aim is to produce a very uniformly fine-pored foam structure, which can be well anchored to the fabric surface or on an existing foam layer.
  • the adhesion of the coating to the fabric surface can be achieved by partially sinking the foam coating into the fabric structure.
  • the sinking can occur both at the crossing points of the warp and weft threads, as well as in cavities between the individual capillaries of the fabric fibers.
  • a (partial) melting of coating components such as the fluorocarbon compounds explained in more detail below, or the addition of binders, such as acrylates, urethanes or polyvinyl acetates, advantageously in amounts of up to 35%, preferably 10-25%, a physical connection of the Foam layer to the substrate effect.
  • a pressing or impressions of the foam layer can be used to improve the adhesion to the substrate but also between the foam layers.
  • the contact pressure and the construction of the pressing device should be chosen so that no destruction of the foam is caused.
  • additives preferably in amounts of up to 35%, preferably 10-25%, to bring about a chemical bond or interaction of the foam coating with structures which are chemically reactive with respect to the carrier material.
  • these additives are silica or organosilicon components, e.g. crosslinkable polydimethylsiloxanes, to name.
  • solid, finely-ground fillers especially in amounts of up to 60%, preferably 15-40%, e.g. Quartz powder or other forms of SiC ⁇ , gypsum, lime, talc, titanium dioxide, fiber short cuts with a fiber length of 3 to 10 mm, in particular 3 to 6 mm or glass beads can be used to increase the coating stability.
  • Typical particle sizes here range from 0.2 to 100 ⁇ m, preferably a range of less than 20 ⁇ m, with which the increased bond strength can be achieved in a particularly favorable manner.
  • the filter medium of the invention has a protective equipment, for example, with a coating weight of 10-70 g / m 2 , preferably 30-60 g / m 2 , based on friction-reducing substances, such as fluoropolymers, silicones or graphite.
  • the filter medium according to the invention may comprise a conductive substance, which is incorporated in the fabric and / or the foam layer or applied thereto.
  • the conductive materials are carbon and finely divided forms of metals such as powder or (short) fibers.
  • the present invention further provides a process for producing a filter medium, wherein a foam is applied to a fabric and subsequently dried, wherein the drying, ie the removal in particular of the water from the foam, a foam layer is formed on the fabric.
  • the materials used for the process according to the invention are those described above.
  • the filter medium In the production of the filter medium according to the invention, it is possible to use at least portions (if lower temperature-resistant carriers are present) up to 100% of the respectively suitable fluoropolymer; if PTFE or fillers are partially used on the inorganic carrier, only up to 50% of the thermoplastic and the remainder of PTFE, for reasons of cost, in the case of low-temperature-resistant polymers, virtually any ratio starting from 20% fluorothermoplastics is possible) of fluorocarbon compounds (other than PTFE), in particular fluorothermoplastics, in order to advantageously improve the adhesion.
  • perfluoroalkoxy polymers such as PFA (perfluoroalkoxy polymer, copolymer of tetrafluoroethylene and perfluorovinyl ether) or MFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoro-methyl-vinyl ether) can be used.
  • Other alternatives include copolymers based on tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene (FEP) or else tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and vinylidene fluoride (THV), all of which have a lower melting point than PTFE.
  • sintering may be followed by drying, preferably at a temperature of 340 0C to 380 0 C, in particular about 350 0 for 3 to 5 minutes is conducted, C.
  • the foam material eg PTFE
  • the foam material eg PTFE
  • the foam material eg PTFE
  • An alternative or addition is the admixture of the mentioned fluorothermoplastic components, when exceeding the lower melting point (Examples: PFA 310 0 C, FEP 260 0 C) by about 20-30 0 C is also improved adhesion and stabilization of the foam structure achieved.
  • mass losses may occur depending on the recipe, so that the coating weight of the foam layer after the sintering treatment may be low than before the sintering treatment.
  • the stable foam in particular the stable PTFE foam which can be used for the production of the foam layer, can be produced with a foam mixer common in the textile industry, as e.g. is used for the carpet backing.
  • the chemicals used may be water-based dispersions;
  • the generation of foam can be achieved by the use of surfactant components and the controlled shearing action on the liquid formulation in the mixer head.
  • the Pins are made of stainless steel or plastic molded plastic, in the mixing head centrally arranged, usually cylindrically shaped rotor are rotated. On the inner wall of the likewise cylindrically shaped, concentrically arranged mixing head pins are also attached to suspend the fed recipe of intense shearing.
  • Important criteria of foam quality and foam stability are the rate of disintegration and dewatering. The person skilled in the art knows the processes which can be used for the production of the stable foam and the substances required for this purpose.
  • the foam applied to the fabric should desirably not, in particular incompletely, sink into the fabric and also not disintegrate upon drying, for example in an oven, as it constitutes the deposition-responsive filter media surface.
  • the pore distribution in the applied and dried foam layer results from the foam structure of the stable foam.
  • the foam formulation should therefore be sufficiently stable so that the foam does not disintegrate when applied to the tissue at the contact surface and is not absorbed by the latter.
  • the foam weight is 150 g / l to 300 g / l, preferably 200 g / l to 300 g / l, since foam layers for the filter medium according to the invention can be produced therewith described advantages can be achieved particularly favorable.
  • the foam weight (defines the air or water content in the foam) also provides information about the wetting or penetration behavior of the foam. A high water content leads to a faster wetting of the carrier and results in a higher penetration depth and decay rate. Typical parameters can be found in the examples for the experimental procedure. Incidentally, the person skilled in the art knows methods and materials necessary for setting these parameters.
  • the foam leaving the blender aggregate may be passed through a suitable connection, e.g. a plastic tube to be promoted to a customary in this field application system with which the order is made on the tissue surface.
  • a suitable connection e.g. a plastic tube to be promoted to a customary in this field application system with which the order is made on the tissue surface.
  • a table-top squeegee or else a squeegee or blanket squeegee are suitable. It can also be an order by Zwickelfoulard or foam padder.
  • Foam application can take place as evenly as possible over the fabric width before the fabric web enters a dryer.
  • the penetration depth of the applied foam can be controlled and adapted to the carrier material.
  • the person skilled in the art knows how to set the parameters, and he can determine the optimal parameters by simple routine experiments and then set.
  • the application rates may be 10-50 g / m 2 , preferably 20 to 40 g / m 2 , more preferably 30 to 40 g / m 2 , per line.
  • the total application amount when more than 1 layer is applied is preferably 10-70 g / m 2 . With these amounts, the above advantages are achieved in a particularly favorable manner.
  • the aqueous foam is dried on drying, e.g. when passing through an oven, the water gradually withdrawn by evaporation or evaporation. With sufficient stabilization, the foam structure is maintained throughout the drying process.
  • foam stabilizing moieties or also components which give the foam layer more flexibility e.g. Polyurethanes or soft-set acrylates allow further processing without damaging the foam layer (e.g., winding after drying).
  • a full-bath impregnation of the filter medium can be carried out with a protective equipment based on friction-reducing chemicals in addition.
  • Fluoropolymers, silicones and graphite have proven to be particularly useful.
  • the process can advantageously be carried out before the foam coating, but is also possible as aftertreatment. With this impregnation both mechanical stresses and chemical influences on the fabric material can be intercepted.
  • a PTFE formulation in combination with a sintering step, which allows a particularly chemical-resistant equipment. It is also possible to adapt the temperature to the carrier and at least partially use less temperature-resistant and less high-melting aids, such as PFA, MFA, FEP or THV.
  • Foam weights 150-300 g / l, preferably 200-300 g / l; Application amount / line: 10-50 g / m 2 , preferably 20-45 g / m 2 , particularly preferred
  • Air permeability of the fabric 100 - 250 l / d ⁇ nin, preferably 120-160,
  • Air permeability of the filter medium 20-100 l / d ⁇ Anin, preferably 30-80 l / dn ⁇ nin, particularly preferably 35-50 l / dnAnin;
  • Total order quantity 10 - 70 g / m 2 ; preferably 15 g / m 2 to 50 g / m 2 , more preferably 20 g / m 2 to 45 g / m 2 and most preferably 30 to 40 g / m 2 ;
  • Blade gap 0.1 to 0.3 mm
  • Sinter 340-380 0 C preferably from 350 0 C, for 3-5 minutes;
  • Pore sizes of the foam layer min. about 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m to 100 ⁇ m, particularly preferably 2 ⁇ m to 50 ⁇ m;
  • Pad thickness 0.5 to 1.0 mm
  • the thickness of the fabric used depends on basis weight and bond, and is desirably 0.2 to 1.2 mm;
  • the present invention furthermore relates to the use of the filter medium according to the invention for industrial dedusting.
  • the filter media according to the invention can be used analogously to the filter media previously used according to the prior art.
  • FIG 1 shows the results of the filter test according to VDI 3926 and
  • Figure 2 show the results of a long-term test.
  • the foam-coated glass fabric shows a comparable emission behavior.
  • the clean gas concentration is consistently at the same, very low level of less than 1 mg / m 3 .
  • the filter medium according to the invention starts at a noticeably higher level, but it is noteworthy that the differential pressures equalize at the end of the experiment. For a longer test run, it is therefore to be expected that the foam-coated glass fabric will show a more favorable differential pressure behavior.
  • the differential pressure is expected to be higher than standard polyester needled felt, but the emission is lower by a factor of 5, which makes it suitable for applications with severe limits. Added to this is the significantly higher temperature resistance of the inventive filter medium. table
  • Test dust Pural SB (Lot 140512) Raw gas concentration: 4.8 - 5.2 g / Bm 3
  • the filter test was carried out in accordance with VDI 3926 2. Long-term test (filter hose in pilot plant filter plant)
  • the filter medium according to the invention over long stretches of its operating time - which corresponds to a multiple of the test time - in all probability have a more favorable differential pressure behavior than the standard polyester needle felt.

Abstract

Beschrieben wird ein Filtermedium, umfassend mindestens eine Schaumschicht, die auf ein Gewebe aufgebracht ist, wobei das Filtermedium eine Luftdurchlässigkeit von 20 bis 120 l/dm2min bei 200 Pa Druckdifferenz aufweist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung dieses Filtermediums beschrieben, bei dem ein Schaum auf einem Gewebe aufgebracht und getrocknet wird. Dieses Filtermedium wird bei der industriellen Entstaubung eingesetzt.

Description

Filtermedium, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Filtermedium, ein Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung für die industrielle Entstaubung.
Filtermedien für die industrielle Entstaubung müssen den chemischen und thermischen Einsatzbedingungen in der Filteranlage entsprechend konstruiert werden. Die an der Oberfläche des Filtermediums anfiltrierten Stäube werden durch periodische Abreinigung in der Regel mittels Druckluftimpulsen (jet-pulse) entfernt, die von der Reingasseite her eingebracht werden. Der Druckverlust über das Medium wird somit in festgelegten Grenzen gehalten. Üblicherweise werden entweder Nadelfϊlze oder auch Polytetrafluorethylen(PTFE)- Membranlaminate eingesetzt, wobei als Trägermaterial hier Nadelfilze oder Gewebe dienen können.
Gewebe alleine sind für Filteranlagen mit jet-pulse Reinigung nur bedingt geeignet. Es können nämlich nur geringe Anströmgeschwindigkeiten gewählt werden, da sonst sowohl das Druckverlustverhalten wie auch die Emissionswerte ein unbefriedigend hohes Niveau erreichen würden.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Filtermedium bereit zu stellen, das nicht die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Filtermedium erreicht, das mindestens eine Schaumschicht umfasst, die auf ein Gewebe aufgebracht ist, wobei das Filtermedium eine Luftdurchlässigkeit von 20 bis 120 1/Om2IiUn bei einem Differenzdruck von 200 Pa aufweist. Der gängige Ausdruck für die physikalische Größe ist Luftdurchlässigkeit, auch wenn es sich in vielen Fällen, z.B. nach Verbrennung, nicht mehr um reine Luftzusammensetzung handelt.
Mit diesem Bereich für die Luftdurchlässigkeit wird erreicht, dass bei der industriellen Entstaubung in ausreichender Weise Gas durch das Filtermedium passieren kann. Das erfindungsgemäße Filtermedium vereinigt die Vorteile eines Gewebes, wie hohe Dimensionsstabilität, breite Verfügbarkeit und ein attraktives Preisniveau, mit einer guten Abscheideleistung und niedrigem Differenzdruck. Es hat sich gezeigt, dass durch die Auftragung mindestens einer, günstigerweise mehrerer, gut auf dem Träger und gut aneinander haftender Schichten eines stabilen, feinporigen Schaums auf ein geeignetes Gewebe ein Filtermedium hergestellt werden kann, das sich sowohl unter dem Aspekt der Emissionsminderung, als auch bezüglich des Differenzdruckverhaltens im Bereich von Nadelfilzen oder Membranfiltermedien bewegt. Der an der Filtermedienoberfläche anfiltrierte Staub kann durch den Abreinigungsprozess sicher von der Anströmseite entfernt werden, es resultiert ein dauerhaft günstiges Druckverlustverhalten.
Im Vergleich zu etablierten Nadelfilzprodukten für den Hochtemperaturbereich hat das erfindungsgemäße Filtermedium einen erheblichen Preisvorteil bei vergleichbaren Abscheideergebnissen, da auf den Einsatz sehr teurer Faserpolymere vollständig verzichtet werden kann. Beim Vergleich mit Membranlaminaten ergeben sich mehrere Vorteile: Es ist möglich, die Beschichtung in einem Arbeitsschritt durchzuführen; für Membranlaminate dagegen muss eine Membran einer definierten Nutzbreite in einem separaten und aufwändigen Prozess vorab als Bahnenware hergestellt werden, und anschließend erfolgt die Lamination von Glasgewebe und Membran. Diese Prozessschritte finden nicht notwendigerweise am gleichen Standort statt. Im Gegensatz zum Membranlaminat ist beim erfindungsgemäßen Filtermedium eine Breitenvorgabe praktisch nicht gegeben. Bei den Laminaten besteht ferner aufgrund der Verbindung zweier ausgebildeter Schichten ein gewisses Risiko, dass die aktive Filterschicht flächig verloren geht (Delamination). Das Risiko eines Funktionsverlustes durch Abriebschäden z.B. bei der Installation von Filterschläuchen gegenüber der sehr leichtgewichtigen Membrane ist ungleich geringer. Schließlich können mit dem erfindungsgemäßen Filtermedium bei vergleichsweise geringen Rüstzeiten auch kleinere Mengen in unterschiedlicher Breite realisiert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Filtermediums ist darin zu sehen, dass die Verbindung der porösen Schaumschicht mit dem Träger flächig erfolgt, während bei den Membranlaminaten die Verbindung eher punktuell an den erhabenen Fadenkreuzungspunkten gegeben ist, in den tieferen Bereichen ist die Membrane wie eine Zeltbahn aufgespannt, ohne eine intensive Verbindung mit dem Träger zu haben. Dies kann im Falle von Abrieberscheinungen zur Folge haben, dass an den erhabenen Punkten die Membrane bevorzugt abgetragen wird und in der Folge auch in den tieferliegenden Bereichen eine Ablösung eintritt. Gerade in den tiefer liegenden Bereichen findet aber bevorzugt die Durchströmung statt, da hier ein geringerer Strömungswiderstand vorhanden ist. Bei der Schaumbeschichtung würde auch im Falle eines Abtrages an den erhabenen Stellen die Schaumschicht auf den tiefer liegenden Stellen haften und weiterhin die Filtrationsaufgabe wahrnehmen können.
Unter dem Begriff „Schaumschicht" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine feste, und dabei poröse und luftdurchlässige Schicht verstanden, die aus einem Schaum durch Trocknen hergestellt werden kann. Eine PTFE Membrane wird aus einem folienähnlichen Zustand durch Verstrecken des Flächengebildes hergestellt, da bei dem Streckprozess ein dreidimensionales Netzwerk aus PTFE Fibrillen entsteht. Die Porengröße wird durch den Verstreckungsgrad bestimmt. Die Membrane ist in ihrer Nutzbreite festgelegt und muss in einem weiteren Verfahrensschritt fest mit einem stabilen Träger verbunden werden. Die Schaumschicht dagegen wird direkt auf den Träger aufgebracht, beim Trocknungsschritt in definierter Form ausgebildet und mit dem Träger verbunden. Der Auftragungsschritt kann wiederholt werden, um eine definierte Schaummenge aufzubringen. Die Porengröße des Schaumes wird durch die Rezeptur und die Schaumerzeugung sowie den Trocknungsschritt bestimmt.
In dem erfindungsgemäßen Filtermedium haften die Schaumschichten sowohl an den Träger als auch - wenn mehr als eine vorhanden ist - aneinander, und zwar so, dass sie während des Gebrauchs, z.B. in einer Filteranlage, nicht delaminieren.
Das erfindungsgemäße Filtermedium kann mehrere Schichten der Schaumschicht aufweisen, die chemisch und/oder physikalisch gleich oder auch verschieden sein können. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Filtermedium 1 bis 5, vorzugsweise 2 oder 3 Schaumschichten aufweisen. Wenn mehrere Schaumschichten auf das Gewebe aufgebracht sind, so befinden sie sich günstigerweise aufeinandergestapelt auf einer Seite des Gewebes.
Der Begriff "Gewebe" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Oberbegriff für manuell oder maschinell gefertigten Erzeugnissen der Weberei, wie Tuch, Samt, Velours, Plüsch, Frotte und insbesondere sonstige textile Flächengebilde aus mindestens zwei rechtwinkligen oder nahezu rechtwinklig verkreuzten Fadensystemen.
Die Fäden in Längsrichtung bezeichnet man als Kette oder Kettfäden. Die Querfäden heißen Schuss oder Schussfäden. Verbunden sind die Fäden durch die Verbindungsart der Fadenverkreuzung. Fadenverkreuzung bedeutet, dass Fäden in einem bestimmten Rhythmus (der Bindung genannt wird) über oder unter den querliegenden Fäden durchgehen. Damit ein Gewebe ausreichend schiebefest ist, sollten die Kett- und Schussfaden meistens relativ dicht gewebt werden. Deshalb weisen die Gewebe bis auf wenige Ausnahmen auch ein geschlossenes Warenbild auf.
In dem erfindungsgemäßen Filtermedium können Gewebe mit endlose Fäden und/oder textile Garne verwendet werden.
Als Fadenmaterialien für die Gewebe können bevorzugt temperaturstabile Polymere, wie z.B. Polyester, Polyphenylensulfid, aromatische Polyamide, Polyimid, PTFE (Polytetrafluorethylen), PBI (Polybenzimidazol ), PBO (Poly-p-phenylene-benzobisoxazol) oder PEEK (Polyetheretherketon), oder anorganische Materialien, wie verschiedene Glastypen (beispielsweise E-, C-, oder AR- Glas), Basalt, Silica oder mineralische Fasern, beispielsweise Aluminiumsilikat, Calcium-Magnesium-Silikat, eingesetzt werden. Es ist auch möglich, Gewebe mit 2 oder mehreren, voneinander verschiedenen Fasern einzusetzen. Mit diesen Fadenmaterialien können die oben beschriebenen Vorteile in besonders günstiger Weise erreicht werden.
Als besonders geeignet für das erfindungsgemäße Filtermedium haben sich eine Köper- oder auch eine Atlasbindung mit für die Beschichtung besonders geeigneten, vergleichsweise geringen Höhenunterschieden in der Gewebeoberfläche erwiesen. Bei den (Glas-) gewebefäden handelt es sich üblicherweise um Filamentgarne, es können dabei durchaus auch zweifach oder dreifach gezwirnte Kett- oder Schussfäden mit unterschiedlicher Fadenstärke zum Einsatz kommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermediums kann durch Anteile an texturierten Garnkomponenten die Anbindung der Beschichtung verbessert werden. Besonders vorteilhaft werden die texturierten Glasgarne im Schussgarn eingesetzt, hier besteht beispielsweise die Möglichkeit, in einem gezwirnten Garn einen Teil der Multifilamentfäden durch texturierte Anteile zu ersetzen. So kann ein dreifach gezwirntes Schussgarn aus einem, zwei oder sogar drei texturierten Einzelgarnen aufgebaut sein. Auch in den Kettfäden ist die teilweise Verwendung von texturierten Garnen, z.B. ein texturiertes Garn im Dreifachzwirn durchaus möglich. Des Weiteren können Fäden mit nicht texturierten Garnen und Fäden mit texturierten Garnen in einer festgelegten Reihenfolge auch gemeinsam verwendet werden. Die offenen Poren werden durch den Einsatz von Anteilen texturierter Garne verkleinert.
Bei den Polymermaterialien sind häufig auch Spinngarne auf Basis von Stapelfasern verfügbar und für den Einsatz im Trägergewebe tauglich.
Es ist für die kommerzielle Anwendung günstig, dass sowohl die Trägermaterialien, d.h. das Gewebe, als auch die Beschichtungskomponenten, d.h. die Schaumschicht, unter den thermischen und chemischen Bedingungen des jeweiligen Filtrationsprozesses über den Zeitraum ihres Gebrauchs stabil sind. Vom Anwender werden üblicherweise mehrjährige Standzeiten gefordert. Die Materialien sollten also im Hinblick auf diese Erfordernisse ausgewählt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filteπnediums beträgt das Flächengewicht des Gewebes, insbesondere des Glasgewebes, mindestens 350 g/m2, bei Anwendungen mit jet-pulse Abreinigung besonders bevorzugt 650 g/m2 bis 850 g/m2. Eine jet-pulse Abreinigung hat aufgrund der Beschleunigungskräfte bei der Abreinigung des Filterkuchens eine wesentlich höhere Beanspruchung des Filtermediums zur Folge. Zunächst erfolgt eine Beschleunigung in radialer Richtung nach außen, die beim Erreichen der Kreisform abrupt gestoppt wird, im Anschluss daran wird das Filtermaterial durch die wieder einsetzende Strömung wiederum beschleunigt und trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die Stützkorbdrähte auf, was eine momentane Abbremsung und auch Reibungseffekte zur Folge hat. Um diesen Prozess vielfach zu überstehen, sind Festigkeitsreserven günstig. Außerdem ist die dichtere Gewebeeinstellung günstig, um Staubdurchtritte in den Beschleunigungs- /Abbremsphasen auf die Reingasseite zu begrenzen. Die Flächengewichtsangaben gelten vorzugsweise für Glasgarne, bei Verwendung anderer Werkstoffe ändert sich das Flächengewicht entsprechend der Materialdichte, was der Fachmann aufgrund seines Fachwissens leicht ermitteln kann.
Wie bereits vorstehend erläutert wurde, ist auf das Gewebe mindestens eine Schaumschicht aufgebracht. Die Poren dieser Schaumschicht betragen vorzugsweise 1 μm bis 300 μm, insbesondere 2 μm bis 100 μm und ganz besonders 2 μm bis 50 μm. Mit diesen Porengrößen werden die vorstehenden Vorteile des erfindungsgemäßen Filteπnediums in besonders günstiger Weise erreicht. Günstig ist es dabei, eine geringe Porengröße bei enger Verteilung einzustellen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermediums wird PTFE für die Schaumbeschichtung eingesetzt, da damit die vorstehend beschriebenen Vorteile in besonders günstiger Weise erreicht werden können und es sich als besonders geeignet für das erfϊndungsgemäße Filtermedium erwiesen hat.
Sowohl die Porengröße als auch die Luftdurchlässigkeit kann durch die Größenverteilung der Bläschen im Schaum, der zur Herstellung der Schaumschicht verwendet wird, eingestellt werden, z.B. durch die Rezeptur (Art und Anteil von Schaumerzeugungskomponente und Schaumstabilisator), das Verschäumungsaggregat (Erzeugungsprinzip, z.B. Mixer mit Rotor/Stator-Mixkopf, Drehzahlregelung, Stiftegeometrie, -material und -zahl im Mixkopf), die Schaumalterung im Fördersystem, die Schaumstabilität und auch den Trockner sowie die Trocknungsbedingungen.
Durch eine Erhöhung des Verschäumeranteils in der Rezeptur des Schaums kann beispielsweise die Schaumbildung erleichtert werden. Es entsteht ein größeres Schaumvolumen. Um einen Schaum mit einer geringen mittleren Blasengröße zu erzeugen, ist dessen Stabilisierung mit üblichen Stabilisatoren günstig, da die kleineren Bläschen eine höhere innere Spannung aufweisen und ohne Stabilisierung die Tendenz haben, sich unter Reduzierung der gegenseitigen Berührungsflächen zu größeren Schaumblasen zusammenzulagern.
Der Fachmann weiß, wie er die obigen Parameter einstellen soll, um einen für die vorliegende Erfindung günstige Größenverteilung der Bläschen im Schaum zu erreichen. Typische Rezepturen und geeignete Betriebsparameter gehen exemplarisch aus den Ausfϊihrungsbeispielen hervor und können dem Fachmann als Grundlage dienen.
Ziel ist die Erzeugung einer möglichst gleichmäßig feinporigen Schaumstruktur, die gut auf der Gewebeoberfläche bzw. auf einer schon vorhandenen Schaumschicht verankert werden kann. Die Haftung der Beschichtung auf der Gewebeoberfläche kann durch ein teilweises Einsinken der Schaumbeschichtung in die Gewebestruktur erreicht werden. Das Einsinken kann sowohl an den Kreuzungspunkten der Kett- und Schussfaden, als auch in Hohlräumen zwischen den einzelnen Kapillaren der Gewebefaden erfolgen. Weiter kann auch ein (teilweises) Anschmelzen von Beschichtungskomponenten, wie die nachfolgend näher erläuterten Fluorkohlenstoffverbindungen, oder der Zusatz von Bindemitteln, wie Acrylate, Urethane oder Polyvinylacetate, günstigerweise in Mengen bis zu 35%, bevorzugt, 10-25%, eine physikalische Anbindung der Schaumschicht an das Substrat bewirken. Auch ein Andrücken bzw. Eindrücken der Schaumschicht kann zur Verbesserung der Haftung zum Substrat aber auch zwischen den Schaumschichten genutzt werden. Hierbei sollte der Anpressdruck und die Konstruktion der Pressvorrichtung so gewählt werden, dass keine Zerstörung des Schaums verursacht wird.
Außerdem besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsfoπn die Möglichkeit, durch geeignete Zuschlagstoffe vorzugsweise in Mengen bis zu 35%, bevorzugt, 10-25%, eine chemische Bindung bzw. Wechselwirkung der Schaumbeschichtung mit gegenüber dem Trägermaterial chemisch reaktiven Strukturen herbeizufuhren. Als Beispiele für diese Zuschlagstoffe sind Kieselsäure oder siliciumorganische Komponenten, wie z.B. vernetzungsfahige Polydimethylsiloxane, zu nennen.
Der Zusatz von festen, feingemahlenen Füllstoffen, insbesondere in Mengen von bis zu 60%, vorzugsweise 15-40%, wie z.B. Quarzmehl oder anderen Formen von SiC^, Gips, Kalk, Talkum, Titandioxid, Faserkurzschnitten mit einer Faserlänge von 3 bis 10 mm, insbesondere 3 bis 6 mm oder Glaskügelchen, kann zur Erhöhung der Beschichtungsstabilität genutzt werden. Typische Partikelgrößen (ausgenommen der Faserkurzschnitte) bewegen sich hier im Bereich von 0,2 bis lOOμm, bevorzugt ist ein Bereich von unter 20 μm, mit denen in besonders günstiger Weise die erhöhte Bindungsfestigkeit erreicht werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Filtermedium eine Schutzausrüstung, beispielsweise mit einem Auflagegewicht von 10-70 g/m2, bevorzugt 30-60 g/m2, auf der Basis reibungsreduzierender Stoffe auf, wie Fluorpolymere, Silicone oder Graphit auf.
Ferner kann das erfindungsgemäße Filtermedium eine leitfähige Substanz aufweisen, wobei diese in das Gewebe und/oder die Schaumschicht eingearbeitet oder darauf aufgebracht ist. Beispiele der leitfähigen Materialien sind Kohle und feinteilige Formen von Metallen, wie z.B. Pulver oder (Kurz-)fasern. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums, wobei ein Schaum auf ein Gewebe aufgebracht und nachfolgend getrocknet wird, wobei durch das Trocknen, d.h. die Entfernung insbesondere des Wassers aus dem Schaum, eine Schaumschicht auf dem Gewebe ausgebildet wird.
Bei den für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Materialien handelt es sich um die vorstehend beschriebenen.
Nachfolgend wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Filtermediums unter besondere Berücksichtigung eines Glasgewebes und einer PTFE-Schaumschicht als besonders bevorzugte Ausführungsform beschrieben, wobei aber ausdrücklich daraufhingewiesen wird, dass dieses Verfahren analog ohne Weiteres auf andere Materialien, wie sie vorstehend beschrieben wurden, angewendet werden kann.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Filtermediums besteht die Möglichkeit, zumindest Anteile (wenn niedriger temperaturbeständige Träger vorliegen, bis zu 100% des jeweils passenden Fluorpolymeren; bei teilweiser Verwendung von PTFE oder Füllstoffen auf dem anorganische Träger nur bis zu 50% des Thermoplasten und Rest PTFE, schon aus Kostengründen zu verwenden; bei niedrig temperaturbeständigen Polymeren ist nahezu jedes Verhältnis ab 20% Fluorthermoplast möglich) anderer Fluorkohlenstoffverbindungen (als PTFE), insbesondere Fluorthermoplasten, zuzusetzen, um damit in vorteilhafter Weise eine Haftungsverbesserung zu erzielen. Dafür können Perfluoralkoxy-Polymere wie PFA (Perfluoralkoxy-Polymer, Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorvinlyether ) oder MFA (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluor-methylvinlyether) zum Einsatz kommen. Weitere Alternativen sind Copolymere auf Basis von Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen (FEP) oder auch von Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid (THV), die allesamt gegenüber PTFE einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Trocknen bei 1000C bis 1500C, insbesondere etwa 1200C, während 1 bis 3 Minuten erfolgen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich nach dem Trocknen ein Sintern anschließen, das vorzugsweise bei einer Temperatur von 340 0C bis 380 0C, insbesondere etwa 350 0C, während 3 bis 5 Minuten durchgeführt wird.
Bei dieser Sinterbehandlung werden Begleitstoffe zumindest teilweise thermisch abgebaut, das Schaummaterial, z.B. PTFE, erreicht eine höhere Packungsdichte und dadurch auch eine höhere Stabilität. Eine Alternative bzw. Ergänzung stellt die Beimischung der erwähnten fluorthermoplastischen Komponenten dar, bei Überschreitung des niedrigeren Schmelzpunktes (Beispiele: PFA 3100C, FEP 260 0C) um ca. 20-300C wird ebenfalls eine verbesserte Haftung und eine Stabilisierung der Schaumstruktur erzielt.
Insbesondere bei der Sinterbehandlung bei höheren Temperaturen können abhängig von der Rezeptur Masseverluste auftreten, so dass das Auflagegewicht der Schaumschicht nach der Sinterbehandlung gering als vor der Sinterbehandlung sein kann.
Der Stabilschaum, insbesondere der PTFE-Stabilschaum, der zur Herstellung der Schaumschicht verwendet werden kann, kann mit einem in der Textilindustrie gängigen Schaummixer hergestellt werden, wie er z.B. für die Teppichrückenbeschichtung zum Einsatz kommt. Die zum Einsatz kommenden Chemikalien können wasserbasierte Dispersionen sein; die Schaumerzeugung kann durch den Einsatz von Tensidkomponenten und die kontrollierte Scherwirkung auf die flüssige Rezeptierung im Mixerkopf erfolgen. Hierzu kann der mit z.B. Stiften aus Edelstahl oder auch formbeständigen Kunststoffen bestückte, im Mixkopf zentral angeordnete, üblicherweise zylindrisch geformte Rotor in Drehbewegung versetzt werden. An der Innenwand des ebenfalls zylindrisch geformten, konzentrisch angeordneten Mixkopfes sind ebenfalls Stifte angebracht, um die eingespeiste Rezeptur einer intensiven Scherwirkung auszusetzen. Wichtige Kriterien der Schaumqualität und der Schaumstabilität sind die Zerfalls- und Entwässerungsgeschwindigkeit. Der Fachmann kennt die für die Herstellung des Stabilschaums einsetzbaren Verfahren sowie die dazu erforderlichen Substanzen.
Der auf dem Gewebe aufgetragene Schaum sollte günstigerweise nicht, insbesondere nicht vollständig, in das Gewebe einsinken und auch nicht beim Trocknen, z.B. in einem Ofen, zerfallen, da er die abscheideaktive Filtermedienoberfläche darstellt. Die Porenverteilung in der aufgetragenen und getrockneten Schaumschicht resultiert aus der Schaumstruktur des Stabilschaumes. Die Schaumrezeptur sollte also hinreichend stabil sein, damit der Schaum nicht beim Auftragen auf das Gewebe an der Kontaktfläche zerfallt und nicht von diesem aufgesaugt wird.
In einer bevorzugen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Filtermediums beträgt das Schaumgewicht 150 g/l bis 300 g/l, vorzugsweise 200 g/l bis 300 g/l, da damit Schaumschichten für das erfindungsgemäße Filtermedium hergestellt werden können, mit denen die vorstehend beschriebenen Vorteile besonders günstig erreicht werden können.
Das Schaumgewicht (definiert den Luft- bzw. Wasseranteil im Schaum) gibt auch Aufschluss über das Benetzungs- bzw. Penetrationsverhalten des Schaums. Ein hoher Wassergehalt führt zu einer rascheren Benetzung des Trägers und hat eine höhere Eindringtiefe und Zerfallsrate zur Folge. Typische Parameter finden sich bei den Beispielen zur experimentellen Vorgehensweise. Im Übrigen weiß der Fachmann Methoden und dazu notwendige Materialien, um diese Parameter einzustellen.
Der aus dem Mixeraggregat austretende Schaum kann über eine geeignete Verbindung, z.B. einen Kunststoffschlauch, zum einem auf diesem Gebiet üblichen Auftragssystem gefördert werden, mit dem der Auftrag auf die Gewebeoberfläche erfolgt. Es eignen sich beispielsweise eine Tischrakel oder auch eine Walzenrakel oder Gummituchrakel. Es kann auch ein Auftrag mittels Zwickelfoulard oder Schaumfoulard erfolgen. Die Schaumapplikation kann vor dem Einlauf der Gewebebahn in einen Trockner möglichst gleichmäßig über die Warenbreite erfolgen.
Über die Viskosität der Ansatzflotte, die Schaumdichte, die Schaumviskosität, die Schaumstabilisierung und die Temperatur kann die Eindringtiefe des aufgetragenen Schaums gesteuert und auf das Trägermaterial angepasst werden. Dem Fachmann ist bekannt, wie er die Parameter einstellen kann, und er kann durch einfache Routineexperimente die optimalen Parameter ermitteln und dann einstellen.
Besonders günstig ist es, dass nur so viel Schaum aufgetragen wird, dass beim Trocknen die Verdunstung des im Schaum enthaltenen Wassers ohne Rissbildung in der trockenen Schaumschicht erfolgt. Eine Rissbildung in der Schaumschicht hätte eine merkliche Verschlechterung der Abscheideleistung des Filtermediums zur Folge, da es sich um eine bevorzugte Durchtrittsstelle handeln würde. Die Auftragsmengen kann 10-50 g/m2, vorzugsweise 20 bis 40 g/m2, besonders bevorzugt 30 bis 40 g/m2, pro Strich betragen. Die Gesamtauftragsmenge, wenn mehr als 1 Schicht aufgebracht wird, beträgt vorzugsweise 10 - 70 g/m2. Mit diesen Mengen werden die vorstehenden Vorteile in besonders günstiger Weise erreicht.
Dem wässrigen Schaum wird beim Trocknen, z.B. bei der Durchfahrt durch einen Ofen, das Wasser allmählich durch Verdunsten bzw. Verdampfen entzogen. Bei ausreichender Stabilisierung bleibt die Schaumstruktur über den Trocknungsprozess erhalten. Die Formulierung der Rezeptur mit Zusätzen an schaumstabilisierenden Anteilen oder auch Komponenten, die der Schaumschicht mehr Flexibilität verleihen, wie z.B. Polyurethane oder weich eingestellte Acrylate, ermöglicht die weitere Prozessfuhrung ohne Beschädigung der Schaumschicht (z.B. Aufwickeln nach dem Trocknen).
Um das Gewebe in der späteren Anwendung vor allem vor mechanischer Belastung durch die Stützkorbdrähte zu schützen, kann zusätzlich eine vollbadige Imprägnierung des Filtermediums mit einer Schutzausrüstung auf Basis reibungsreduzierender Chemikalien durchgeführt werden. Besonders bewährt haben sich hierbei Fluorpolymere, Silicone und Graphit. Der Prozess kann vorteilhafterweise vor der Schaumbeschichtung durchgeführt werden, ist aber auch als Nachbehandlung möglich. Mit dieser Imprägnierung lassen sich sowohl mechanische Beanspruchungen wie auch chemische Einflüsse auf das Gewebematerial abfangen.
Als besonders vorteilhaft erweist sich der vollbadige Auftrag einer PTFE-Formulierung in Kombination mit einem Sinterschritt, der eine besonders chemikalienbeständige Ausrüstung erlaubt. Es besteht ferner die Möglichkeit, die Temperatur an den Träger anzupassen und zumindest anteilig weniger temperaturbeständige und weniger hoch schmelzende Hilfsmittel einzusetzen, wie PFA, MFA, FEP oder THV.
Nachfolgend werden einige bereits vorstehend geschilderte Daten des erfindungsgemäßen Filtermediums und des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammenfassend dargestellt.
Schaumgewichte: 150 - 300 g/l, vorzugsweise 200 - 300 g/l; Auftragsmenge/Strich: 10- 50 g/m2, vorzugsweise 20 - 45g/m2, besonders bevorzugt
30-40 g/m2;
Luftdurchlässigkeit des Gewebes: 100 - 250 l/dπήnin, bevorzugt 120-160,
Luftdurchlässigkeit des Filtermediums: 20-100 l/dπAnin, bevorzugt 30-80 l/dnΛnin, besonders bevorzugt 35-50 l/dnAnin;
Gesamtauftragsmenge: 10 - 70 g/m2; vorzugsweise 15 g/m2 bis 50 g/m2, besonders bevorzugt 20 g/m2 bis 45 g/m2 und ganz besonders bevorzugt 30 bis 40 g/m2;
Rakelspalt: 0,1 bis 0,3 mm;
Trocknen 100 - 1500C, bevorzugt 1200C während 1-3 Minuten;
Sintern 340 - 3800C, bevorzugt 3500C, während 3-5 Minuten;
Porengrößen der Schaumschicht: min. ca. 1 μm bis 300 μm, bevorzugt 2 μm bis 100 μm, besonders bevorzugt 2 μm bis 50 μm;
Auflagenstärke: 0,5 bis 1,0 mm
Die Dicke des eingesetzten Gewebes hängt von Flächengewicht und Bindung ab und beträgt günstigerweise 0,2 bis 1,2 mm;
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Filtermediums für die industrielle Entstaubung. Dazu können die erfindungsgemäßen Filtermedien analog wie die bisher nach dem Stand der Technik bereits eingesetzten Filtermedien verwendet werden.
Die folgenden Beispiele in Verbindung mit den beigefugten Figuren erläutern die Erfindung, ohne sie aber darauf einzuschränken, wobei
Figur 1 die Ergebnisse der Filterprüfung nach VDI 3926 und
Figur 2 die Ergebnisse eines Langzeittests zeigen.
Beispiele
Es wurden folgende Rezepturen 1. bis 4. hergestellt, wobei die Abkürzung "GT" Gewichtsteile bedeutet.
1. 80 GT PTFE - Dispersion 20 GT Polyesterurethan - Dispersion
0,5 GT Fettamin-Derivat (Dicrylan Foamer HP , Fa. Huntsman Textile Effects)
7 GT Ammonium- Alkylaminstereat
2. 85 GT PTFE - Dispersion
15 GT Polyesterurethan - Dispersion
0,5 GT Fettamin-Derivat (Dicrylan Foamer HP , Fa. Huntsman Textile Effects)
15 GT Ammonium- Alkylaminstereat
2,5 GT Acryl-Copolymer-Emulsion (Dicrylan Verdicker HV 30 , Fa. Huntsman) etwas Ammoniak zum pH- Wert einstellen
3. 100 GT PTFE-Dispersion
0,5 GT Fettamin-Derivat (Dicrylan Foamer HP , Fa. Huntsman Textile Effects) 15 GT Ammonium- Alkylaminstereat
2,36 GT Acryl-Copolymer-Emulsion (Dicrylan Verdicker HV 30 , Fa. Huntsman) Ammoniak zum pH- Wert einstellen
4. 100 GT PTFE-Dispersion
0,5 GT Fettamin-Derivates (Dicrylan Foamer HP , Fa. Huntsman Textile Effects) 10 GT Ammonium- Alkylaminstereat
2, 17 Acryl-Copolymer-Emulsion (Dicrylan Verdicker HV 30 , Fa. Huntsman etwas Ammoniak zum pH- Wert einstellen
Viskosität Ansatzflotte: 5- 8 dPas pH - Wert Ansatzflotte: 8,5 - 9,5 Schaumdichte 180 - 210 g/l
Einstellungen Mixer: Pumpe 20 l/h Mixkopf 400 l/min, Dichte 1300 g/l
Es handelt sich um handelsübliche wasserbasierte Dispersionen, bei den Beispielen wurde kein weiteres Wasser zugesetzt. Auftrag auf (Glas-)Gewebe mittels Tischrakel oder Walzenrakel. Für die nachstehend aufgezeigten Filtrationstests wurde das Rezepturbeispiel 1 in drei aufeinanderfolgenden Strichen auf ein Glasgewebe mit 445 g/m2 Flächengewicht aufgetragen, das bereits mit einer Schutzausrüstung auf PTFE Basis versehen war. Es handelt sich um ein Gewebe in Köperbindung mit einer Materialdicke von 0,55 mm und einer Luftdurchlässigkeit von im Mittel 235 l/dπAnin. Die Gesamtauflage der Schaumbeschichtung beträgt 40 g/m2, die Luftdurcbiässigkeit des fertigen Filtermediums im Mittel 36 l/dπήnin.
Zur Beurteilung der erhaltenen Filtermedien wurden die nachfolgenden Filtertests durchgeführt.
1. Filtertest nach VDI 3926 mit 100 Abreinigungszyklen
Die Ergebnisse sind in der Tabelle und der Figur 1 dargestellt.
Gegenüber hochwertigen, aufwändig zu produzierenden imprägnierten PTFE-Nadelfilzen zeigt das schaumbeschichtete Glasgewebe ein durchaus vergleichbares Emissionsverhalten. Die Reingasstaubkonzentration liegt durchgängig auf demselben, sehr niedrigen Niveau von unter 1 mg/m3. Was das Differenzdruckverhalten angeht, startet das erfindungsgemäße Filtermedium zwar auf merklich höherem Niveau, es ist aber bemerkenswert, dass sich die Differenzdrücke zu Ende des Versuches angleichen. Bei längerer Versuchslaufzeit ist daher zu erwarten, dass das schaumbeschichtete Glasgewebe ein günstigeres Differenzdruckverhalten zeigen wird.
Gegenüber einem Standard Polyester Nadelfilz liegt der Differenzdruck erwartungsgemäß höher, die Emission ist jedoch um den Faktor 5 niedriger, wodurch sich eine gute Eignung in Anwendungen mit strengen Grenzwerten ergibt. Hinzu kommt die deutlich höhere Temperaturbeständigkeit des erfmdungsgemäßen Filtermediums. Tabelle
Messergebnisse der Filterprüfung
Testbedingungen zeitgesteuert, Abreinigung nach 270 s, 100 Zyklen (entspricht 450 min)
Teststaub: Pural SB (Lot 140512) Rohgaskonzentration: 4.8 - 5.2 g/Bm3
Filterflächenbelastung: 3 m/min
Temperatur: Raumtemperatur
Testergebnis
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ie Filterprüfimg erfolgte in Anlehnung an VDI 3926 2. Langzeit-Test (Filterschlauch in Technikums-Filteranlage)
Die Ergebnisse sind in der Figur 2 dargestellt.
Während sich im Filtertest über 100 Abreinigungszyklen in Anlehnung an VDI 3926 deutliche Vorteile des Standard-Polyester-Nadelfilzes hinsichtlich des Differenzdruckverhaltens gegenüber dem erfindungsgemäßen Filtermedium zeigten, findet man im Langzeit-Test für das erfindungsgemäße schaumbeschichtete Glasgewebe einen ähnlichen Verlauf wie beim Standard-Polyester-Nadelfilz. Der absolute Unterschied zwischen den Differenzdrücken steigt zunächst an und sinkt anschließend wieder signifikant bis zum Ende des Versuches. Der relative Unterschied sinkt von 239 % auf 33 %. Aus einer
Extrapolation der vorliegenden Daten wird daher deutlich, dass sich die Differenzdrücke und damit der Energieverbrauch bei längerer Betriebsdauer zunächst angleichen werden. Anschließend wird das erfindungsgemäße Filtermedium über weite Strecken seiner Betriebszeit - die einem Vielfachen der Versuchszeit entspricht - aller Voraussicht nach ein günstigeres Differenzdruckverhalten als der Standard-Polyester-Nadelfilz aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Filtermedium, umfassend mindestens eine Schaumschicht, die auf ein Gewebe aufgebracht ist, wobei das Filtermedium eine Luftdurchlässigkeit von 20 bis 120 l/dπAnin aufweist.
2. Filtermedium nach Anspruch 1, wobei 1 bis 5 Schaumschichten aufgebracht sind.
3. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fadenmaterial für das Gewebe ein Polymer und/oder ein anorganisches Material ist.
4. Filtermedium nach Anspruch 3, wobei das Polymer ausgewählt ist unter Polyester, Polyphenylensulfid, aromatischen Polyamiden, Polyimid, Polytetrafluorethylen, Polybenzimidazol, Poly-p-phenylen-benzobisoxazol oder Polyetheretherketon.
5. Filtermedium nach Anspruch 3, wobei das anorganische Material ausgewählt ist unter Gläsern, Basalt, Silica, mineralischen Fasern oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Materialien
6. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gewebe einen Anteil an texturierten Garnkomponenten aufweist.
7. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gewebe ein Flächengewicht von mindestens 350 g/m2 aufweist.
8. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumschicht Poren mit einer Porengröße im Bereich vonl μm bis 300 μm, insbesondere 2 μm bis 100 μm, ganz besonders 2 μm bis 50 μm aufweist
9. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumschicht Polytetrafluorethylen umfasst.
10. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumschicht Zuschlagsstoffe enthält, die eine Bindung bzw. Wechselwirkung mit dem Gewebe bewirken.
11. Filtermedium nach Anspruch 10, wobei der Zuschlagstoff Kieselsäure oder siliciumorganische Komponenten umfasst.
12. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumschicht Füllstoffe zur Erhöhung der Beschichtungsstabilität aufweist.
13. Filtermedium nach Anspruch 12, wobei der Füllstoff feste, feingemahlene Füllstoffe, wie Quarzmehl oder andere Formen von SiO2, Gips, Kalk, Talkum oder Titandioxid, einen Faserkurzschnitt oder Glaskügelchen umfasst.
14. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Schutzausrüstung auf Basis reibungsreduzierender Stoffe aufgebracht ist.
15. Filtermedium nach Anspruch 14, wobei die Schutzausrüstung unter der Gruppe Fluorpolymere, Silicon und Graphit ausgewählt ist.
16. Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein Schaum auf ein Gewebe aufgebracht und getrocknet wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums nach Anspruch 16, wobei der Schaum Fluorkohlenstoffverbindungen aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die weitere Fluorkohlenstoffverbindung ein Fluorthermoplast ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Trocknen bei etwa 100 0C bis 150 0C während 1 bis 3 Minuten erfolgt
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei nach dem Trocknen ein Sintern bei einer Temperatur von 340 0C bis 380 0C während 3 bis 5 Minuten erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei das Schaumgewicht 150 g/l bis 300 g/l, vorzugsweise 200 g/l bis 300 g/l beträgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , wobei die Auftragsmenge des Schaums 10 bis 70 g/m2 beträgt.
23. Verwendung des Filtermediums nach einem der Ansprüche 1 bis 15 für die industrielle Entstaubung.
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