DE1561753B

DE1561753B - Verfahren zur Herstellung von mikro porösem, für flussige Medien durchlassi gem Filtermaterial

Info

Publication number: DE1561753B
Application number: DE19671561753D
Authority: DE
Inventors: David Bons Roslyn Estates Keedwell Cynl Alfred Jericho N Y Pail (V St A)
Original assignee: Hoyd and Hillmann Ltd, London
Priority date: 1966-02-28
Filing date: 1967-02-28
Publication date: 1972-03-09
Also published as: US3353682A; GB1178472A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mikroporösem, für flüssige Medien durch-

3H lässigem Filtermaterial, bei welchem auf einem vorgebildeten porösen Substrat mindestens eine Faserschicht aus einer Faserdispersion abgeschieden wird, wobei sich in der Faserschicht die Fasern in einem Winkel von mehr als 30° nach außen erstrecken und das Hohlraumvolumen dieser Schicht mindestens 75% beträgt, während der durchschnittliche Porendurchmesser dieser Schicht unter etwa 150 Mikron liegt.
Mikroporöse Materialien für Filter können allgemein nach ihrer Zugehörigkeit zu zwei Arten klassifiziert werden, nämlich den Tiefenfiltern und den Oberflächenfiltern. Oberflächenfilter weisen Poren im wesentlichen der gleichen Größe und Gestalt auf, die sich von der einen zur anderen Filteroberfläche erstrecken. Ein solches Filter erfordert keine nennenswerte Dicke, da es das suspendierte Material aus dem durchgeleiteten, flüssigen Medium durch Sammlung des Materials auf seiner Oberfläche entfernt, wobei das auf diese Weise abgetrennte Material auf dem Filter einen Filterkuchen bzw. eine Schicht bildet.

Bei der Tiefenflltration ist das Filterelement so aufgebaut, daß die Verunreinigungen nicht nur auf der Oberfläche des Filtermaterials, sondern auch beim Durchgang des flüssigen Mediums durch dasselbe abgetrennt werden, wobei das mikroporöse Material eine beträchtliche Dicke und eine Anzahl von Poren ausgesprochener Länge aufweist. Aus der Porenlänge ergibt sich eine Erhöhung des Schmutzstoff-Aufnahmevermögens, da längs der Poren mehr Raum für den Schmutzstoff zur Verfugung steht. Die meisten Tiefenfilter werden aus Faserttiaterial oder anderem, teilchenförmigem Material hergestellt, wobei der Zusammenhalt durch mechanische Mittel oder durch

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Bindung erhalten wird. Man kann solche Materialien in Form einer oder vun mehreren Schichten einsetzen, und dl·: Schichten können verschiedene Porosiliitsgrade aufweisen, wobei man gewöhnlich die gröbste Schicht so anordnet, daß sie" zuerst mit der zu filternden Flüssigkeit zusammenkommt und dadurch aus dieser beim Durchgang durch das Filter zuerst das gröbere und dann das feinere Material entfernt und auf diese Weise eine gewisse Verteilung der Verunreinigungsstoffe über das Filter und eine im Vergleich mit einem Oberflächenfilter längere Lebenszeit erhält.

Sowohl beim Oberflächen- wie auch Tiefenfiltertyp sind in der Herstellung diejenigen Filter äußerst schwierig, die ultrafeine Poren oder Mikroporen mit einem Maximaldurchmesser von 25 Mikron oder darunter und keine den festgesetzten Maximalwert überschreitende Poren aufweisen. Man hat zwar mikroporöse Membranfilter entwickelt (wie z. B. in den USA.-Patentschriften 1 421 341, 1 693 890 und 1 720 670 sowie 2 783 894, 2 8f,4 777 und 2 944 017 beschrieben), aber diese Filter sind von den physikalischen Eigenschaften des bei ihrer Herstellung eingesetzten Plastmaterials recht abhängig und häufig, besonders bei einem hohen Porenvolumen, spröde und brüchig, unterliegen bei der Einwirkung von Temperaturen von etwa 93 bis 121° C (etwa 200 bis 250° F) rasch einer Verschlechterung der Filtereigenschaften und sind in jedem Falle im Vergleich mit ähnlichen, porösen Medien mit vergleichbaren Eigenschäften, aber unangemessen großen Poren, wie Papier und nicht gewebten Faservliesen, in der Herstellung sehr teuer.

Zur Überwindung ihrer Brüchigkeit hat man vorgesehen, sie auf eine Papiergrundlage abzulegen, aber es bereitet Schwierigkeiten, eine gute Haftung zwischen dem Plast und dem Papier zu erzielen, so daß die Filterschicht beim Biegen oder beim Einwirken einer größeren Rückdruckdifierenz sich abtrennt oder bricht. Man kann aus diesen Gründen Plastikfilterschicht-Verbundstoffe nur in ebenflächigen und nicht in den wirksame. ?n, gefalteten Filterelementen einsehen.

Verstärkte, mikroporöse Plastfüterschiehten, die auf einen Stoff abgelegt sind, sind hergestellt worden, aber da diese nicht genügend selbsttragend oder steif sind, neigen die Schichten dazu, sich bei der ("berführung in gefaltete Strukturen voneinander zu trennen.

Die bekannten Papierfilter s'nd wirtschaftlich, haben jedoch keine tiltrafeinen Poren. Papierfilter mit ultrafeinen Poren von etwa 2 bis 4 Mikron werden zwar hergestellt, aber solche Filter weisen auch einen Anteil an Poren auf, die bis zu 20 Mikron oder mehr reichen. Eine Herstellung von Filterschichten, die sowohl ein brauchbares Hohlraumvoliimen als auch im wesentlichen keine Poren von mehr als 10 Mikron Durchmesser aufweisen, mit angemessenen Kosten ist sehr schwierig, wenn nicht unmöglich. Das gleiche gilt für herkömmliche, nicht gewebte Faservliese. Darüber hinaus ^:>t für solche Papiere oder nicht gewebte Faservliese mit ultrafeinen Poren allgemein eine extrem geringe Durchlässigkeit für flüssige Medien sowie ein hoher Druckabfall kennzeichnend, der sich aus einem Hohl raum volumen von etwa 20 bis 40"In ergibt, das für viele Zwecke, einschließlich der Filtration großer Mengen viskoser, flüssiger Medien. 711 klein ist.

Die Durchlässigkeit eines Filters für flüssige Medien stellt eine Funktion von Porengröße und Hohlraumvolumen dar. Je höher der Prozentsatz des Hohlraumvolumens bei gegebener Porengröße und Filterdicke ist, desto höher ist die Strömungsgeschwindigkeit, d. h. das Volumen des flüssigen Mediums, das sich je Flächen- und Zeiteinheit filtrieren läßt. Bei Filtern mit einer durchschnittlichen Porengröße von über 25 Mikron kann ein Filtermedium mit einem derart niedrigen Hohlraumvolumen wie 20 ⁰Zo eine angemessene Durchlässigkeit haben. Bei mikroporösen Filtern, mit einer durchschnitdichen Porengröße von 25 Mikron oder darunter, jedoch ergibt sich aus der sehr geringen '^orengröße ein stark erhöhter Strömungswiderstand, so daß das Vorliegen eines möglichst hohen Hohlraumvolumens wesentlich ist. Zum Beispiel ist ein mikroporöses Filter mit einer durchschnittlichen Porengröße von etwa 1 Mikron had einem Hohlraumvolumen von unter etwa 50% im wesentlichen für viele Zwecke unbefriedigend, da die Strömungsgeschwindigkeit unter dem praktikablen Wert liegt. Wie sich gezeigt hat, benötigt man bei mikroporösen Filtern für die meisten Zwecke einen Hohlraumgehalt von über 75 und häufig von über 85 Volumprozent.

Ein brauchbares, mikroporöses Filter soll somit folgende Merkmale aufweisen:

1. Es soll eine mikroporöse Struktur haben, bei der keine Pore gröber als etwa 25 Mikron ist.

2. Die mikroporöse Struktur soll ein hohes Hohlraumvolumen, vorzugsweise ein seiches von mindestens 75 "Ό, aufweisen.

3. Die Filterschicht soll gegen eine Zusammenpressung und gegen Rückdruck hochbeständig sein.

4. Die Filterschicht soll eine möglichst hohe Temperatur vertragen. Eine noch brauchbare Festigkeit bei 135" C (275 F) ist sehr erwünscht, um die Wasserdampfsterilisation oder die Filtration von hydraulischen Medien, die beide gewöhnlich bei dieser Temperatur durchgeführt werden, zu erlauben. Für die Heißluft-Sterilisation und die Filtration von Heißluft wird eine noch brauchbare Festigkeit bei 204° C (400° F) benötigt.

5. Die Filterschicht soll in üblichen chemischen Lösungsmitteln und Reagenzien, wie Alkohol, Aceton, verdünnten Säuren usw., unlöslich sein.

6. Die Filterschicht soll so steif wie möglich sein.

7. Die mikroporöse Struktur soll formbeständig (dimrnsionsbeständig) sein, d. h., die Porengröße soll sich im Einsatz nicht verändern.

Das letztgenannte Kriterium ist von erheblicher Bedeutung, da ein Hauptverwendimgszweck der mikroporösen Filter in der Filtration von Mikroorganismen aus flüssigen Medien liegt.

Beim Einsatz solcher steriler, mikroporöser Filter besteht dementsprechend an der mikroporösen Oberfläche eine sehr hohe Konzentration an Mikroorganismen. Jegliche Instabilität des Filters und sich ergebende Porengrößen-Zunahme im Einsatz könnte infolgedessen zu verhängnisvollen Folgen führen.

Die Begriffe Porendurchmesser oder Porengröße, und zwar unabhängig davon, ob es sich um den Maxinai- oder den Durchschnittswert handelt, in der vorliegenden Beschreibung wie auch den Ansprüchen beziehen sich nicht auf eine spezielle, physikalische Messuns!. sondern vielmehr auf den Wert, der aus

den bei der »Bubble Point«-Prüfutig erhaltenen Werten errechnet wird (vgl. die spätere Beschreibung).

In der USA.-Patentschrift 3 238 056 ist ein Verfahren zum Imprägnieren und bzw. oder Überziehen einer vorgebildeten, porösen Grundlage (Substrat) mit einem teilchenförmigen Material zwecks Bildung eines mikroporösen Produktes vorgeschlagen. Es hat sich gezeigt, daß bei bestimmten Verfahrensbedingungen ein Überziehen der porösen Grundlage anstatt einer Imprägnierung zu einem Produkt mit stärkerer Durchlässigkeit für flüssige Medien führt. Der anfallende, mikroporöse Überzug weist ein sehr hohes Hohlraumvolumen und eine sehr geringe Maximalporengröße auf. Der Überzug haftet lest an der porösen Grundlage und ist infolgedessen im Einsatz »s stabil. Das mikroporöse Mittel besitzt eine genügende Festigkeit und Steifigkeit, um normale Handhabungstechniken zu vertragen.

In der deutschen Auslegeschrift 1 285 455 wird ein Verfahren vorgeschlagen, um eine vorgebildete, po- ao rose Grundlage bzw. ein vorgebildetes, poröses Substrat mit einem teilchenförmigen Material zwecks Ablegung einer mikroporö>en Schicht auf dem Substrat zu überziehen, wobei die Schicht ein hohes Hohlraumvolumen, im allgemeinen von mindestens as etwa 75 ⁰O, und einen maximalen Porendurchmesser von unter etwa 10 Mikron aufweist, ein Teil der Fasern sich von der Grundlage oder dem Substrat unter einem Winkel von mehr als etwa 30° nach außen erstreckt und die Schicht an dem Substrat über ein Bindemittel haftet. Die mikroporöse Schicht haftet eng an dem porösen Substrat und ist infolgedessen im Einsatz stabil.

Der vorliegenden Erfindung liegi die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feststellung von mikroporösen Filtermaterialien mit zwei zu einem Ganzen verbundenen Schichten oder Zonen zu schaffen, bei dem die mikroporöse Schicht sehr dünn gehalten werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man zur Bildung des porösen Substrats, dessen Fasern fast vollständig in zur Schichtebene ungefähr parallelen Ebenen liegen und das einen maximalen Porendurchmesser von unter 25 Mikron aufweist, auf eine öffnungen aufweisende Unterlage nicht mehr als 2O°/o einer mindestens 25ⁿ'oigen Dispersion von getrennten Fasern unter einem Druckunterschied von weniger als 300 mm Wassersäule auffließen läßt und die überschüssige Flüssigkeit durch die dünne Schicht hindurch abzieht, und daß man nach dem Auffließenlassen dieser Faserschicht das restliche geflockte Fasermaterial der Dispersion einschließlich der Klumpen auf dem porösen Substrat als Faserschicht abscheidet.

Das erhaltene mikroporöse Material wird von feinen und groben, zu einem Ganzen vereinigten und aneinander gebundenen Schichten gebildet. Im Unterschied zu den Materialien nach den Vorschlägen der USA.-Patentschrift 3 238 056 und der deutschen Auslegeschrift 1 285 455 wird die feinere Schicht von der Substrat- oder Grundschicht gebildet, und die auf dieser aufgebaute Schicht hat eine größere Dicke als die Substratschicht.

Das Verfahren ermöglicht die Herstellung eines mikroporösen, zweischichtigen Fasermaterials in Form von Matten, Vliesen oder Flächengebilden jeder gewünschten Dicke mit einer zu einem Ganzen vereinigten geschichteten Struktur und einer feinen Faserschicht, die sich durch Fasern, die fast völlig in zur Schichtebene ungefähr parallelen Ebenen liegen, und ultrafeine Mikroporen von unter etwa 25 Mikron, vorzugsweise unter 10 Mikron Durchmesser sowie ein geringes Hohlraumvolumen auszeichnet, und einer gröberen Faserschicht hohen Hohlraumvolumens, die Poren von im Durchschnitt im allgemeinen bis zu etwa 150 Mikron, vorzugsweise jedoch nicht über etwa 70 Mikron Durchmesser aufweist und auch mit ziemlich feinen Poren, von denen keine einen Durchmesser von über 25 Mikron aufweist, erhalten werden kann. Die verhältnismäßig grobe Schicht zeichnet sich durch einen Anteil an Fasern, die sich von der feinen Schicht unter einem Winkel von mehr als etwa 30 nach außen erstrecken, und durch einen im Vergleich mit der feinen Schicht großen Abstand der Fasern in der Schicht aus, aus dem sich das hohe Hohl raum volumen ergibt. Das Hohlraumvolumen dieser verhältnismäßig groben Schicht beträgt vorzugsweise mehr als etwa 75 °/o und überschreitet häufig 85 ⁰O.

Beim Einsatz des mehrschichtigen, mikroporösen Mater 3ls gemäß der Erfindung zur Entfernung von Bakterien und anderen Mikroorganismen aus einem flüssigen Medium soll die feine Schicht einen Porendurchmesser im Bereich von etwa 0,03 bis 0,8 Mikron und die grobe Schicht einen Porendurchmesser im Bereich von etwa 0,07 bis 2,5 Mikron haben.

Mit dem mikroporösen Material gemäß der Erfindung aufgebaute Filtereinheiten und -elemente erlauben die absolute Entfernung von Teilchen mit einer derart geringen Größe wie 25 Mikron und selbst noch von Teilchen von 10 Mikron bis herunter auf 0.03 Mikron und darunter aus flüssigen Medien. Gleichzeitig erhält man eine Schicht, welche den Feinfilterteil des Filters vor einem Verstopfen durch Teilchen von mehr als 0,07 bis zu 150 Mikron schützt und auf diese Weise als eine Art Tiefenfilter wirkt.

Das mikroporöse, eine zu einem Ganzen vereinigte, mehrschichtige Struktur aufweisende Filtermaterial gemäß der Erfindung enthält vorzugsweise eine feine Schicht mit einer Dicke von etwa 0,0025 bis 1.3 mm. insbesondere von etwa 0,013 bis 0.25 mm. Beim Einsatz zur Entfernung von Bakterien und anderen Mikroorganismen aus einem fließfä^gen Medium liegt die Dicke vorzugsweise im Bereich von etwa 0,005 bis 0,05 mm. Die feine Schicht hat aul Grund ihres geringen Hohlraumvolumens eine geringe Porosität und daher eine geringe Strömungskapazität. Sie soll dementsprechend möglichst dünr sein. Die gröbere Schicht jedoch hat ein hohes Hohlraumvolumen und unterliegt daher keiner Dicken begrenzung. Ihre Dicke richtet sich dementsprechenc nach dem Bedarf an einer Filtration der Tiefenfilter art in der Einsatzumgebung. Ihre Dicke kann dem entsprechend von etwa 0,05 mm bis zu einem ode mehreren Zoll reichen. Gewöhnlich jedoch betrag ihre Dicke etwa 0,075 bis 13 mm.

F i g. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines eil Ganzes bildenden, mehrschichtigen, mikroporöse! Materials, welches nach dem erfindungsgemäßen Vei fahren erhalten wurde, wobei der Verlauf der Faser der feinen Schicht 1 in der Schichtebene sowie de Verlauf der Fasern 3 der groben Schicht 2 unte einem Winkel von mehr als etwa 30° und das au Grund des großen Abstandes der Fysern dort vorlie gende, hohe Hohlraumvolumen ersichtlich sind. Ds hier gezeigte Filtermaterial entspricht dem Beispiel' F i g. 2 zeigt, zum Teil gebrochen, eine vergrößerl

Querschnittsansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Filtermaterials in gewellter Form.

Ein besonderes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von mikroporösen Materialien in gefalteter, gewellter oder gewundener Form. Das mikroporöse Filtermaterial läßt lieh in diesen Fällen unter Anwendung herkömmlicher Methoden wellen, in Windungsform bringen «der falten. Es ist auch möglich, der Öffnungen aufweisenden Unterlage, auf der man die Fasern auffließen läßt, eine Falten-, Windungs- oder Wellenlorm zu geben, wobei im Einsatz kein Schrumpfen der Schichten eintritt.

Bildung der Dispersion

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird, wie oben erwähnt, Fasermaterial in einer Flüssigkeit dispergiert und aus dieser auf die Oberfläche einer öffnungen aufweisenden Unterlage abgeschieden. Der gewünschte Grad an Mikroporosität der abgeschiedenen Schichten wird durch Veränderung von Art, Größe und Menge der abgeschiedenen Fasern, durch, wenn gewünscht, Einsatz von Mischungen verschiedenei Fasergrößen und durch sorgfältige Lenkung des Dispersionszustandes der Fasern erhalten. Stark geflockte Dispersionen neigen zur Bildung von Schichten, die ein hohes Hohlraumvolumen aufweisen, aber bezüglich der Gleichmäßigkeit der Porengröße und der Vereinigung der Schichten miteinander zu wünschen übriglassen. Gut entflockte (peptisierte) Dispersionen neigen zur Bildung von Schichten geringen Hohlraumvolumens und infolgedessen geringer Durchlässigkeit. Der Flockungsgrad. der die gewünschte Gleichmäßigkeit und Haftung und das gewünschte Hohlraumvolumen ergibt, wird für jedes Dispersionssystem nach der später beschriebenen Prüfung bestimmt.

Das Fasermaterial muß zur Dispergierung in einer Flüssigkeit befähigt sein und vorzugsweise einen Durchmesser von unter etwa 25 Mikron und vorzugsweise eine Länge von nicht über etwa 3500 Mikron haben. Das Verhältnis von Länge zu Durch messer beträgt etwa 50 bis 5000, vorzugsweise etwa 350 bis 5000.

Geeignete Fasermaterialien sind Glas und Quarz. Asbest. Kaluimtitanat. kolloidales Aluminiumoxyd. Aluminiumsilicat. Schlackenwolle, regenerierte Cellulose, mikrokristalline Cellulose. Polystyrol. Polyvinylchlorid. Polyvinylidenchlorid. Polyacrylnitril. Polyäthylen. Polypropylen. Kautschuk. Polymere von Terephthalsäure und Äthylenglykol. Polyamide. Caseinfaser. Zeinfaser. Celluloseacetat. Viscosc-Reyon. Hanf. Jute. Leinen. Baumwolle. Seide. Wolle. Mohair. Papier, Metallfasern, wie solche aus Eisen. Kupfer. Aluminium, rostfreiem Stahl. Messing. Monel-Metall, Silber und Titan, und Tone mit lattenartigen oder nadelartigen Teilchen, wie die Montmorillonit-, Sepiolith-, Palygorskite- und Attapulfittone dieses Typs.

Eine vorteilhafte Modifizierung der Schichten ist durch den Einsatz eines Gemisches von langen und kurzen Fasern möglich. Die langen Fasern können vine durchschnittliche Länge nicht unter dem durchschnittlichen Porendurchmesser der Öffnungen in der Unterlage oder des Maschensiebes haben und mit auf diesen die erste, dünne Schicht bilden. Danach kann man auf die erste Schicht eine im wesentlichen gleichmäßige Schicht langer und kurzer Fasern ablegen. Ein solches Fasermaterialgemisch soll etwa '/* bis 30, vorzugsweise etwa 2 bis 15 Gewichtsprozent langer Fasern mit einer durchschnittlichen Länge ebenso groß wie die durchschnittliche Porengröße der öffnungen der groben Unterlage bzw. des Maschensiebes haben. Der Durehmesser der langen Fasern soll unter dem etwa Zehnfachen des Durchmessers der kleinen, den Rest des Gemisches bilden- den Fasern und vorzugsweise unter dem etwa Dreifachen des Durchmessers der kleinen Fasern liegen. Ein Einsatz von mehr als 30 Gewichtsprozent langer Fasern in dem Fasermaterialgemisch bietet keine wesentlichen Vorteile, sondern führt nur zu einem gröberen Filtermittel.

Wenn das in dem Gemisch von Fasern verschiedener Größe eingesetzte Fasermaterial zu lang oder agglomeriert ist, kann man es auf eine solche Länge brechen, daß sich die gewünschte Porengröße aus-

ao bilden läßt. So soll man z. B., wenn die Fasern in Bündeln vorliegen, die keine leichte Dispergierung in Wasser gestatten, die Bündel durch Einwirken einer starken Scherwirkung oder durch Mahlen so aufbrechen, daß das Verhältnis der Faserlänge zum Durchmesser der Fasern im Bereich von etwa 50 bis 5000 und vorzugsweise im Bereich von etwa 350 bis 5000 liegt.

Im Gemisch mit den faserartigen Materialien können teilchenförmige. nicht faserartige Materialien Verwendung finden. Es ist jedoch zur Erzielung der benötigten Mikroporosität und des benötigten Hohl raumvolumens wesentlich, mit mindestens 1 Gewichtsteil faserartigem Material auf 3 Gewichtsteile nicht faserartiger Materialien zu arbeiten. Wnn nicht faserartige Teilchen Verwendung finden, soll ihr durchschnittlicher Durchmesser 25 Mikron nicht überschreiten. Nicht faserartige Materialien mit einei feinen Innenstruktur oder Porosität werden bevorzugt.

Geeignete nicht faserartige, teilchenförmige Materialien sind Kieselgur.Magnesiumoxyd.Siliciumdioxyd, Talk. Silicagel. Aluminiumoxyd. Quarz. Kohlenstoff. Aktivkohle. Tone, synthetische Harze und Cellulosederivate, wie Polyäthylen. Polyvinylchlorid, Poly- styrol. Polypropylen, Harnstoff-Formaldehyd-Harze. Phenol-Formaldehyd-Harze. ^Dolytetrafluoräthylen, Polytrifluorchloräthyien. Polymere von Terephthalsäure und Äthylenglykol. Polyacrylnitril, Äthylcelhilose. Polyamide und Celluloseaceiatpropionai sowie Metallteilchen. wie solche aus Aluminium. Silber Platin. Eisen, Kupfer, Nickel. Chrom und Titan, und Metallegierungen aller Arten, wie Monel-Metall. Messing, rostfreier Stahl, Bronze, einer Legierung aus 76".'< Nickel. 16% Chrom und 6⁰O Eisen. Kupfer-N-Legierungen, hochkorrosionsfesten Legierungen aul Nickelgrundlage. Beryllium und Kupfer.

Das für die Dispersion verwendete, flüssige Medium ist vorzugsweise gegenüber dem faserartiger Material inert und ein Nichtlöser für jegliches verwendete Bindemittel. Es soll beide nicht in einerr wesentlichen Umfang lösen, wenngleich auch be w-iederholtem Einsatz der Flüssigkeit der Umstand daß sich eine gewisse Materialmenge in Lösung befindet, keinen Nachteil darstellt, da sich rasch at initio eine gesättigte Lösung bildet. Die Flüssigkei soll bei einer angemessenen erhöhten Temperatui unter dem Schmelzpunkt des Fasennaterials flüchtig sein, um ihre Entfernung nach der Abscheidung au«

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Der Flockungsgrad ist in bezug auf das H| volumen, die Gleichmäßigkeit und die Hafteigen SZn von Bedeutung Die Kenterte de einen Schicht werden von cfen Nennwerten der Fasern be stimmt, die entflockt und von den K»«J>P«\ ³⁰J^

ennt werden, was mit herkömmlichen MitteIn. w« auf mechanischem, elektrischem oder chemischem W _ge. erfolgt. Die Kennwerte: der groben^ Sch^t werden von den Kennwerten ^r geflockten Fasern bestimmt, die erst nach Bildung der feinen Schicht abgSeden werden. Es wird ««^"JgJ™ bei einem in dem optimalen B^J¹⁶A" Ϊ öckunesgrad eine Anzahl von Fasern m der D ipersion'Klumpen bidet, die relativ^eme^ Schwr^ ■ Vraftabsetzung unterhegen und in denen ^e ^s bei ihrer erstmaligen Berührung ™™°^er _re™,. Haftung aneinander neigen und die^so ^«^^g.

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halter, suchen. Hierbei «^ηίε;^1ιε§_Α ^ε^^⁵^ der Einzelfasern «lie f^^^Terobe Schicht Man aktiviert dann das

oder auf Warn e

benetzt zu bleiben vermögen. Letzteres läßt sich im allgemeinen sicherstellen, indem man das Bindemittel und das faserartige Material vor der Zugabe zu der Dispergierflüssigkeit vormischt.

Das Bindemittel für die Zwecke der Erfindung kann eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein, der sidi zu dem Zeitpunkt, zu dem die Haftung herbei/υ-führen ist, erweichen oder verflüssigen läßt; im Fa"c einer Flüssigkeit muß es zu einer späteren Verfestigung, wie durch Polymerisation, Vernetzen. Abdampfen eines Lösungsmittels, Abkühlen od. de!.. befähigt sein. Flüssige, hitzehärtende Harze sind besonders vorteilhaft, da sie in geringen Konzentrationen wirksam sind und sich in der Flüssicio¹ ■■'■: halten lassen, bis ihre Verfestigung gewünscht wiu' Zu geeigneten, flüssigen, hitzehärtenden Harzen ; · hören Phenol-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Fonm' dehyd-Harze. Melamin-Formaldehyd-Harze, Poly esterharze und Polyepoxydharze.

Die flüssigen Polyepoxydharze werden besor.de;

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man nicht benotigt, wenn _H.^_ert._Lenkung und „_nter Anwendung aer spaic. i~~

Bewegung zu der Dispergierflüssigkeit zusetzen, u itändige Dispersion zu bilden. Die Ferti m hat bei diesem Vorbenetzen des Fase maicuais mit dem Bindemittel eine gröbere Trör chengröße, als wenn man das Fasermaterial und d Bindemittel der Dispergierflüssigkeit getrennt 2 setzt. Wenn die Dispergierflüssigkeit hierzu nicht s nügend viskos ist, kann man die Viskosität t 65 Dispersion durch Zusatz all der bekannten, lö: chen. hochmolekularen Stoffe erhöhen, welche flüssigen Stoffen selbst beim V Mengen wesentlich

erhöhen vermögen. Beim Arbeiten mit Wasser als beim Arbeiten mit Wassei als Dispergierflüssigkeit Dispergierflilssigkeit sind lösliche Cellulosederivate für das Fasermaterial verwenden lassen, sind Amyibesonders geeignet. Ein Zusatz von weniger als acetat, Butylacetat, Äthylacetat, Propylacetat, Iso-2 Gewichtsprozent löslicher, hochmolekularer Hy- propylacetat, Isobutylacetat, Butylce'losolveacetat, droxyäthylcellulose, löslicher Natriumcarboxyme- 5 Butylcarbitolacetat, Äthylacetoacetat, Isopropenylthylcellulose oder löslicher Hydroxypropylmethyl- acetat, Butyllactat und verschiedene Ketone, einfellulose zu Wasser z. B. erhöht die Viskosität des schließlich Methylpropylketon, Methylisobutylketon, Wassers selbst in Abwesenheit des Fasermaterials Mcthylisoamylketon u. dgl. Die Löslichkeit aller tnd des Bindemittels gut über den obengenannten dieser organischen Lösungsmittel in Wasser liegt in jrfmdestwert. io dem obengenannten Bereich.

Ein Alternativweg zur Herstellung der Dispersion, Wenn eine Entflammbarkeit der eingesetzten

tuf dem man eine genügende Benetzung des Faser- organischen Lösungsmittel und Dispergierflüssigiiaterials durch das Bindemittel sicherstellen kann, keiten problematisch sein kann, kann man als orgalesteht in dem Einsatz einer Lösung eines Binde- nisches Lösungsmittel für das Bindemittel Chlortiittels in einem geeigneten Lösungsmittel. Das is koblenwasserstoff-Lösungsmittel verwenden, wie fmdemittel ist in der Dispergierflüssigkeit unlöslich. Tetrachlorkohlenstoff, Trichloräthylen, Dichloräthy- *ährend das Lösungsmittel in ihr zumindest teilweise len, Perchloräthylen u. dgl. Solche nicht entflammlöslich ist. Das Fasermaterial und die Bindemittel- baren, organischen Lösungsmittel s'nd jedoch mit lösung, die man, wenn gewünscht, vollständig oder Wasser nicht mischbar, so daß beim Einsatz von teilweise vormischen kann, werden zu der Disper- ao Wasser als Dispergierflüssigkeit für das Fasermategierflüssigkeit hinzugegeben. Das Lösungsmittel löst rial die sich ergebende Bindemitteldispersion für eine lieh vollständig oder teilweise in der Dispergier- Haftung an den Fasern zu wenig viskos ist. Man lüssigkeit, wobei die Auffällung des Bindemittels kann dementsprechend dem Gemisch des mit Wasser iuf dem Faserma-erial bewirkt wird. Die flüssige nicht mischbaren Bindemittels ein Lösungsmittel, das !Dispersion kann eine genügende Viskosität haben, as mit Wasser (der Dispergierflüssigkeit für das Faserlim das Absetzen einer größeren Menge an Binde- material) mischbar ist, zusetzen, um die Viskosität tnittel oder Fasermaterial, als sie zur Bildung der der Dispersion zu erhöhen.

leinen Schicht oder Grundschicht des mikroporösen In Verbindung mit dem elastomeren Bindemittel

!Materials gewünscht wird, zu verhindern. für die Zwecke der Erfindung kann man jede be-

Das Bindemittel kann auch in Form einer wäß- 30 kannte Art von Härter einsetzen, wie z. B. Metalltigen Dispersion oder eines Latex eingesetzt werden, oxyde, wie Zink- und Magnesiumoxyd, Zinksalze tfie man mit der wäßrigen Faserdispersion mischt. von 2-Mercaptobenzothiazol und Zinkdibutyldithio-Man kann das Bindemittel dann auf den Fasern carbamat.

durch Zusatz eines Ausfall- oder Koaguliermittels Die obengenannten, elastomeren Bindemittel kön-

tusfällen. 35 nen auch mit einer wäßrigen Dispersion des Faser-

Das elastomere Bindemittel oder anderes Binde- materials und einem Ausfällmittel vermischt werden, tnittelmaterial kann z. B. auch in einem organischen um die Abscheidung des elastomeren Bindemittels Lösungsmittel dispergiert oder gelöst werden. Eine auf dem Fasermaterial zu erleictern. Solche Ausfälllolche Dispersion kann mit der Dispersion der mittel sind an sich bekannt; zu ihnen gehören Fasermaterialien vermischt werden. Das organische 40 Magnesiumchlorid, hydratisiertes Aluminiumsulfat, Lösungsmittel soll mit der Dispergierflüssigkeit für Aluminiumnitrat, verschiedene Calciumsalze u. dgl. das Fasermaterial teilweise mischbar sein. Seine Lös- Auch einige Flockungsmittel haben die Funktion lichkeit in der Dispergierflüssigkeit für das Faser- von Ausfällmitteln.

Inaterial soll mindestens etwa 0,5 g und nicht mehr Die Dispersion soll vorzugsweise etwa 0,1 bis

ils etwa 15 g 100 g Dispergierflüssigkeit betragen 45 5 Gewichtsteile Fasermaterial/100 Gewichtsteile Ditmd vorzugsweise im Bereich von etwa 0,7 bis sperrflüssigkeit und beim Einsatz eines Bindefiji'lOOg liegen. Bei einer stärkeren Löslichkeit des mittels L5 bis 2000Gewichtsteile Bindemittel/100Gefcr'ganischen Lösungsmittels in der Dispergierflüssig- wichtsteile Fasermaterial, vorzugsweise mindestens keit neigen die Teilchen des in dem organischen etwa 10 Teile Bindemittel/100 Teile Fasermaterial. Lösungsmittel dispergierten Bindemittels dazu, aus 50 enthalten.

dem Lösungsmittel in Form von festen Teilchen aus- Porengröße und Hohlraumvolumen jeglichei

fcufällen, ohne an dem Fasermaterial hängenzublei- mikroporösen Schicht werden von der Faserlänge ben. Beim Einsatz eines organischen Lösungsmittels und dem Faserdurchmesser und dem Suspensionsandererseits, das mit der Dispergierflüssigkeit für das zustand der Fasern in der Dispersion bestimmt. Dei Fasermaterial vollständig mischbar ist, bildet sich 55 zur Bildung einer Schicht der gewünschten Poreneine Emulsion der Bindemitteldispersion und der größe und des gewünschten Hohlraumvolumens be Dispersion des Fasermaterials mit dem Ergebnis. einer gegebenen Faser oder einem gegebenen Faserdaß das elastomere Bindemittel nicht an dem Faser- gemisch benötigte Suspensionszustand wird experi· material haftet. Darüber hinaus hat beim Einsatz mentell ermittelt; die zur Wiederholung dieses Suseines organischen Lösungsmittels, das, wie oben 60 pensionszustandes benötigten Parameter lassen sicr erwähnt, mit dem Dispergiermittel für das Faser- durch wenige, einfache Messungen bestimmen.
Material teilweise mischbar ist, beim Mischen der Der als erwünscht ermittelte Suspensionszustanc

iBindemitteldispersion mit der Dispersion des faser- der Dispersion wird an Hand ihres Flockungsgrade: artigen Filtermaterials das Bindemittel die Form durch Titrieren mit einer Lösung gemessen, welch« eines viskosen »Gummis« oder eines klebrigen Fest- 65 die Dispersion zu flocken vermag, w^;e Magnesium Stoffs. Die Viskosität der Bindemitteldispersion soll sulfat- oder Aluminiumsulfatlösung bei Faserdisper jedoch in keinem Fall 500 cP überschreiten. sionen mit einem pH-Wert über etwa 7 oder Na

Beispiele für organische Lösungsmittel, die sich triumcarbonat- oder Natriumhydroxydlösung be

Faserdispersionen mit einem pH-Wert unter 7. Für die Faserdispersion in der Prüflösung ist eine Faserkonzentration von I g/l und für die Titrierlösung eine Konzentration des Wirkagens von 5°:« zweckmäßig. Der mit diesem Flockungsmittel bewirkte Ffockungsgrad wird durch Verfolgen der Trübung der Dispersion, wie mit einem Colorimeter, während der Titration bestimmt. Es ist dann bekannt, daß eine Dispersion mit dieser Trübung die richtigen Flockungseigenschaften (den richtigen Suspensionszustand) hat, so daß man nachfolgend die Dispersionen auf diese Trübung zubereiten kann. Entsprechend der Menge der Titrierlösung bei der Prüfung kann man durch Zusatz der entsprechenden Menge an Dispergier- oder Flockungsmittel und dadurch Verstärkung oder Abschwächung der Rockung der Dispersion auf die notwendige Trübung einstellen und jede gewünschte Flockungseigenschjft hervorrufen.

Zur Abschwächung der Flockung der Dispersion

kann man einer der beiden Dispersionen oder, was aber keine Bedingung darstellt, beiden ein Dispergiermittel zusetzen, wobei sich jedes Dispergiermittel verwenden läßt, welches das eingesetzte Fasermaterial dispergiert. Man kann dabei Dispergiermittel der in der Papierfertigung verwendeten Art einsetzen, wie die Alkalipolyphosphate, z. B. Natriumhexametaphosphat, Natriumpyrophosphat und Natriummetasilicat, Pentanatriumtripolyphosphat und Natriummetaphosphat, wie auch alle synthetischen, oberflächenaktiven Mittel oder organischen Emulgatoren (wie die in Schwartz und Perry, »Surface Active Agents«, beschriebenen).
Zur Verstärkung der Flockung einer Dispersion kann man ein Flockungsmittel zusetzen. Man kann hierzu die Mittel der in der Papierfertigung verwendeten Art einsetzen.

Nachfolgend sind beispielhafte Dispergier- und Flockungsbedingungen für verschiedene, gebräuch liehe Fasern beschrieben.

Faser

für die Dispergierung Bedingungen

für die Flockung

Amphibol asbest des Amosittyps

Amphibolasbest des Crocidolittyps

Chrysotilasbest Kaliumtitanat

Zusatz von »Tamol 850« (eines wasserlöslichen Natriumsalzes der Polyacrylsäure) oder eines nichtionischen Netzmittels

Zusatz von »Tamol 850« oder eines nichtionischen Netzmittels

Zusatz von »Tamol 850« oder Natriumhexametaphosphat

pH-Wert auf etwa 3 halten

Zusatz eines Dispergiermittels, erhalten durch Mischen von 53,4 Teilen von gemischten Ammonium- und Äthanolaminsalzen von Alkylschwefelsäuren, die bei der Sulfatierung der durch Reduktion von Kokosnußöl anfallenden Alkohole erhalten werden, 15 Teilen des Monoalkylolamides von Kokosnußölfettsäuren und Monoäthanolamin, 2 Teilen Elekuolyt (Chlorid und Sulfat des Monoäthanolamins), 24 Teilen Äthanol und 5 Teilen Wasser Zusatz eines Überschusses an Natriumcarbonat

Zusatz von Natriumcarbonat im Überschuß

pH-Wert über 3 erhöhen oder unter 3 senken

Man kann das Flockungsmittel der Dispersion während des Ablegens zusetzen, nachdem die gewünschte Materialmenge auf die öffnungen aufweisende Unterlage aufgebracht worden ist, um die Abscheidung der restlichen, »überstehenden« Fasern zu bewirken. Bei dieser Art von Arbeiten befindet sich die Aufschlämmung vorzugsweise an der Grenze der Instabilität und Abscheidung, so daß die Flokkung und Abscheidung prompt auf das Vermischen mit selbst kleinen Mengen des Flockungsmittels folgen.

Einige Fasermaterialien haben, auf Grund z. B. eines Unterschiedes der auf den Fasern befindlichen Ladung, die Tendenz, andere Fasermaterialien zu flocken. Kaliumtitanat-Fasern z.B. stellen Flockungsmittel für Asbestfasern dar. Ein Zusatz der erst- zu den letztgenannten resultiert daher in einer Flockung.

Die Faserabscheidung läßt sich in jeder Stufe der

Menge und dem Ort nach durch Veränderung der Größe des eingeführten Fasermaterials oder des Grades der Bewegung, der die Aufschlämmung während der Abscheidung unterworfen wird, lenken.

Eine Dispersion, die in Form einer ruhenden

Suspension zum Flocken neigt, kann durch Bewegen

dispergiert werden. Während der Bewegung werden

die Fasern entflockt, aber nach Aufhören der Bewegung kann die Flockung wieder auftreten. Man kann die Kennwerte der abgelegten Schichten auf diese Weise durch die Bewegung modifizieren.

Die Menge des Dispergiermittels und Flockungs-

ίο

15 16

mittels, das gegebenenfalls Verwendung findet, soll des mikroporösen Fertigmaterials bilden oder von sorgfältig gewählt werden, da beim Einsatz einer diesem nach seiner Bildung abgezogen werden soll, zu großen Dispergiermittelmenge das Fasermaterial Wenn sie einen Teil des Materials bilden soll, kann durch die Öffnungen aufweisende Schicht einfach man mit einer oder mehreren Lagen der gleichen hindurchgeht und die Klumpenbildung inhibiert sein 5 oder verschiedenen Porosität arbeiten. Diese Lagen kann, während beim Einsatz einer zu großen Menge können von Cellulose oder anderen Fasern gebildet an Flockungsmittel die Entflockung inhibiert wird werden. Wenn die Unterlage abzuziehen ist und und das Fasermaterial keine brauchbare, dünne wenn eine alatte, feine Schicht gewünscht wird, soll Schicht bildet. Die relativen Mengen lassen sich ein Material mit glatter Oberfläche Verwendung jedoch für jeden Fall in bezug auf die Fasern, auf io finden. Papier, das, wenn gewünscht, harzimprägniert die Fasergröße, auf die Abscheidungstemperatur, auf sein kann, stellt ein bevorzugtes Unterlagematerial die Härte des Wassers und auf den Feststoffgehalt dar, da es zu einer wirksamen, vielseitigen und der Dispersion leicht im Versuch bestimmen. Ge- preiswerten, mikroporösen, für flüssige Medien wohnlich sind 0,001 bis 5°, ο Dispergiermittel und durchlässigen Filterschicht führt. Wenn gewünscht, 0,001 bis 5°o Flockungsmittel zufriedenstellend. 15 kann man auch andere. Öffnungen aufweisende Man kann sie in der oben beschriebenen Weise Unterlagematerialien verwenden, wie poröse, gesingetrennt oder zusammen in der Aufschlämmung in terte Pulvermaterialien oder Formen von Metall und den bis zur Abscheidung eine Dispergierung ergeben- natürlichen oder künstlichen, plastischen Materiaden Mengen einsetzen. Hen, wie Aluminium und Kunstharzen und Cellulose-

Der Dispersion kann auch ein das Material be- 20 derivaten, in Form von schwammartigen Schichten netzendes Netzmittel einverleibt werden. Beim Ein- jeder gewünschten Dicke, wie Schwamm- und satz eines Dispergiermittels soll dieses auch als Schaumstoffe aus Polyurethan (vgl. USA.-Pateut-Netzmittel für die Fasern wirken und daher nicht schrift 2 961710), Polyvinylchlorid, Polyäthylen und nur das Fasermaterial dispergieren, sondern dieses Polypropylen, Drahtgewebeprodukte, gesintert oder auch benetzen. Beim Arbeiten ohne Dispergiermittel 25 ungesintert. Textilstoff^ und gewebte und nicht gekann ein Netzmittel erwünscht sein. Kaliumtitanat webte Faserschichten aller Arten, wie Filze. Matten z. B. erfordert nicht immer ein Dispergiermittel, um und Vliese, die aus faserartigen Materialien aller in Wasser eine genügend beständige Aufschlämmung oben in Verbindung mit dem faserartigen Material zu bilden, aber ein Netzmittel kann notwendig sein, für die Filterschichten beschriebenen Arten hergeum eine Haftung zwischen bestimmten Fasern, wie 30 stellt werden können. Wenn die Unterlage einen solchen aus Glas, Wolle und Kunstharzen, zu er- Teil des mikroporösen Filtermaterials bilden soll, halten. hat das öffnungen aufweisende Unterlagematerial

Gewöhnlich genügen 0.001 bis 5° 0 Netzmittel. normalerweise einen durchschnittlichen Porendurch-

Man kann mit enionischen. nichtionischen und messer von nicht unter etwa 2,5 Mikron. Solche

kationischen Netzmitteln arbeiten. 35 Materialien können natürlich große Poren, wie solche

„.,. , „., ... von 20 bis 25 Mikron oder mehr, aufweisen. Die

Bildung der Filtersch.cht Porengröße der Unterlage ist nicht entscheidend, da

Man kann jede Methode anwenden, welche die die feinen und groben Filterschichten normalerweise Aufbringung der Dispersion auf die öffnungen auf- feinere Poren aufweisen und die Funktion der Entweisende Unterlage so erlaubt, daß eine Anfangs- 40 fernung der feinsten Teilchen ausüben. Die Unterschichtbildung und darauf ein Ablaufen der über- lage übernimmt eine Filterfunktion nur dann, wenn stehenden Flüssigkeit durch die erste Schicht und die Strömung von ihr zu den Filterschichten gerichtet die Unterlage möglich ist. Man kann die Dispersion ist. wobei dann die dünne Schicht der primäre Entauf die Unterlage auffließen lassen, 7. B. auf ein ferne·· der feinsten Teilchen ist.
Drahtsieb der auf Langsiebpapiermaschinen verwen- 45 Wenn zur Durchführung des Verfahrens gemäß tleten Art oder ein poröses, glattes Papier oder ein der Erfindung eine Langsiebpapiermaschine oder perforiertes Metallband, wenn ein hochmikroporöses ähnliche, mit Einrichtungen in Art eines laufenden Filtermaterial mit glatter Oberfläche gewünscht wird, Maschenbandes arbeitende Maschine wt wendet wobei diese zur Bildung der feinen Anfangsschicht wird, bringt man die Dispersion des Fasermaterials cntfockt ist. In diesem Stadium kann ein Teil der 50 in der Dispergierflüssigkeit. wenn gewünscht mit Flüssigkeit durch die Unterlage hindurchgehen und einem Gehalt an Bindemittel und Flockungs- oder «lurch die auf diese Weise erzeugte Flüssigkeit»- Entflockungsmittcln. aus der Auftragsvorrichtung auf strömung die Bildung der Anfangsschicht unter- das kontinuierlich laufende Masdienband auf. Die stützen. Danach kann die überstehende Dispersion Dispersion wird auf Grund der Bewegung der unter der Wirkung der Schwerkraft oder durch eine 55 Flüssigkeit entflockt, und die entflockten Fasern Druckdifferenz, die man hierzu durch Ausüben eines scheiden sich auf dem Band unter Bildung einer direkten Druckes auf die Dispersion oder durch dünnen Anfangsschicht der gewünschten Dicke Anlegen eines Vakuums an der Unterseite der Unter- (siehe oben) ab, die im wesentlichen flockenfrei ist. lage zur Einwirkung bringt, zum Ablaufen gebracht Hierzu sind gewöhnlich mindestens 15 Sekunden werden. Die Dispergierflüssigkeit wird auf diese 60 notwendig, vorzugsweise arbeitet man mit einem Weise durch die feine Schicht hindurchgezogen, und Mindestzeitraum von 30 Sekunden. Wenn auf Grund das Fasermaterial wird auf ihr abgeschieden. der Einschränkung des Flüssigkeitsablaiifes nach der

Als öffnungen aufweisende Unterlage, auf welche Bildung der dünnen Schicht die Turbulenz in der

die mikroporösen Schichten durch Abscheidung auf- Dispergierflüssigkeit geringer wird, unterliegen die

zubauen sind, läßt sich jedes poröse Material ver- 65 Fasern wieder einer Flockung und bilden Klumpen,

wenden, dessen Poren sich von Fläche zu Fläche Man kann das Band dann unter einen Schaber

erstrecken. Die Natur der Unterlage wird in einem hinwegführen, um übermäßig große Flocken in der

gewissen Grade davon beeinflußt, ob sie einen Teil überstehenden Dispersion aufzubrechen. Wenn ge-

17 18

wünscht, kann man durch Überleiten über die Stärkere Drücke werden vor einer Verfestigung

Vakuum- oder Saimkästen die Dispereierfiüssmkeit des Bindemittels vorzugsweise vermieden, um jede

durch die Unterlage ziehen oder die Flüssigkeil mögliche Umorientierung der in Winkellagen onen-

durch diese hindurch ablaufen lassen, wodurch auf tierten Fasern zu verhindern. Ein gegebenenfalls in

der dünnen Anfangsschicht eine verhältnismäßig 5 der Überzugsdispersion enthaltenes, flüssiges Jinde-

grobe Schicht des Fasermaterials abgeschieden und mittel kann, wenn gewünscht, zwischen den verschie-

gebildet wird, welche die oben beschriebenen, ge- denen Auftragen der Dispersion zur Verfestigung

wünschten Eigenschaften hat. ~ gebracht werden. Andererseits kann man die Ver-

Der Unterschied zwischen den beiden Arten von festigung auch nach der vollständigen Aufbringung

Schichten, die beim ernndungsgemüßen Verfahren io bewirken.

erhalten werden, ergibt sich aus dem Unterschied Wenn Fasern auf eine Öffnungen aufweisende

zwischen der Abscheidung einer entflockten Disper- Unterlage abgeschieden werden, liegen zwischen den

sion und der Abscheidung einer geflockten Disper- Fasern gewundene Gänge verschiedener Größen vor.

«ion. Entflockte, getrennte Fasern" unterliegen einer Diese Gänge oder Passagen in dem Aggregat be-

Selbstausrichtung "in der gleichen Ebene, in der sich 15 stimmen mit ihrer mittleren Porengröße den Effektiv-

die Öffnungen aufweisende Unterlage oder andere durchmesser der Schicht.

Grundlage erstreckt, auf welcher das Material ab- Nach beendeter Abscheidung wird die Haftung gelegt wird. Durch eine überlagerte Flockung der der Einzelfasern aneinander bewirkt. Die hierzu verbleibenden, dispergierten Fasern, durch welche notwendigen Bedingungen ändern sich mit der Natur diese in Klumpen getrieben werden, nehmen die 20 des Bindemittels und bei durch Wärme oder Lösungsdarauf auf die Unterlage abgeschiedenen Fasern eine mittel aktivierbaren Fasern und bei teilchenförmigen! Lage unter einem Winkel mit der Unterlagsebene Material. Man kann z. B. die Temperatur so weit an, der bei einem Anteil der Fasern 30" oder mehr erhöhen, daß eine Vernetzung oder Polymerisation beträgt. Die gerichtete Strömung der Flüssigkeit bewirkt oder das Lösungsmittel abgedampft wird, führt auch eine V'. Tnischung der später abgeschie- 25 Andererseits kann man bei einem thermoplastischen denen Fasern mit den zuvor abgeschiedenen herbei. Material durch Erhöhen der Temperatur eine Erwei-Nachdem die gesamte Dispergit. flüssigkeit abge- chung oder Verschmelzung oder ein Sintern oder zogen worden ist, werden die abgeschiedenen Fasern Verlöten bewirken. Beim Einsatz eines katalysierten näher zusammengebracht und wird die Dichte des Harzes kann man dieses bei Raumtemperatur stehenmikroporösen Materials erhöht, wobei gleichzeitig 30 lassen, bis es erstarrt ist.

der Grad des Ineinandergreifens und der Ver- Wenn zur Härtung oder Erweichung des Bindemischung der Fasern in jeder Schicht erhöht wird. mittels die Temperatur des Produktes erhöht werden Tm Ergebnis erhält man ein mehrschichtiges Filter- muß, kann man mit einem Härteofen arbeiten, durch material, in dem die Schichten einen festen Eingriff den das Filtermaterial nach der A'oscheidung geführt ineinander aufweisen. Das Filtermaterial gemäß der 35 wird. Das Produkt kann, wenn gewünscht, in diesem Erfindung unterscheidet sich in dieser Beziehung von Ofen auch getrocknet werden, um jeglichen Rest mehrschichtigen Materialien, bei denen alle Fasern der Dispergierflüssigkeit zu entfernen. Andererseits nach der gleichen Arbeitsweise, d. h. ausschließlich kann man das Bindemittel auch zur Verfestigung durch Absetzenlassen unter der Wirkung der Schwer- bringen, indem man durch das Produkt erhitzte kraft oder ausschließlich mittels Durchströmung 40 Luft oder andere erhitzte Gase führt,
unter Druck, abgelegt werden, und es unterscheidet Die mikroporösen Filtermaterialien gemäß der sich auch von mehrschichtigen Materialien, bei denen Erfindung lassen sich, mit oder ohne Unterlage, in die verschiedenen Schichten getrennt gebildet und jeder gewünschten Form oder Gestalt bilden. Man dann als gemeinsame Schichten zusammengebracht kann sie in der gewünschten Gestalt fixieren, indem und verbunden werden. 4: man mit einem hitzehärtenden oder härtenden

Die Zusammenpressung und infolgedessen Schutt- Biiidemitteimaterial und bzw. oder Fasermaterial dichte oder scheinbare Dichte der abgeschiedenen und bzw. oder teilchenförmigen! Material arbeitet, Schichten läßt sich verändern, indem man die wäh- das nach Überführung des Materials in die gerend der Abscheidung auf der Schichtdicke wirkende wünschte Form gehärtet wird, um das Material auf Druckdifferenz verändert. Die Druckdifferenz wie- 5° diese Weise in dieser Form zu fixieren. So kann derum hangt von Geschwindigkeit und Viskosität des man z. B. die mikroporösen, flächenhaften Matenüssigen Mediums und der Durchlässigkeit der feinen rialien gemäß der Erfindung nach der Ablegung von Schicht ab. Bei gegebener Druckdifferenz kann die der Unterlage abziehen oder auf dieser belassen und Schichtdichte durch Einverleiben einer kleinen sie dann wellen, worauf sie in die Form eines Filter-Menge gebauschter oder gekräuselter, grober Fasern 55 elementes gebracht werden können, z. B. durch herabgesetzt werden, welche die feineren Fasern Biegen des gewellten Flächenmaterials zu einem besser zu unterstützen und ihnen besser einen Ab- zylindrischen Körper und Fertigstellung des Zylinstand zu geben vermögen. ders durch überlappen und Aneinanderbinden der

In bestimmten Fällen ist es erwünscht, ein freien Enden des Flächenmaterials. Dieser Zylinder Schrumpfen während des Trocknens der Schichten 60 kann, wenn gewünscht, am Ende mit einer Kappe minimal zu halten, z. B. zu verhindern, daß die versehen werden, worauf man das in der Schicht Fasern einer Wegziehung voneinander unterliegen. während oder nach der Bildung vorliegende Bindepas Schrumpfen kann minimal gehalten werden, mittel aktivieren kann. Im Ergebnis wird ein steifer indem man die Dispersionen in mehreren Auftragen, Körper erhalten, in dem das mikroporöse Flächenz. B. 2 bis 6 Auftragen, aufbringt, während zwischen 65 material eine erhebliche Beständigkeit gegen eine di-n Auftragen jeweils das Material aus der Suspen- Deformation oder Verzerrung unter der Einwirkung siott entfernt wird, und eine Druckdifferenz von bis ziemlich hoher Drücke des fließfähigen Mediums hat. zu etwa 7 kg/cm² zur Einwirkung bringt. Die vorstehend beschriebene Arbeit stellt lediglich

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ein Beispiel dar. Man kann naturgemäß jede ge- der entflockten, gemischten Asbestfasern von etwa

wünschte Form des Flächenmaterials herstellen." 0,025 mm Dicke bildet, in der die Fasern fast voll-

Das folgende Beispiel dient der Erläuterung einer ständig in zur Schichtebene ungefähr parallelen

Ausführungsform. Ebenen liegen, und die einen durchschnittlichen

5 Porendurchmesser von 0,1 Mikron und einen maxi-

^BeisP^iel malen Porendurchmesser von 0,3 Mikron hat. Die

Es wird eine wäßrige Faserdispersion hergestellt, Durchströmung der Unterlage verlangsamt sich mit

die 5,4 g/l Asbestfasern des Crocidolittyps mit einem der Bildung der Schicht, und die Fasern in der

durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 Mikron und überstehenden Flüssigkeit unterliegen wieder einer

einer durchschnittlichen Länge von 300 Mikron und io Flockung. Das Band wird unter einer Rakel hinweg-

0,6 g/l Crocidolitfasern mit einem durchschnittlichen geführt, die übergroße Flocken in der überstehenden

Durchmesser von 0,5 Mikron und einer durchschnitt- Dispersion aufbricht. Hierauf wird an der Unterseite

liehen Länge von 1500 Mikron enthält, indem man des Siebbades ein Vakuum von 38,1 cm Hg angelegt,

in einem scherscharfen Mischer mit einem Rotor- wodurch die überstehende Dispersion die dünne

durchmesser von 17,8 cm bei 1800 U/min bewegt. 15 Schicht durchströmt, die verbliebenen, gemischten

Ferner wird eine Amylaceiat-Bindemittellösung Asbestfasern unter dem Dru'». der Strömung auf der

hergestellt, die 4,75 Gewichtsprozent Neopren, dünnen Schicht abgeschieden werden und eine grobe

0,2 Gewichtsprozent Magnesiumoxyd und 0,24Ge- Schicht mit einem durchschnittlichen Porendurch-

wichtsprozent Zinkoxyd, 0,05 Gewichtsprozent Tetra- messer von 0,25 Mikron, einem maximalen Poren-

äthylthiuramdisulfid als Härter, 0,05 % Natrium- zo durchmesser von 0,55 Mikron und einer Dicke von

dibutyldithiocarbamat als Härter, 0,11 Gewichts- eWa 0,1mm gebildet wird.

prozent Phenyl-^-naphthylamin als Stabilisator und Das auf diese Weise erhaltene, zweischichtige

94,7 Gewichtsprozent Amylacetat enthält. Flächenmaterial, dessen Dicke (unverpreßt) 0,152 mm

Die Lösung wird in die Faseraufschlämmung im beträgt, wird unter Ultrarot-Lampen getrocknet und Bereich der stärksten Scherung im Verhältnis von 35 dann 20 Minuten bei 154° C im Ofen gehärtet. Seine Neopren zu Fasern von 15:100 eingemischt. Das Wasserdurchlässigkeit beträgt bei Einwirkung einer Neopren wird hierdurch auf die Fasern abgeschieden, Druckdifferenz von 1,1 kg/cm² 41/Min./dm². Als

80 daß diese mit etwa 15 Gewichtsprozent Neopren Hohlraumvolumen der verhältnismäßig groben

tiberzogen werden. Schicht ergeben sich etwa 84 % und bei der dünnen

Auf das Sieb eiuer Langsiebpapiermaschine wird 30 Schicht 60 ⁰Zo.

ein dünnes Zellstoffpapier von 0Λ?. mm Dicke und Ein sehr kleines Stück des nach dem vorliegenden 28,5 g/m² Flächengewicht aufgebracht, das als öff- Beispiel hergestellten, mikroporösen Materials ist nungen aufweisende Unterlage für das Ablegen des stark vergrößert im Querschnitt In F^l g. 1 gezeigt, mikropo-ösen Materials dient. Der Einsatz des Die Zeichnung zeigt einen Teil der verhältnismäßig Papiers anstatt des Siebes als Unterlage erfolgt, um 35 feinen, dünnen Schicht 1, deren Fasern fast volleine feine Grundschicht von glatter Oberfläche ständig in zur Schichtebene ungefähr parallelen sicherzustellen. Das Papier wird von dem mikro- Ebenen liegen, und die grobe Schicht 2 mit den porösen Material nach dem Ablegen und vor dem Fasern 3, die sich unter einem Winkel mit der Härten abgezogen. dünnen Schicht von mindestens 30° nach außen

Man läßt dann die Dispersion von Fasern und 40 erstrecken. Das Harzbindemittel 4 befindet sich in Bindemittel auf die Papierunterlage 5 auffließen. Die dem gesamten Material an den Faserkreuzungsstellen

sich ergebende Turbulenz führt zur Entflockung und hält die Fasern in ihrer Lage. Wie F i g. 1 zeigt,

eines Teils der Fasern, während ein Teil der Flüssig- liegen die sich nach außen erstreckenden Fasern 3

keit unter der Wirkung der Schwerkraft abläuft, in der gesamten groben Schicht und nicht nur an der

wodurch sich eine dünne, erste, mikroporöse Schicht 45 Oberfläche vor.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Herstellung von mikroporösem, für flüssige Medien durchlässigem Filtermaterial, bei welchem auf einem vorgebildeten porösen Substrat mindestens eine Faserschicht aus einer Faserdispersion abgeschieden wird, wobei sich in der Faserschicht die Fasern in einem Winkel von mehr als 30 ⁼ nach außen erstrecken und das Hohlraumvolumen dieser Schicht mindestens 75⁰Zd beträgt, während der durchschnittliche Porendurchmesser dieser Schicht unter etwa 150 Mikron liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man zur ßildung des porösen Substrats, dessen Fasern fast vollständig in zur Schichtebene ungefähr parallelen Ebenen liegen und das einen maximalen Porendurchmesser von unter 25 Mikron aufweist, auf eine öffnungen aufweisende Unterlage nicht mehr als 20 ⁰Zo einer mindestens 25^o,oigen Dispersion von getrennten Fasern unter einem Druckunterschied von weniger als 300 mm Wassersäule auffließen läßt und die überschüssige Flüssigkeit durch die dünne Schicht hindurch abzieht und daß man nach dem Auffließenlassen dieser Faseischicht das restliche geflockte Fasermaterial der Dispers^:on eirrchließlich der Klumpen auf dem porösen Substrat als Faserschicht abscheidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man das Fasermaterial in der Dispersion durch Zusatz eines Flockungsmittels flockt.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man den Anteil an getrennten Fasern in der Dispersion durch Teilcntflocken einer geflockten Dispersion bildet.
4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß man die Dispersion zur Entflockung der Fasern für die Abscheidung der dünnen Schicht einer turbulenten Strömung unterwirft und dann zur Wiedcrflockung für die Abscheidung der groben Schicht die Dispersion ruhen läßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man das mikroporöse, für flüssige Medien durchlässige Material von der Öffnungen aufweisenden Unterlage abzieht.
6. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man als Öffnungen aufweisende Unterlage ein warmschweiß- oder warmsiegclbares Papier verwendet und zusätzlich durch Erhitzen des Verbundmaterials aus dem mikroporösen, für fließfähige Stoffe durchlässigen Material und Papier beide aneinander bindet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Fasermaterial mit einem durchschnittlichen Fnscrdtirchmesser von unter etwa 25 Mikron und einer durchschnittlichen Faserlänge zwischen 50 und 5000 Mikron verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fasermaterial Kalitimtitanat verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man als Fascrmatcrial Asbest verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fasermaterial Glas verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fasermat^rial Quarz verwendet.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Dispersion des Fasermaterials in der Dispergierflüssigkeit ein Bindemittel einsetzt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel ein elastomeres Material einsetzt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel Neopren einsetzt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das elastomere Material auf dem Fasermaterial durch Zugabe eines Ausfällmittels für das Bindemittel ausfällt.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Fasermaterial in Form eines Gemiscnes von etwa 0,5 bis 30 Gewichtsprozent Fasermaterial mit einer Länge gleich mindestens der durchschnittlichen Porengröße der Öffnungen aufweisenden Unterlage und etwa 95.5 bis 70 Gewichtsprozent kurzer Fasern einsetzt, wobei die langen Fasern einen Durchmesser g'eich etwa dem Zehnfachen desjenigen der kurzen Fasern aufweisen.