WO2014063988A1 - Filtermaterial mit erhöhter standzeit und dieses filtermaterial enthaltendes filterelement - Google Patents

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filter material
filter
binder
impregnated
fibers
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PCT/EP2013/071715
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Andreas Demmel
Christof Keppler
Christoph Häringer
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Neenah Gessner Gmbh
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    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/08—Special characteristics of binders
    • B01D2239/083—Binders between layers of the filter

Definitions

  • the invention relates to a filter material with improved service life for the separation of liquid and solid
  • Filter material for the filtration of liquids and a method for the separation of two immiscible liquids.
  • the prefilter layer is located on the upstream side of the filter material and has significantly larger pores than the highly separating filter layer.
  • DE 10 2010 011 512 A1 describes such a gradient filter.
  • each additional layer increases the thickness and cost of the entire filter material.
  • Impregnated filter materials offer the possibility to increase the service life at a constant thickness by impregnating the filter material only on one side. On the non-impregnated side, the fibers are not with
  • a water contaminated fuel As an example of such a liquid mixture may be mentioned a water contaminated fuel.
  • the water herein is the disperse and the fuel is the continuous phase. If the finely distributed water droplets meet hydrophilic, non-impregnated fibers, they are held there. Ongoing new water droplets combine with the water droplets on the fibers to form ever-increasing drops over time, which eventually dissolve through hydrostatic pressure and through the impregnated, hydrophobic side of the filter material be pushed through. On the clean side the flow
  • Filter paper in which the impregnating agent penetrates about one third of the paper thickness into the paper.
  • the entire paper is preimpregnated with a thermosetting resin.
  • US 3,106,528 A discloses a filter paper, which is only impregnated on one side, but in which the impregnating agent penetrates through the entire paper thickness.
  • the suitable viscosity of the impregnating agent and the pressure with which the impregnating agent is pressed into the paper it is achieved that most of the impregnating agent remains on the impregnated side and only a small amount of impregnating agent penetrates to the opposite side.
  • Impregnation is carried out in such a way that over the entire thickness, the pore size is not essential
  • this filter paper has no binder-free side.
  • Filter material of at least 70% cellulose In this
  • the impregnation is applied in the form of a pattern.
  • This pattern contains areas with Impregnating agents and surfaces free of impregnating agent.
  • Liquids is suitable and which is impregnated only on one side with a binder in such a way that the opposite side is free of binder, wherein the proportion of the dry binder in the total weight of the filter material is 0.5 to 50 wt.%.
  • the filter material according to the invention preferably comprises at least one material selected from the group consisting of wet-laid nonwovens, drained nonwovens, woven fabrics and foams.
  • drained nonwovens are u.a. Dry laid fiber webs, meltblown nonwovens and spunbonded to understand.
  • Dry laid fiber webs consist of fibers of finite length. Both natural and synthetic fibers can be used to produce dry laid nonwoven fabrics. Examples of natural fibers are
  • Synthetic fibers are, for example, polyolefin fibers, polyester fibers,
  • Polyamide fibers polytetrafluoroethylene fibers and
  • the fibers used can be either straight or curled.
  • the drained staple fiber webs may also be airlaid nonwoven webs.
  • the dry-laid nonwoven fabric may contain one-component or multi-component meltbond fibers which melt completely or partially at a temperature below the melting temperature of the other fibers and solidify the nonwoven fabric.
  • the dry laid nonwoven fabrics are produced according to the known state of the art as described in the book "Nonwovens, W. Albrecht, H. Fuchs, W. Kittelmann, Wiley-VCH, 2000.”
  • the dry laid nonwoven fabrics can be formed by the already mentioned on or off multicomponent
  • Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further, Meltbind fibers are solidified. Further,
  • Hardening options are for example needling,
  • meltblown nonwovens consist of polymeric continuous fibers. To produce the meltblown nonwoven fabric for the filter material of the invention is known in the art
  • Suitable polymers are, for example, polyethylene terephthalate,
  • the typical fiber diameters are preferably between 0.5 and 10 ⁇ m and more preferably between 0.5 and 3 ⁇ m.
  • the polymers can vary depending on
  • Crystallization accelerator or colors are mixed.
  • the surface of the meltblown nonwovens may be treated by surface treatment methods, such as
  • meltblown webs can be densified by means of a calender.
  • Spunbonded nonwovens are also made of polymeric filaments whose fiber diameter is usually much larger than that of meltblown fibers. Spunbonded nonwovens are made by the spunbonding process known to those skilled in the art, as described, for example, in US Pat. Nos. 4,340,563A, US Pat
  • Foams are all open-celled foams made
  • Wet-laid nonwovens or papers in the sense of this invention are all nonwovens which can be produced with the wet-laying processes known in the art for the production of filter papers.
  • the papers for the invention are all nonwovens which can be produced with the wet-laying processes known in the art for the production of filter papers.
  • Filter material is preferably made of natural
  • synthetic, inorganic fibers or a mixture thereof.
  • natural fibers are cellulose, cotton, wool and hemp, the used
  • Cellulose material may be wood-free and / or wood-containing celluloses of coniferous and / or deciduous trees, regenerated celluloses and fibrillated celluloses.
  • Inorganic fibers are, for example, glass fibers, basalt fibers, quartz fibers and
  • Suitable synthetic fibers are, for example, polyester fibers, polypropylene fibers, multicomponent fibers with different melting points of the individual
  • the denier of the synthetic fibers is typically 0.1 dtex - 8.0 dtex, more preferably 0.5 dtex - 5 dtex and the Cutting length typically 3 mm - 20 mm, more preferably 4 mm - 12 mm.
  • Filter material can consist of 100% natural, synthetic or inorganic fibers, but any mixture of these types of fibers is possible.
  • the paper layer can consist of several layers, either in one
  • Paper machine can be produced with a suitable headbox and merged or from individual paper webs, which are connected together in a separate operation.
  • the individual layers can be in their
  • Filter materials for the filtration of liquids are usually impregnated with a binder.
  • Binder is made by impregnating on the
  • the filter material in particular for liquids permeable.
  • the impregnation gives the filter material high rigidity and resistance to aggressive liquids, such as hot engine oils, hydraulic oils, fuels, acids and alkalis. Because most filter materials in another
  • Processing step to be folded is a high
  • the filter materials are completely impregnated in, for example, a dip bath with the binder and then dried.
  • the full impregnation has the advantage that all fibers are firmly bonded together and are coated with the binder. Thereby are the Fibers and thus also the filter material protected against the attack of aggressive liquids. In this case, the optimum stiffness can be achieved by selecting the suitable binder.
  • Binders also reduce the size of pores
  • Filter material by filling the spaces between the individual fibers. Although this improves the degree of separation, at the same time it also reduces
  • Filter material is only one side with binder
  • this one side may partially, for example, with patterns, which may have any geometric shapes, such as points, straight lines, curved lines, intersecting lines, squares, diamonds and triangles, or continuously, i. over the entire surface, be impregnated, and is preferably impregnated throughout. Under the impregnated side becomes the part of the
  • Filter material understood, which is limited by the surface of the filter material on which the binder
  • the opposite side indicates that part of the filter paper bounded by a surface which is the surface of the impregnated side
  • the filter material according to the invention is planar, i. It has two opposite surfaces which are particularly preferably arranged parallel to each other.
  • a one-sided applied impregnation for example by a
  • the service life is significantly higher and corresponds to a non-impregnated filter material.
  • Impregnated filter material are flown.
  • the basis weight in the filter material according to the invention is preferably 50 g / m 2 to 400 g / m 2 and more preferably from 100 g / m 2 to 300 g / m 2 .
  • the thickness of the invention is preferably 50 g / m 2 to 400 g / m 2 and more preferably from 100 g / m 2 to 300 g / m 2 .
  • Filter material is preferably 0.1 mm to 2.0 mm and more preferably from 0.5 mm to 1.5 mm.
  • the thickness of the filter material according to the invention refers to the distance
  • Filter material according to the invention preferably has a
  • the porosity of the filter material according to the invention is preferably from 50% to 90% and more preferably from 60% to 80%.
  • the porosity refers to the ratio of the actual
  • the filter material according to the invention has a resin content of 0.5% - 50% and
  • the filter material according to the invention has a separation efficiency for 4 ⁇ particles according to ISO 19438 of at least 50%, more preferably of at least 80% and a service life according to ISO 19438 of
  • the water separation according to ISO 19332 with a current of 4.5 ml / (cm 2 * min) is preferably at least 30%, more preferably at least 40% in the filter material according to the invention.
  • Filter materials having a basis weight of 50 g / m 2 to 400 g / m 2 , preferably from 100 g / m 2 to 300 g / m 2 , a thickness of 0.1 mm to 2.0 mm, preferably 0.5 mm to 1.5 mm, an air permeability of 1 l / m 2 s to 1500 l / m 2 s, preferably from 5 l / ms to 800 l / m 2 s and a porosity of 50% - 90%, preferably 60% - 80% and a resin content of 0.5% - 50%, preferably from 5% - 20% are particularly suitable.
  • a designed filter materials is the Service life according to ISO 19434 significantly higher than at
  • the filter material according to the invention is used to separate a liquid mixture from two immiscible liquids, it is determined by the selection of the hydrophobicity or the hydrophilicity of the fibers and the
  • Impregnating agent designed so that the droplets of the dispersed phase of the liquid mixture are preferably collected and increased on the fibers, while the
  • Impregnation ensures a smooth passage of the continuous phase and at the same time the passage of the
  • the fibers and the impregnation thus differ in their hydrophilicity or hydrophobicity.
  • hydrophilic fibers are examples of hydrophilic fibers
  • Hydrophobic fibers are e.g.
  • Polyolefin fibers Teflon fibers and hydrophobically coated fibers.
  • Fluids understood that do not form a homogeneous mixture or solution with each other, but a two-phase mixture, such. Oil and water.
  • two immiscible liquids are characterized
  • Suitable binders are, for example, phenolic resins or epoxy resins from alcoholic solutions, but also aqueous dispersions of, for example, acrylates, styrene-butadienes, polyvinyl acetates, phenolic resins or polyvinyl chloride.
  • Another possible class of binder is aqueous
  • thermoplastic polymers Solutions of, for example, polyvinyl alcohol, melamine resin or urea resin.
  • liquid binders solid, powdery binders of thermoplastic polymers can also be used.
  • excipients may be added to the binder, such as for example
  • the impregnation is preferably applied to the denser side.
  • the denser side differs from the more open side by a smaller one
  • the average pore size of the denser side is preferably at least 5%, more preferably at least 10%, and most preferably at least 20% smaller than that of the more open side.
  • the order of the binder is, for example, on the
  • Filter material to the opposite side preferably at least half but at most three quarters of its thickness, more preferably penetrates between two thirds and three quarters of the thickness.
  • the opposite side remains in the
  • Suitable impregnation methods are, for example, roller application or spraying.
  • roller application the process parameters with which the penetration depth of the binder can be controlled, for example, the Film thickness of the binder on the applicator roll, the
  • Viscosity of the binder and the solids content of the binder Is the commissioned work of two rollers, for example a scoop roller, which takes over the binder from a storage vessel, such as a tub, and then transfers to the applicator roll and a
  • Application roller which applies the binder to the filter material, the appropriate film thickness through the
  • Difference speed of the two rollers to each other and the gap between the rollers can be adjusted.
  • the process parameters used to control the penetration depth are, for example, the viscosity of the binder, the solids content of the binder, the diameter of the spray nozzles and the amount of sprayed
  • the proportion of the dried binder in the total weight of the paper is 0.5-50% by weight, preferably 5-20% by weight.
  • the proportion of the dried binder in the context of the invention refers to the proportion of the binder in the
  • Circulating air dryer was dried.
  • Filter material is a paper made of natural fibers
  • This filter material has the following preferred
  • a basis weight of 50 g / m 2 - 400 g / m 2 particularly preferably from 100 g / m 2 to 300 g / m 2 ; a thickness of 0.1 mm - 2.0 mm, more preferably from 0.5 mm - 1.5 mm; an air permeability of 1 l / m 2 s - 1500 l / m 2 s, more preferably of 5 l / m 2 s - 800 l / m 2 s; a porosity of 50% - 90%, more preferably of 60% - 80%; a resin content of 0.5% - 50%, more preferably of 5% - 20%; a degree of separation for 4 ⁇ m particles according to ISO 19438 of at least 50%, more preferably of at least 80%; a service life according to ISO 19438 of at least 1.0 g, more preferably of at least 1.5 g; and a water separation according to ISO 19332 at a
  • the filter material according to the invention consists of several layers or layers. Furthermore, it is also possible that one or more layers of other materials are provided before and / or after the filter material according to the invention.
  • a further preferred embodiment of the filter material according to the invention is a combination of a paper and a meltblown web, wherein the meltblown web with the denser side is on the non-impregnated side of the paper.
  • the paper is made of natural fibers
  • Synthetic fibers, inorganic fibers or mixtures thereof and is on the screen side, that is the denser side, impregnated with a binder in such a way that the
  • Binder penetrates about two-thirds of the paper thickness, the fibers of the opposite side remain binder-free.
  • the paper may have the following properties: one
  • Meltblown fleece may have a basis weight of 10 g / m 2 - 200 g / m 2 , preferably from 20 g / m 2 to 120 g / m 2 ; a thickness of 0.05 mm 1.5 mm, preferably from 0.1 mm - 1.0 mm and a
  • the entire filter material of this embodiment which comprises a paper and a meltblown nonwoven, preferably has the following properties: a basis weight of 60 g / m 2 - 600 g / m 2 , particularly preferably from 120 g / m 2 to 420 g / m 2 ; a thickness of 0.15 mm - 3.5 mm, more preferably from 0.6 mm - 2.5 mm; a
  • the individual layers of the filter material according to the invention can either with an adhesive or over
  • Advantageous adhesives have a softening point of over 200 ° C.
  • the filter material according to the invention is preferably suitable for use at temperatures of up to 150 ° C and high hydrostatic pressures.
  • Suitable adhesives for this application are polyurethane adhesive, polyamide adhesive or
  • Polyester adhesive Particularly preferred are
  • Polyurethane adhesive which crosslink with the humidity.
  • the adhesives can be applied either as a powder or melted by means of anilox rolls or spray nozzles.
  • the application weight of the adhesive is typically between 5 and 20 g / m 2 , preferably between 5 and 10 g / m 2 .
  • the welded joint can be replaced by a
  • the polymers of the layers to be welded are either completely or partially melted and welded together.
  • the area wise Welded joints can be any geometric
  • areawise welded joints is advantageously at most 10% of the total area of the invention
  • Gluing and welding can also be combined with each other.
  • the filter material according to the invention can for example
  • Liquid filtration can be used, the
  • Filter material is flown from the non-impregnated side, i. the liquid is passed from the non-impregnated side to the impregnated side through the filter material.
  • the liquid may contain a solid which is not soluble in it.
  • the liquid contains two immiscible liquids.
  • the liquids are passed through the filter material according to the invention in such a way that the liquids flow from the non-impregnated side to the impregnated side of the filter material.
  • Sample area 100 mg / 1 on stream concentration and 0.71 1 / min volumetric flow. Test end at 0.7 bar differential pressure rise.
  • the porosity is calculated from the actual density of the filter medium and the average density of the filter medium
  • Porosity (1-density filter medium [g / cm 3 ] / density fibers [g / cm 3 ]) * 100%
  • the proportion of the impregnating agent in a paper is calculated according to the following formula:
  • FM paper basis weight of the impregnated paper, wherein the paper is dried for 30 minutes at 100 ° C in a circulating air dryer before the determination of the impregnating agent.
  • a paper web of 100% cellulose was produced in a paper machine. In a separate step, this paper was completely impregnated with a methanolic phenolic resin solution and dried.
  • the paper is available under the name K13il5SG from the company NEENAH Gessner GmbH, Bruckmühl and has a basis weight of 235 g / m 2 , a thickness of 0.55 mm, a porosity of 72%, an air permeability of 8 l / ms and a resin content of 15% by weight.
  • Example 1 impregnated, but with the difference that this time the impregnating agent was applied only on one side by means of roll application to the wire side of the paper.
  • the paper After drying, the paper had a basis weight of 221 g / m 2 , a thickness of 0.49 mm, an air permeability of 9 1 / m 2 s, a porosity of 70% and a resin content of 10%.
  • the penetration depth of the binder into the paper was 60% of the paper thickness. On this filter material was the
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial insbesondere für die Filtration von Flüssigkeiten, wobei das Filtermaterial auf nur einer Seite mit Bindemittel in der Weise imprägniert ist, dass die gegenüberliegende Seite frei von Bindemittel ist und der Anteil des getrockneten Bindemittels am Gesamtgewicht des Filtermaterials 0,5 - 50 Gew.% beträgt. Mit dem erfindungsgemäßen Filtermaterial werden hohe Abscheidegrade bei einer hohen Standzeit erreicht. Die Erfindung betrifft außerdem ein Filterelement, das das erfindungsgemäße Filtermaterial umfasst. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen die Verwendung des erfindungsgemäßen Filtermaterials zur Filtration von Flüssigkeiten und ein Verfahren zur Trennung von zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten durch das erfindungsgemäße Filtermaterial geleitet werden.

Description

Filtermaterial mit erhöhter Standzeit und dieses Filtermaterial enthaltendes Filterelement
Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial mit verbesserter Standzeit zur Abtrennung von flüssigen und festen
Verunreinigungen aus Flüssigkeiten, ein Filterelement, das dieses Filtermaterial umfasst, die Verwendung des
Filtermaterials zur Filtration von Flüssigkeiten und ein Verfahren zur Trennung von zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten .
Stand der Technik
In vielen Bereichen der Filtration steigen die Anforderungen an den Reinheitsgrad von filtrierten Flüssigkeiten. Das gilt sowohl für industriell genutzte Flüssigkeiten, wie zum
Beispiel Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren, Schmieröle oder Hydrauliköle, als auch für Flüssigkeiten im
Lebensmittelbereich und für medizinische oder pharmazeutische Anwendungen. So stieg zum Beispiel bei der Filtration von Dieselkraftstoffen für Verbrennungsmotoren die Anforderung für den Abscheidegrad nach ISO 19438 für 4 μτ große Partikel in den letzten 15 Jahren von 50% auf 96% und wird in Zukunft bei über 99% liegen. Daher wurden in der Vergangenheit große Anstrengungen unternommen, den Abscheidegrad der eingesetzten Filtermaterialien laufend zu erhöhen. Leider verhalten sich Abscheidegrad und Standzeit in den meisten Fällen
gegenläufig, das heißt, dass sich mit steigendem
Abscheidegrad die Staubspeicherfähigkeit und somit die
Standzeit verschlechtert und umgekehrt. Eine Möglichkeit, die Standzeit und somit die Lebensdauer eines Filterelements bei steigendem Abscheidegrad zu mindestens gleich hoch zu halten, ist die Vergrößerung der Filterfläche. Diese vergrößert aber zwangsläufig das gesamte Filterelement und ist aus
Platzgründen in vielen Fällen unerwünscht. Eine weitere Möglichkeit, die Standzeit bei hochabscheidenden Filtermedien zu verbessern, ist die Verwendung einer
Vorfilterlage. Die Vorfilterlage befindet sich auf der angeströmten Seite des Filtermaterials und besitzt deutlich größere Poren als die hochabscheidende Filterlage.
DE 10 2010 011 512 AI beschreibt zum Beispiel ein solches Gradientenfilter. Je höher die Anforderungen an einen hohen Abscheidegrad bei einer gleichzeitig hohen Standzeit steigen, desto mehr aufeinander abgestimmte Filterlagen werden
benötigt, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Jede zusätzliche Lage erhöht aber die Dicke und die Kosten des gesamten Filtermaterials.
Imprägnierte Filtermaterialien bieten die Möglichkeit, die Standzeit bei gleichbleibender Dicke zu erhöhen, indem man das Filtermaterial nur einseitig imprägniert. Auf der nicht imprägnierten Seite werden die Fasern nicht mit
Imprägniermittel verklebt und behalten somit ihre offene Porenstruktur, während die Poren auf der imprägnierten Seite durch das Imprägniermittel verkleinert werden. Es bildet sich daher ein Gradient über die Dicke des Filtermaterials aus, der eine hohe Standzeit und einen hohen Abscheidegrad in sich vereint, wobei immer die nicht imprägnierte Seite angeströmt wird. Bei geeigneter Auswahl der eingesetzten Fasern und des Imprägniermittels kann das einseitig imprägnierte
Filtermaterial zusätzlich zur Trennung zweier nicht
miteinander mischbarer Flüssigkeiten verwendet werden. Als Beispiel für ein solches Flüssigkeitsgemisch sei ein mit Wasser verunreinigter Kraftstoff genannt. Das Wasser ist hierin die disperse und der Kraftstoff die kontinuierliche Phase. Treffen die fein verteilten Wassertröpfchen auf hydrophile, nicht imprägnierte Fasern, so werden sie dort festgehalten. Laufend neu hinzukommende Wassertröpfchen vereinen sich mit den Wassertröpfchen auf den Fasern und bilden mit der Zeit immer größer werdende Tropfen, die sich schließlich durch den hydrostatischen Druck ablösen und durch die imprägnierte, hydrophobe Seite des Filtermaterials hindurchgedrückt werden. Auf der Reinseite fließen die
Wassertropfen auf Grund ihrer höheren Dichte und der
Schwerkraft an der imprägnierten Oberfläche des
Filtermaterials entlang nach unten und werden in einem
Sammelraum gesammelt und ausgeschleust. Durch diesen Effekt ändert sich das Wasserabscheidungsprinzip von einem
schmutzseitigen Wasserabscheider zu einem Koaleszermedium.
US 3,096,230 A beschreibt ein einseitig imprägniertes
Filterpapier, bei dem das Imprägniermittel zu etwa einem Drittel der Papierdicke in das Papier eindringt. Das gesamte Papier ist mit einem thermisch härtbaren Harz vorimprägniert.
US 3,106,528 A legt ein Filterpapier offen, das zwar nur einseitig imprägniert wird, bei dem das Imprägniermittel jedoch durch die gesamte Papierdicke dringt. Dabei wird durch Auswahl der geeigneten Viskosität des Imprägniermittels und des Drucks, mit dem das Imprägniermittel in das Papier gepresst wird, erreicht, dass das meiste Imprägniermittel auf der imprägnierten Seite bleibt und nur wenig Imprägniermittel auf die Gegenseite dringt.
In US 3,116,245 A wird ein Filterpapier aus 100%
Baumwolllinters offenbart, das zweifach imprägniert ist.
Zunächst wird ein Harz auf beide Seiten aufgebracht und anschließend wird das Filterpapier bis zur Hälfte seiner Dicke einseitig mit einem anderen Harz imprägniert. Die
Imprägnierung wird in einer Weise durchgeführt, dass sich über die ganze Dicke die Porengröße nicht wesentlich
verändert. Entsprechend besitzt dieses Filterpapier keine bindemittelfreie Seite.
US 4,119,543 A beschreibt ein einseitig imprägniertes
Filtermaterial aus mindesten 70% Zellulose. Bei diesem
Filtermaterial wird die Imprägnierung in Form eines Musters aufgebracht. Dieses Muster enthält Flächen mit Imprägniermittel und Flächen, die frei von Imprägniermittel sind.
Es besteht der Bedarf an einem Filtermaterial insbesondere für die Filtration von Flüssigkeiten, das die gestiegenen Anforderungen an hohe Abscheidegrade und hohe Standzeiten erfüllt und gleichzeitig zur Trennung nicht miteinander mischbarer Flüssigkeiten eingesetzt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filtermaterial gelöst, das sich insbesondere für die Filtration von
Flüssigkeiten eignet und das nur auf einer Seite mit einem Bindemittel in der Weise imprägniert ist, dass die Gegenseite frei von Bindemittel ist, wobei der Anteil des trockenen Bindemittels am Gesamtgewicht des Filtermaterials 0,5 - 50 Gew.% beträgt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Filtermaterial umfasst bevorzugt zumindest ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nassgelegten Vliesen, trockengelegten Vliesen, Geweben und Schäumen.
Unter den trockengelegten Vliesen sind u.a. trockengelegte Faservliese, Meltblownvliese und Spinnvliese zu verstehen.
Trockengelegte Faservliese bestehen aus Fasern mit endlicher Länge. Zur Herstellung von trockengelegten Faservliesen können sowohl natürliche als auch synthetische Fasern zum Einsatz kommen. Beispiele für natürliche Fasern sind
Zellulose, Wolle, Baumwolle und Flachs. Synthetische Fasern sind zum Beispiel Polyolefinfasern, Polyesterfasern,
Polyamidfasern, Polytetrafluorethylenfasern und
Polyphenylensulfidfasern. Die eingesetzten Fasern können entweder gerade oder gekräuselt sein. Die trockengelegten Stapelfaservliese können auch luftgelegte Faservliese sein. Zur Verfestigung kann das trockengelegte Faservlies ein- oder mehrkomponentige Schmelzbindefasern enthalten, die bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der anderen Fasern ganz oder teilweise aufschmelzen und das Vlies verfestigen. Die Herstellung der trockengelegten Faservliese erfolgt nach dem bekannten Stand der Technik wie in im Buch „Vliesstoffe, W. Albrecht, H. Fuchs, W. Kittelmann, Wiley-VCH, 2000" beschrieben. Die trockengelegten Faservliese können durch die bereits erwähnten ein- oder mehrkomponentigen
Schmelzbindefasern verfestigt werden. Weitere
Verfestigungsmöglichkeiten sind zum Beispiel Vernadeln,
Wasserstrahlvernadeln oder das Tränken oder Besprühen des Vlieses mit flüssigen Bindern mit anschließender Trocknung.
Meltblownvliese bestehen aus polymeren Endlosfasern. Zur Herstellung der Meltblownvliese für das erfindungsgemäße Filtermaterial wird der in der Fachwelt bekannte
Meltblownprozess verwendet, wie er z.B. in Van A. Wente, „Superfine Themoplastic Fibers", Industrial Engineering
Chemistry, Vol. 48, S.1342 - 1346 beschrieben ist. Geeignete Polymere sind zum Beispiel Polyethylentherephtalat ,
Polybutylentherephtalat , Polyethylennaphtalat ,
Polybutylennaphtalat , Polyamid, Polyphenylensulfid und
Polyolefine. Die typischen Faserdurchmesser bewegen sich dabei bevorzugt zwischen 0,5 - 10 pm und besonders bevorzugt zwischen 0,5 - 3 μπι. Den Polymeren können je nach
Anforderungen noch Additive, wie zum Beispiel
Hydrophilierungsmittel , Hydrophobierungsmittel ,
Kristallisationsbeschleuniger oder Farben, zugemischt werden. Je nach Anforderung kann die Oberfläche der Meltblownvliese durch Oberflächenbehandlungsverfahren, wie zum Beispiel
Coronabehandlung oder Plasmabehandlung, in ihrer Eigenschaft verändert werden. Außerdem können die Meltblownvliese, falls erforderlich, mittels eines Kalanders verdichtet werden. Spinnvliese bestehen ebenfalls aus polymeren Endlosfasern, deren Faserdurchmesser aber meistens deutlich größer ist als der von Meltblownfasern. Spinnvliese werden nach dem der Fachwelt bekannten Spinnvliesverfahren hergestellt, wie es zum Beispiel in den Patentschriften US 4,340,563A, US
3,802,817A, US 3,855,046A und US 3,692,618A beschrieben ist. Für das Spinnvliesverfahren geeignete Polymere sind z.B.
Polyethylentherephtalat , Polybutylentherephtalat ,
Polyethylennaphtalat, Polybutylennaphtalat , Polyamid,
Polyphenylensulfid und Polyolefine.
Unter Schäumen sind alle offenzeiligen Schäume aus
organischen Polymeren zu verstehen. Durch ihre offenzellige Struktur sind sie luftdurchlässig und eignen sich für verschiedenste Filtrationsaufgaben. Die Herstellung
geeigneter Schäume ist beispielhaft in den Schriften US 3,171,820 A, DE 1504551 A, DE 601435 A und GB 1111928 A beschrieben.
Nassgelegte Vliese oder Papiere im Sinne dieser Erfindung sind alle Vliese, die mit den in der Fachwelt bekannten Nasslegeprozessen zur Herstellung von Filterpapieren erzeugt werden können. Die Papiere für das erfindungsgemäße
Filtermaterial bestehen bevorzugt aus natürlichen,
synthetischen, anorganischen Fasern oder einer Mischung daraus. Beispiele für natürliche Fasern sind Zellulose, Baumwolle, Wolle und Hanf, wobei das eingesetzte
Zellulosematerial holzfreie und/oder holzhaltige Zellulosen von Nadel- und/oder Laubbäumen, Regeneratzellulosen und fibrillierte Zellulosen sein kann. Anorganische Fasern sind zum Beispiel Glasfasern, Basaltfasern, Quarzfasern und
Metallfasern. Als Synthesefasern eignen sich zum Beispiel Polyesterfasern, Polypropylenfasern, Mehrkomponentenfasern mit unterschiedlichen Schmelzpunkten der einzelnen
Komponenten, Polyamidfasern und Polyacrylnitrilfasern. Der Titer der Synthesefasern beträgt typischerweise 0,1 dtex - 8,0 dtex, besonders bevorzugt 0,5 dtex - 5 dtex und die Schnittlänge typischerweise 3 mm - 20 mm, besonders bevorzugt 4 mm - 12 mm. Die Papiere für das erfindungsgemäße
Filtermaterial können zu 100% aus natürlichen, synthetischen oder anorganischen Fasern bestehen, es ist aber auch jede beliebige Mischung aus diesen Faserarten möglich. Die
richtige Zusammensetzung weiß der Fachmann auf Grund seines Wissens und seiner Erfahrung jeweils nach den geforderten Papiereigenschaften gezielt auszuwählen. Die Papierlage kann aus mehreren Schichten bestehen, die entweder in einer
Papiermaschine mit einem dazu geeigneten Stoffauflauf erzeugt und zusammengeführt werden oder aus einzelnen Papierbahnen, die miteinander in einem separaten Arbeitsgang verbunden werden. Die einzelnen Schichten können dabei in ihren
Eigenschaften unterschiedlich ausgestaltet sein.
Filtermaterialien für die Filtration von Flüssigkeiten sind üblicherweise mit einem Bindemittel imprägniert. Das
Bindemittel wird durch das Imprägnieren auf das
Filtermaterial aufgetragen und durchdringt zumindest einen Teil des Filtermaterials. Dabei bleibt die imprägnierte
Oberfläche des Filtermaterials insbesondere für Flüssigkeiten durchlässig. Die Imprägnierung verleiht dem Filtermaterial eine hohe Steifigkeit und eine Beständigkeit gegenüber aggressiven Flüssigkeiten, wie zum Beispiel heißen Motorölen, Hydraulikölen, Kraftstoffen, Säuren und Laugen. Da die meisten Filtermaterialien in einem weiteren
Verarbeitungsschritt gefaltet werden, ist eine hohe
Steifigkeit gefordert. Steife Filtermaterialien lassen sich leichter falten und die Falten widerstehen dem
Filtrationsdruck auch unter hohen Durchflussraten und
Temperaturen.
Üblicherweise werden die Filtermaterialien in zum Beispiel einem Tauchbad vollständig mit dem Bindemittel imprägniert und anschließend getrocknet. Die vollständige Imprägnierung hat den Vorteil, dass alle Fasern fest miteinander verbunden sind und mit dem Bindemittel umhüllt sind. Dadurch sind die Fasern und somit auch das Filtermaterial gegen den Angriff aggressiver Flüssigkeiten geschützt. Dabei kann durch Auswahl des geeigneten Bindemittels die optimale Steifigkeit erreicht werde .
Bindemittel verkleinern aber auch die Poren im
Filtermaterial, indem sie die Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern ausfüllen. Damit wird zwar der Abscheidegrad verbessert, gleichzeitig verringert sich aber auch die
Luftdurchlässigkeit und vor allem die Standzeit und somit die Lebensdauer des Filtermaterials. Im erfindungsgemäßen
Filtermaterial ist nur eine Seite mit Bindemittel
imprägniert, so dass die gegenüberliegende Seite frei von Bindemittel ist. Dabei kann diese eine Seite teilweise, beispielsweise mit Mustern, die beliebige geometrische Formen haben können, wie beispielsweise Punkte, gerade Linien, gekrümmte Linien, sich kreuzende Linien, Vierecke, Rauten und Dreiecke, oder durchgehend, d.h. über die gesamte Fläche, imprägniert sein, und ist bevorzugt durchgehend imprägniert. Unter der imprägnierten Seite wird der Teil des
Filtermaterials verstanden, der durch die Oberfläche des Filtermaterials begrenzt ist, auf der das Bindemittel
aufgetragen ist. Die gegenüberliegende Seite bezeichnet den Teil des Filterpapiers, der durch eine Oberfläche begrenzt ist, die der Oberfläche der imprägnierten Seite
gegenüberliegt und kein Bindemittel enthält. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Filtermaterial flächig, d.h. es besitzt zwei gegenüberliegende Oberflächen die besonders bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind. Durch eine einseitig aufgebrachte Imprägnierung, zum Beispiel durch einen
Walzenauftrag oder durch Besprühen, wird die gleiche
Steifigkeit und der gleiche Abscheidegrad erreicht, wie bei einem vollständig durchimprägnierten Filtermaterial, die Standzeit ist aber deutlich höher und entspricht einem nicht imprägnierten Filtermaterial . Damit dieser Effekt erreicht wird, muss die nicht imprägnierte Seite des einseitig
imprägnierten Filtermaterials angeströmt werden. Die Flächenmasse ist im erfindungsgemäßen Filtermaterial bevorzugt 50 g/m2 bis 400 g/m2 und besonders bevorzugt von 100 g/m2 bis 300 g/m2. Die Dicke des erfindungsgemäßen
Filtermaterials ist bevorzugt 0,1 mm bis 2,0 mm und besonders bevorzugt von 0,5 mm bis 1,5 mm. Dabei bezieht sich die Dicke des erfindungsgemäßen Filtermaterials auf die Distanz
zwischen der Oberfläche auf der das Bindemittel aufgetragen ist und der gegenüberliegenden Oberfläche. Das
erfindungsgemäße Filtermaterial hat bevorzugt eine
Luftdurchlässigkeit von 1 l/m2s bis 1500 l/m2s und besonders bevorzugt von 5 l/m2s bis 800 l/m2s. Die Porosität des erfindungsgemäßen Filtermaterials ist bevorzugt von 50 % - 90 % und besonders bevorzugt von 60 % - 80 %. Die Porosität bezieht sich dabei auf das Verhältnis der tatsächlichen
Dichte des Filtermediums zu der durchschnittlichen Dichte der eingesetzten Fasern. Bevorzugt besitzt das erfindungsgemäße Filtermaterial einen Harzgehalt von 0,5 % - 50 % und
besonders bevorzugt von 5 % - 20 %. Vorzugsweise hat das erfindungsgemäße Filtermaterial einen Abscheidegrad für 4 μπι- Partikel nach ISO 19438 von mind. 50 %, besonders bevorzugt von mind. 80 % und eine Standzeit nach ISO 19438 von
mindestens 1,0 g, besonders bevorzugt von mindestens 1,5 g. Die Wasserabscheidung nach ISO 19332 bei einer Anstromung von 4,5 ml/(cm2*min) ist im erfindungsgemäßen Filtermaterial bevorzugt mindestens 30 %, besonders bevorzugt von mindestens 40 %.
Es hat sich herausgestellt, dass einseitig imprägnierte
Filtermaterialien mit einer Flächenmasse von 50 g/m2 bis 400 g/m2, bevorzugt von 100 g/m2 bis 300 g/m2, einer Dicke von 0,1 mm bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,5 mm bis 1,5 mm, einer Luftdurchlässigkeit von 1 l/m2s bis 1500 l/m2s, bevorzugt von 5 l/m s bis 800 l/m2s und einer Porosität von 50 % - 90 %, bevorzugt von 60 % - 80 % und einem Harzgehalt von 0,5 % - 50 %, bevorzugt von 5 % - 20 % besonders geeignet sind. Bei solchermaßen ausgestalteten Filtermaterialien ist die Standzeit nach ISO 19434 deutlich höher als bei
vergleichbaren durchimprägnierten Filtermaterialien mit einem Meltblownvlies als Vorfilter. Dieser Effekt war nicht zu erwarten. Die einseitig imprägnierten Papiere nach dem bisherigen Stand der Technik besitzen eine deutlich höhere Luftdurchlässigkeit und Dicke und sind in Bezug auf Standzeit und Wasserabscheidung den vergleichbaren durchimprägnierten Filtermaterialien mit einer Meltblownvlies als Vorfilter höchstens gleichwertig.
Wird das erfindungsgemäße Filtermaterial zur Trennung eines Flüssigkeitsgemisches aus zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten eingesetzt, so wird es durch die Auswahl der Hydrophobie bzw. der Hydrophilie der Fasern und des
Imprägniermittels so gestaltet, dass die Tröpfchen der dispersen Phase des Flüssigkeitsgemisches bevorzugt an den Fasern gesammelt und vergrößert werden, während die
Imprägnierung einen leichten Durchgang der kontinuierlichen Phase gewährleistet und gleichzeitig den Durchgang der
Tropfen der dispersen Phase erschwert. Die Fasern und die Imprägnierung unterscheiden sich also in ihrer Hydrophilie bzw. Hydrophobie. Beispiele für hydrophile Fasern sind
Zellulosefasern, Baumwollfasern, Polyamidfasern und hydrophil beschichtete Fasern. Hydrophobe Fasern sind z.B.
Polyolefinfasern, Teflonfasern und hydrophob beschichtete Fasern.
Unter nicht mischbaren Flüssigkeiten werden solche
Flüssigkeiten verstanden, die keine homogene Mischung oder Lösung miteinander bilden, sondern ein Zwei-Phasen-Gemisch, wie z.B. Öl und Wasser. Im Sinne der Erfindung sind zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten dadurch
gekennzeichnet, dass sich bei Raumtemperatur (20 °C)
höchstens 10 Gew.% und bevorzugt höchstens 1 Gew.% der einen Flüssigkeit in der jeweils anderen Flüssigkeit bezogen auf 100 Gew.% der zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten lösen. Als Bindemittel eignen sich zum Beispiel Phenolharze oder Epoxidharze aus alkoholischen Lösungen, aber auch wässrige Dispersionen zum Beispiel von Acrylaten, Styrol-Butadienen, Polyvinylacetaten, Phenolharzen oder Polyvinylchlorid. Eine weitere mögliche Klasse von Bindemittel sind wässrige
Lösungen von zum Beispiel Polyvinylalkohol, Melaminharz oder Harnstoffharz. Neben den flüssigen Bindemitteln können auch feste, pulverförmige Binder aus thermoplastischen Polymeren zum Einsatz kommen.
Je nach Bedarf können dem Bindemittel noch verschiedene Hilfsstoffe zugemischt werden, wie zum Beispiel
Hydrophilierungsmittel , Hydrophobierungsmittel ,
Flammschutzmittel oder Farben.
Sollte das Filtermaterial eine dichtere und eine offenere Seite besitzen, so wird die Imprägnierung bevorzugt auf die dichtere Seite aufgebracht. Die dichtere Seite unterscheidet sich von der offeneren Seite durch eine kleinere
durchschnittliche Porengröße, wobei die durchschnittliche Porengröße der dichteren Seite bevorzugt mindestens 5 %, mehr bevorzugt mindestens 10 % und besonders bevorzugt mindestens 20 % kleiner ist als die der offeneren Seite.
Der Auftrag des Bindemittels wird zum Beispiel über die
Viskosität der Bindemittellösung oder durch geeignete
Einstellungen der Verfahrensparameter so gesteuert, dass das Bindemittel von der imprägnierten Oberfläche des
Filtermaterials zur gegenüberliegenden Seite bevorzugt mindestens die Hälfte aber höchstens drei Viertel seiner Dicke, besonders bevorzugt zwischen zwei Drittel und drei Viertel der Dicke durchdringt. Die Gegenseite bleibt im
Wesentlichen bindemittelfrei . Geeignete Imprägnierverfahren sind z.B. Walzenauftrag oder Besprühen. Beim Walzenauftrag sind die Verfahrensparameter, mit denen die Eindringtiefe des Bindemittels gesteuert werden kann, beispielsweise die Filmdicke des Bindemittels auf der Auftragswalze, die
Viskosität des Bindemittels sowie der Feststoffgehalt des Bindemittels. Besteht das Auftragswerk aus zwei Walzen, beispielweise einer Schöpfwalze, die das Bindemittel aus einem Vorratsgefäß, beispielsweise einer Wanne, übernimmt und dann auf die Auftragswalze überträgt sowie einer
Auftragswalze, die das Bindemittel auf das Filtermaterial aufbringt, kann die geeignete Filmdicke durch die
Differenzgeschwindigkeit der beiden Walzen zueinander und den Spalt zwischen den Walzen eingestellt werden. Beim Besprühen, d.h. dem Sprühauftrag, sind die zum Steuern der Eindringtiefe verwendeten Verfahrensparameter beispielsweise die Viskosität des Bindemittels, der Feststoffgehalt des Bindemittels, der Durchmesser der Sprühdüsen und die Menge an versprühtem
Bindemittel pro Zeiteinheit. Die oben genannten Parameter sowie deren genaue und zweckdienliche Einstellung zum
Erreichen einer bestimmten Eindringtiefe des Bindemittels sind dem Fachmann bekannt. Die Beurteilung der Eindringtiefe des Bindemittels in das Filtermaterial geschieht mittels Auflichtmikroskop an einem Querschnitt des Filtermaterials. Der Anteil des getrockneten Bindemittels am Gesamtgewicht des Papiers beträgt 0,5 - 50 Gew.%, bevorzugt 5 - 20 Gew.%. Der Anteil des getrockneten Bindemittels bezieht sich im Sinne der Erfindung auf den Anteil des Bindemittels im
Filtermaterial, das für 30 Minuten bei 100 °C in einem
Umlufttrockenschrank getrocknet wurde.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Filtermaterials ist ein Papier aus natürlichen Fasern,
Synthesefasern, anorganischen Fasern oder Mischungen daraus, das auf der Siebseite, das heißt der dichteren Seite, mit einem Bindemittel in der Weise imprägniert ist, dass das Bindemittel etwa zwei Drittel der Papierdicke durchdringt, wobei die Fasern der Gegenseite bindemittelfrei bleiben.
Dieses Filtermaterial hat die folgenden bevorzugten
Eigenschaften: eine Flächenmasse von 50 g/m2 - 400 g/m2, besonders bevorzugt von 100 g/m2 bis 300 g/m2; eine Dicke von 0,1 mm - 2,0 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm - 1,5 mm; eine Luftdurchlässigkeit von 1 l/m2s - 1500 l/m2s, besonders bevorzugt von 5 l/m2s - 800 l/m2s; eine Porosität von 50 % - 90 %, besonders bevorzugt von 60 % - 80 %; einen Harzgehalt von 0,5 % - 50 %, besonders bevorzugt von 5 % - 20 %; einen Abscheidegrad für 4 um- Partikel nach ISO 19438 von mind. 50 %, besonders bevorzugt von mind. 80 %; eine Standzeit nach ISO 19438 von mind. 1,0 g, besonders bevorzugt von mind. 1,5 g; und eine Wasserabscheidung nach ISO 19332 bei einer
Anströmung von 4,5 ml/(cm2*min) von mind. 30 %, besonders bevorzugt von mind. 40 %.
Im Rahmen der Erfindung ist es ohne weiteres möglich, dass das erfindungsgemäße Filtermaterial aus mehreren Lagen bzw. Schichten besteht. Weiterhin ist es auch möglich, dass vor und/oder nach dem erfindungsgemäßen Filtermaterial eine oder mehrere Lagen aus anderen Materialien vorgesehen sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials ist eine Kombination aus einem Papier und einem Meltblownvlies, wobei sich das Meltblownvlies mit der dichteren Seite auf der nicht imprägnierten Seite des Papiers befindet. Das Papier besteht aus natürlichen Fasern,
Synthesefasern, anorganischen Fasern oder Mischungen daraus und ist auf der Siebseite, das heißt der dichteren Seite, mit einem Bindemittel in der Weise imprägniert, dass das
Bindemittel etwa zwei Drittel der Papierdicke durchdringt, wobei die Fasern der Gegenseite bindemittelfrei bleiben. Das Papier kann die folgenden Eigenschaften haben: eine
Flächenmasse von 50 g/m2 - 400 g/m , bevorzugt von 100 g/m2 bis 300 g/m2; eine Dicke von 0,1 mm - 2,0 mm, bevorzugt von 0,5 mm - 1,5 mm; eine Luftdurchlässigkeit von 1 l/m2s - 1500 l/m2s, bevorzugt von 5 l/m2s - 800 l/m s; eine Porosität von 50 % - 90 %, bevorzugt von 60 % - 80 % und einen Harzgehalt von 0,5 % - 50 %, bevorzugt von 5 % - 20 %. Das
Meltblownvlies kann eine Flächenmasse von 10 g/m2 - 200 g/m2, bevorzugt von 20 g/m2 bis 120 g/m2; eine Dicke von 0,05 mm - 1,5 mm, bevorzugt von 0,1 mm - 1,0 mm und eine
Luftdurchlässigkeit von 5 l/m2s - 4000 l/m2s, bevorzugt von 100 l/m2s - 500 l/m2s haben. Das gesamte Filtermaterial dieser Ausführungsform, das ein Papier und ein Meltblownvlies umfasst, hat vorzugsweise die folgenden Eigenschaften: eine Flächenmasse von 60 g/m2 - 600 g/m2 , besonders bevorzugt von 120 g/m2 bis 420 g/m2; eine Dicke von 0,15 mm - 3,5 mm, besonders bevorzugt von 0,6 mm - 2,5 mm; eine
Luftdurchlässigkeit von 1 l/m2s - 1100 l/m2s, besonders bevorzugt von 5 l/m2s - 300 l/m s; einen Harzgehalt von 5 % - 50 %, besonders bevorzugt von 5 % - 20 %; einen Abscheidegrad nach ISO 19438 für 4 μπι - Partikel von mind. 50 %, besonders bevorzugt von mind. 80 % und eine Standzeit nach ISO 19438 von mind. 1,0g, besonders bevorzugt von mind. 1,5g.
Die einzelnen Lagen des erfindungsgemäßen Filtermaterials können entweder mit einem Kleber oder über
Schweißverbindungen oder eine Kombination daraus verbunden werden .
Vorteilhafte Kleber haben einen Erweichungspunkt von über 200°C. Das erfindungsgemäße Filtermaterial ist bevorzugt für die Verwendung bei Temperaturen von bis zu 150 °C und hohen hydrostatischen Drücken geeignet. Geeignete Kleber für diese Anwendung sind Polyurethankleber, Polyamidkleber oder
Polyesterkleber. Besonders bevorzugt sind dabei
Polyurethankleber, die mit der Luftfeuchtigkeit vernetzen. Die Kleber können entweder als Pulver oder aufgeschmolzen mittels Rasterwalzen oder Sprühdüsen aufgebracht werden. Das Auftragsgewicht des Klebers liegt typischerweise zwischen 5 - 20 g/m2, bevorzugt zwischen 5 - 10 g/m2.
Die Schweißverbindung kann sowohl durch eine
Ultraschallanlage als auch durch einen Thermokalander
erfolgen. Dabei werden die Polymere der zu verschweißenden Lagen entweder vollflächig oder bereichsweise aufgeschmolzen und miteinander verschweißt. Die bereichsweisen Schweißverbindungen können dabei beliebige geometrische
Formen haben, wie zum Beispiel Punkte, gerade Linien, gekrümmte Linien, Rauten und Dreiecke. Die Fläche der
bereichsweisen Schweißverbindungen beträgt vorteilhafterweise höchstens 10% der Gesamtfläche des erfindungsgemäßen
Filtermaterials .
Verkleben und Verschweißen können auch beliebig miteinander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann zur
Flüssigkeitsfiltration verwendet werden, wobei das
Filtermaterial von der nicht imprägnierten Seite angeströmt wird, d.h. die Flüssigkeit wird von der nicht imprägnierten Seite zur imprägnierten Seite durch das Filtermaterial geleitet. Die Flüssigkeit kann einen darin nicht löslichen Feststoff enthalten. Bevorzugt enthält die Flüssigkeit zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Trennung von zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten werden die Flüssigkeiten so durch das erfindungsgemäße Filtermaterial geleitet, dass die Flüssigkeiten von der nicht imprägnierten Seite zur imprägnierten Seite des Filtermaterials strömen.
Prüfmethoden
Flächenmasse nach DIN EN ISO 536 Dicke nach DIN EN ISO 534
Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 bei 200 Pa
Druckdifferenz
Anfangsabscheidegrad von 4 μπι-Partikeln und
Staubspeicherfähigkeit nach ISO 19438 mit 200 cm2
Probenfläche, 100 mg/1 AufStromkonzentration und 0,71 1/min Volumenstrom. Testende bei 0,7 bar Differenzdruckanstieg.
Wasserabscheidung nach ISO 16332 mit den Testbedingungen nach Tabelle 1, gemessen an Flachproben mit einer Fläche von 225 cm2. Die Probe wird so eingespannt, dass sie senkrecht zu ihrer Oberfläche angeströmt wird.
Tabelle 1
Figure imgf000017_0001
Die Porosität berechnet sich aus der tatsächlichen Dichte des Filtermediums und der durchschnittlichen Dichte der
eingesetzten Fasern nach folgender Formel: Porosität = (1 - Dichte Filtermedium [g/cm3]/ Dichte Fasern [g/cm3] ) *100%
Der Anteil des Imprägniermittels in einem Papier berechnet sich nach folgender Formel:
Imprägniermittelanteil in % = (FM Imp./FM Papier) * 100% mit FM Imp. = Masse des trockenen Imprägniermittels pro m2 Papier und
FM Papier = Flächenmasse des imprägnierten Papiers, wobei vor der Bestimmung des Imprägniermittelanteils das Papier 30 Minuten bei 100 °C in einem Umlufttrockenschrank getrocknet wird.
Beispiele
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
Nach dem allgemein bekannten Verfahren zur Papierherstellung wurde in einer Papiermaschine eine Papierbahn aus 100 % Zellulose erzeugt. In einem getrennten Arbeitsschritt wurde dieses Papier mit einer methanolischen Phenolharzlösung vollständig durchimprägniert und getrocknet. Das Papier ist unter der Bezeichnung K13il5SG von der Fa. NEENAH Gessner GmbH, Bruckmühl erhältlich und hat eine Flächenmasse von 235 g/m2, eine Dicke von 0,55 mm, eine Porosität von 72 %, eine Luftdurchlässigkeit von 8 l/m s und einen Harzgehalt von 15 Gew. % .
An diesem Filtermaterial wurde der Anfangsabschexdegrad für 4 m Partikel nach ISO 19438, die Staubspeicherfähigkeit nach ISO 19438 und die Wasserabscheidung nach ISO 16332 bestimmt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 dargestellt. Beispiel 2 (Erfindung)
Nach dem allgemein bekannten Verfahren zur Papierherstellung wurde in einer Papiermaschine eine Papierbahn aus 100 %
Zellulose erzeugt. In einem getrennten Arbeitsschritt wurde dieses Papier mit dem gleichen Imprägniermittel wie in
Beispiel 1 imprägniert, nur mit dem Unterschied, dass das Imprägniermittel diesmal nur einseitig mittels Walzenauftrag auf die Siebseite des Papiers aufgebracht wurde. Nach dem Trocknen hatte das Papier eine Flächenmasse von 221 g/m2 , eine Dicke von 0,49 mm, eine Luftdurchlässigkeit von 9 1/m2 s, eine Porosität von 70 % und einen Harzgehalt von 10 %. Die Eindringtiefe des Bindemittels in das Papier betrug 60 % der Papierdicke. An diesem Filtermaterial wurde der
Anfangsabscheidegrad für 4 pm Partikel nach ISO 19438, die Staubspeicherfähigkeit nach ISO 19438 und die
Wasserabscheidung nach ISO 16332 bestimmt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Beispiel 1 Beispiel 2 (Vergleich) (Erfindung)
Anfangsabscheidegrad 98,10 % 98,00 % nach ISO 19348
Staubspeicherfähigkeit 0,64 g 1,56 g nach ISO 19348
Wasserabscheidung nach 13 % 44 %
ISO 16332

Claims

Patentansprüche
1. Filtermaterial insbesondere für die Filtration von
Flüssigkeiten dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial auf nur einer Seite mit Bindemittel in der Weise imprägniert ist, dass die gegenüberliegende Seite frei von Bindemittel ist, wobei der Anteil des getrockneten Bindemittels am
Gesamtgewicht des Filtermaterials 0,5 - 50 Gew.% beträgt.
2. Filtermaterial nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel von der imprägnierten Seite des
Filtermaterials zur gegenüberliegenden Seite mindestens die Hälfte und höchstens drei Viertel der Dicke des
Filtermaterials durchdringt.
3. Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2 dadurch
gekennzeichnet, dass das Filtermaterial zumindest ein
Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nassgelegten Vliesen, trockengelegten Vliesen, Geweben und Schäumen.
4. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial eine Flächenmasse von 50 g/m2 - 400 g/m2 besitzt.
5. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial eine Dicke von 0,1 mm - 2,0 mm besitzt .
6. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial eine
Luftdurchlässigkeit von 1 l/m2s - 1500 l/m2s besitzt.
7. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial eine Porosität von 50 % - 90 % besitzt.
8. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial auf der nicht
imprägnierten Seite mit der Siebseite eines Meltblownvlieses verbunden ist.
9. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial auf der imprägnierten Seite mit einem mittels Kalander verdichteten Meltblownvlies verbunden ist.
10. Filterelement umfassend ein Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
11. Verwendung des Filtermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Flüssigkeitsfiltration, wobei die Flüssigkeit das Filtermaterial von der nicht imprägnierten Seite anströmt.
12. Verwendung nach Anspruch 11, wobei die Flüssigkeit einen darin nicht löslichen Feststoff enthält oder die Flüssigkeit zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten enthält.
13. Verfahren zur Trennung von zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten in der Art durch ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9 geleitet werden, dass die Flüssigkeiten von der nicht imprägnierten Seite zur imprägnierten Seite des
Filtermaterials strömen.
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