DE4007693A1

DE4007693A1 - Filterschicht

Info

Publication number: DE4007693A1
Application number: DE4007693A
Authority: DE
Inventors: Peter P Breitbach; Gerd Ritter
Original assignee: Seitz Filter Werke GmbH and Co; Seitz Filter Werke Theo and Geo Seitz GmbH and Co
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1990-03-10
Publication date: 1991-09-12
Anticipated expiration: 2010-03-11
Also published as: CH685924A5; US5141643A; GB2241715A; DK171224B1; DE4007693C2; GB2241715B; GB9103445D0; DK42091A; DK42091D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterschicht in Form einer voluminösen Pappe, die für die Fest/Flüssigtrennung von Zellulose lösende und/oder mit Zellulose chemisch reagierende Bestandteile aufweisenden Medien, wie Cellulase-Enzym, geeignet ist, wobei die voluminöse Pappe ein Fasergerüst aufweist, in das filteraktive Teilchen, insbesondere Kieselgur-Teilchen und/oder Perlite-Teilchen als Filterhilfsmittel eingelagert sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung derartiger Filterschichten.

Filterschichten, die zur Fest/Flüssigtrennung eingesetzt werden, bestehen im allgemeinen aus einer Zellstoffaser-Matrix, in welcher Zellstoffasern in sinnvoller Unordnung vorliegen, und sowohl in trockenem wie auch in durchfeuchtetem Zustand der Filterpappe eine gute Festigkeit verleihen. Zur Bewältigung anspruchsvoller Filtrationsaufgaben werden in diese Zellstoffaser-Matrix Filterhilfsmittel eingebaut. Das sind üblicherweise Kieselguren, Perlite, Aktivkohle oder auch PVPP. Aus DE-OS 33 29 385 ist auch bekannt, solchen Filterschichten Polyolefinfasern als längerfasrigen Blattbildnerstoff beizugeben.

Aus DE-GM 87 13 306.7 ist ferner bekannt, einem für Anschwemmfiltration einzusetzenden Filtermittel außer fibrillierten Polyolefinfasern aus gemahlener Zellulose gebildete Kurzfaserteilchen sowie Kieselgur- Teilchen als filteraktive Bestandteile beizumischen.

Diese bekannten Filterschichten und Filtermittel sind aber nicht verwendbar für die Filtrationsbehandlung von Medien, insbesondere Flüssigkeiten, die Zellulose lösende oder mit Zellulose chemisch reagierende Bestandteile, beispielsweise Cellulase-Enzym, enthalten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, spezielle Filterschichten zur Verfügung zu stellen, bei denen die nicht resistenten nativen Zellulosefasern durch resistente Fasern ersetzt sind, wobei die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der bekannten Filterschichten in vollem Maße aufrechterhalten werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Faserstoff-Gerüst der in Art eines Vlieses aufgebauten Filterschicht vollständig durch miteinander verfilzte und ineinander verankerte Polyolefin-Fibridteilchen gebildet ist, wobei diese Fibridteilchen in einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades, nämlich von anfibrillierten Faserteilchen bis zu vollständig abgespalteten Fibrillen vorliegen.

Im Rahmen der Erfindung hat es sich überraschend herausgestellt, daß das Faserstoffgerüst aus miteinander verfilzten und ineinander verankerten Polyolefin-Fibridteilchen ausreichende Eigenstabilität für eine voluminöse Pappe und zugleich ausreichende Festigkeit zur Aufnahme von filteraktiven Teilchen bietet. Die in das Faserstoffgerüst aus Polyolefin eingebauten eigentlichen Filterhilfsstoffe, wie Kieselgur und Perlite, kommen mit ihrer Filtrationswirkung voll zur Geltung, so daß Zellulose lösende oder angreifende Produkte, beispielsweise Cellulase-Produkte mit erfindungsgemäßen Filterschichten nicht nur blank, sondern auch steril filtriert werden können.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das Faserstoff-Gerüst aus Fibridteilchen aus Polyethylen oder Polypropylen oder aus einem Gemisch von Fibridteilchen aus Polyethylen und Polypropylen gebildet sein.

Die in das Faserstoffgerüst eingebauten filteraktiven Teilchen können hinsichtlich ihrer Zusammensetzung bzw. ihres Gemisches und ihrer Größenverteilung in gleicher wie bei Zellstoffasern enthaltenden Filterschichten ausgewählt und eingesetzt werden.

Der Gewichtsanteil der Polyolefin-Fibridteilchen an dem Gesamtgewicht der Filterschicht kann zwischen 40 und 60% betragen. Die Faserlänge der Polyolefin-Fibridteilchen kann bis zu ca. 0,8 bis ca. 1,2 mm betragen. Dabei ist die Faserlänge der vollständig fibrillierten Teile d. h. der Fibrillen im allgemeinen nur ein Bruchteil der Faserlänge der anfibrillierten Faserteilchen.

Sofern es die jeweils zu bewältigende Filtrationsaufgabe zuläßt, kann das Faserstoffgerüst bis zu 20% seines Gewichtes längerfasrige Polyolefin-Fasern oder anfibrillierte Polyolefinfasern enthalten, die eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen.

Für die Herstellung derartiger Filterschichten bietet sich im Rahmen der Erfindung ein Verfahren an, bei welchem die Polyolefin-Fibridmasse mit Prozeßwasser in heftige Turbulenz versetzt und diesem in Turbulenz befindlichen Gemisch Filterhilfsmittel in einer dem endgültigen Mengenverhältnis bezüglich der Polyolefin- Fibridmasse entsprechender Menge zugesetzt wird. Bei dem ferner die so gebildete Suspension ggf. nach Verdünnung mittels weiterem Prozeßwasser auf ein Siebband in einer Schicht ausgegossen und durch Entfernen des Prozeßwassers in eine Vlies übergeführt wird, wobei dieses Vlies in einem Durchlauftrockner bei einer Temperatur, die mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Polyolefin-Fibride liegt, getrocknet und durch Formatierung in die gebrauchsfertigen Filterschichten übergeführt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß bereits zu Verfahrensbeginn die Polyolefin-Fibridteilchen mit dem Prozeßwasser in Turbulenz versetzt und dadurch in ihrer Verästelung voll entwickelt werden. Den so mit dem Prozeßwasser vorbehandelten Polyolefin-Fibridteilchen wird das Filterhilfsmittel zugesetzt, während sie noch weiterhin in Turbulenz gehalten werden. Es entsteht dadurch eine Suspension in der die Polyolefin-Fibridteilchen in starkem Maße für die spätere gegenseitige Verankerung aktiviert sind. Diese Aktivierung wird bei der Bildung eines Vlieses auf einem Siebband und beim Trocknen des Vlieses dazu ausgenutzt, daß sich die Fibridteilchen zusammenlagern und ineinander verankern, wobei jegliches Anschmelzen der Fibridteilchen zu vermeiden ist.

Das Aktivieren der Fibridteilchen sowie das wirksame Ineinanderlagern und Verankern lassen sich im erfindungsgemäßen Verfahren dadurch noch wesentlich verbessern, daß man die Ausgangsmenge des Prozeßwassers bezüglich der Menge an Polyolefin-Fibridmasse und Filterhilfsmittel derart wählt, daß sich in der Turbulenzbehandlung eine Suspension von 4% atro (= 40g/l) ergibt, die vor dem Ausgießen auf 2% atro (= 20g/l) verdünnt wird.

Eine weitere Verbesserung des Zusammenlagerns und Verankerns der Fibridteilchen läßt sich dadurch erreichen, daß man das Prozeßwasser zu seinem Entfernen auf dem Siebbandanfangs durch Ablaufen nach unten unter Falldruck, danach unter Vakuumeinfluß erfolgen läßt. Schließlich empfiehlt es sich für die Erhaltung der wirksamen Verankerung der Fibridteilchen und die Erhaltung hoher Porosität der Filterschicht, daß man das Trocknen des Vlieses durch Heißluft ausführt.

Wenn es beabsichtigt ist, das Faserstoffgerüst mit bis zu 20% seines Gewichtes mit längerfasrigen Polyolefinfasern und/oder anfibrillierten Polyolefinfasern zu verstärken, die eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen, empfiehlt es sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, diese längerfaserigen Polyolefinfasern bzw. anfibrillierten Polyolefinfasern als erstes dem in Turbulenz befindlichen Gemisch von Prozeßwasser und Polyolefinfibridmasse zuzusetzen und dann dem weiterhin in Turbulenz befindlichen Gemisch die Filterhilfsmittel zuzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Filterschicht im Schnitt;

Fig. 2 einen Ausschnitt II der Fig. 1 in etwa 1000facher Vergrößerung und

Fig. 3 Polyolefin-Fibridteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades in etwa 250-facher Vergrößerung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Filterschicht 11 handelt es sich um eine voluminöse Spezialpappe von ca. 1200 bis 1500 g/m² mit einer Dicke von 2,8 bis 4,5 mm und einem Raumgewicht bis zu 0,50 g/cm³.

Wie Fig. 2 zeigt, weist die Filterschicht 11 zur Aufnahme der Filterhilfsmittel, insbesondere Kieselgur und/oder Perlite eine Fasermatrix bzw. ein Faserstoffgerüst auf. Im Gegensatz zu üblichen Filterschichten besteht dieses Faserstoffgerüst aus Fibridteilchen 12 aus Polyethylen und/oder Polypropylen. Solche Fibridteilchen sind durch zerfaserndes Mahlen von Polyethylenfasern und/oder Polypropylenfasern gebildet, deren Ausgangslänge bei ca. 0,8 bis 1,2 mm liegt. Wie Fig. 3 zeigt, liegen diese Fibridteilchen 12 in einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades vor. So ist ein Fibridteilchen ein mehr oder weniger anfibrilliertes Faserteilchen 12a, das in seinem Mittelbereich noch einen Faserabschnitt 12d aufweist und an seinen Endbereichen 12e pinselartig aufgespalten ist. Ein Fibridteilchen 12b etwas höheren Fibrillierungsgrades weist noch insgesamt den Zusammenhang zwischen den Fibriden auf, wobei insbesondere in den Endbereichen bereits eine starke Aufspaltung in Fibrillen 12f erfolgt ist, während insbesondere in den Mittelbereichen noch zusammenhaltende mehr oder weniger massive Teile 12g vorhanden sind. Bei einem noch weiter aufgelösten Fibridteilchen 12c sind praktisch nur noch Fibrillen 12f vorhanden, die jedoch noch mehr oder weniger zusammengehalten sind. Schließlich kann ein Fibrillierungsgrad erreicht werden, bei dem nur noch Fibrillen 12f vorhanden sind. Bei dem Faserstoffgerüst der im dargestellten Beispiel gezeigten Filterschicht 11 ist ein Gemisch solcher Fibridteilchen 12a, 12b, 12c und völlig abgespaltener Fibrillen 12f eingesetzt, wobei die Mengenanteile der Fibridteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades entsprechend der mit der Filterschicht 11 zu erfüllenden Filtrationsaufgabe von Fall zu Fall zu wählen ist.

In jedem Fall ist jedoch das Gemisch von Fibridteilchen 12a, 12b, 12c und Fibrillen 12f derart zu wählen, daß die notwendige Grundfestigkeit des Faserstoff-Gerüstes gewährleistet ist und die filteraktiven Kieselgur-Teilchen und Perlite-Teilchen 14 ausreichend eingebettet sind, und während der Filtration zuverlässig zurückgehalten werden, damit sie nicht in das Filtrat ausgeschwemmt werden. Die filteraktiven Kieselgur-Teilchen 13 und Perlite-Teilchen 14 haben Korngrößen zwischen etwa 5 µm und 100 µm, wobei die mittlere Teilchengröße entsprechend der jeweils zu lösenden Filtrationsaufgabe durch Wahl eines entsprechenden Mischungsverhältnisses von feineren und gröberen (Feingur mit mittlerer Teilchengröße bei 20 bis 50 µm und Grobgur mit mittlerer Teilchengröße zwischen 50 und 70 µm) eingestellt werden kann. Der Korngrößenbereich und die Korngrößenverteilung können bei Perlite-Teilchen in gleicher Weise gewählt und eingestellt werden wie bei Kieselgur-Teilchen.

In jedem Fall hat die Fasermatrix ähnlich feine Verästelungen aufzuweisen, um einerseits bei der Blattbildung eine gute Faser-zu-Faser-Verfilzung zu erzielen, welche die notwendige Festigkeit der Filterschicht sowohl im trockenen als auch in durchfeuchtetem Zustand gewährleistet, und zum anderen in der Verfilzung der verästelten Faserteile die feinen filteraktiven Anteile zuverlässig einzubetten.

Für Feinfiltration vorgesehene Filterschichten 11 weisen ein Faserstoff-Gerüst auf, daß ausschließlich aus Fibridteilchen 12 gebildet ist. Zur Lösung gröberer Filtrationsaufgaben vorgesehene Filterschichten 11 können in ihrem Faserstoffgerüst zur Verstärkung der Blattbildung d. h. Erhöhung der Festigkeit der porösen Pappe einen Anteil von bis zu 20 Gew.-% des Faserstoffgerüstes längerfasrige Polyolefin-Fasern 15 und/oder anfibrillierte Polyolefinfasern enthalten, wobei diese längerfasrigen Polyolefinfasern oder anfibrillierten Polyolefinfasern eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen können.

Ein Beispiel für die Herstellung von Filterschichten 11 ist wie folgt:

In einem Pulper wird Wasser eingetragen. Während ein Rotor das Prozeßwasser in heftige Turbulenz versetzt, werden zuerst ausgewähltes oder vorgemischtes Polyolefin-Fibridmaterial und anschließend Filterhilfsmittel, wie Kieselgur und/oder Perlite und ggf. auch spezielle Filterhilfsmittel, wie Aktivkohle oder PVPP in einer Menge eingetragen, daß sich eine wässrige Suspension von 4% atro (= 40 g/l) ausbildet. Das Mengenverhältnis des Polyolefin-Fibridmaterials zu Filterhilfsmittel kann 40% : 60% bis zu 60% : 40% betragen, je nach gewünschtem Filtrationseffekt bzw. der zu lösenden Filtrationsaufgabe der später daraus gebildeten Filterschicht. Die Suspension - in welcher das Wasser lediglich der Suspensionsträger für die Polyolefin-Fibridteilchen und das Filterhilfsmittel ist - wird nun zur Herstellung eines Vlieses der späteren Filterschicht nach einer Verdünnung mittels Wasser auf ca. 2,0% atro (= 20 g/l) auf ein endloses, umlaufendes Siebband gepumpt. Während nun das Prozeßwasser anfangs mittels Falldruck nach unten, danach unter Vakuumeinfluß durch das Siebband abläuft, bleiben die Polyolefin-Fibridteilchen und das Filterhilfsmittel in sinnvoller Unordnung auf dem Siebband zurück. Sie bilden das eigentliche Vlies mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften wie Flächengewicht, Dicke und Raumgewicht. Das Vlies wird nunmehr in Form einer endlosen Bahn kontinuierlich einem Durchlauftrockner zugeführt. Hier erfolgt die Trocknung mittels Heißluft bei Temperaturen, die mindestens 10°C unter der jeweiligen Schmelztemperatur der Polyolefin-Fibridteilchen liegen, damit kein Schmelzprozeß stattfinden kann und die morphologische Struktur der Fibridteilchen erhalten bleibt. Nach dem Trockenvorgang und der anschließenden Formatierung sind die Filterschichten gebrauchsfertig.

Bezugszeichenliste

11 Filterschicht
12 Polyolefin-Fibridteilchen
12a anfibrilliertes Faserteilchen
12b Fibridteilchen höheren Fibrillierungsgrades
12c Fibridteilchen, noch weiter aufgelöst
12d Faserabschnitt bei 12a
12e Endbereiche von 12a
12f Fibrillen
13 Kieselgurteilchen
14 Perliteteilchen
15 Polyolefinfaser

Claims

1. Filterschicht in Form einer voluminösen Pappe, die für die Fest/Flüssigtrennung von Zellulose lösende und/oder mit Zellulose chemisch reagierende Bestandteile aufweisenden Medien geeignet ist, wobei die voluminöse Pappe ein Fasergerüst aufweist, in das filteraktive Teilchen, insbesondere Kieselgur-Teilchen und/oder Perlite-Teilchen als Filterhilfsmittel eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstoff-Gerüst der in Art eines Vlieses aufgebauten Filterschicht vollständig durch miteinander verfilzte und ineinander verankerte Polyolefin-Fibridteilchen (12) gebildet ist, wobei diese Fibridteilchen (12) in einem Gemisch von Faserteilchen unterschiedlichen Fibrillierungsgrades, nämlich von anfibrillierten Faserteilchen (12a) bis vollständig abgespalteten Fibrillen (12f) vorliegen.

2. Filterschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstoff-Gerüst aus Fibridteilchen (12) aus Polyethylen oder Polypropylen oder aus einem Gemisch von Fibridteilchen (12) aus Polyethylen und Polypropylen gebildet ist.

3. Filterschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil der Polyolefin-Fibridteilchen an dem Gesamtgewicht der Filterschicht zwischen 40 und 60% beträgt.

4. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefin- Fibridteilchen eine Faserlänge von bis zu ca. 0,8 bis ca. 1,2 mm aufweisen.

5. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserstoff- Gerüst bis zu 20% seines Gewichtes längerfasrige Polyolefin-Fasern (15) und/oder anfibrillierte Polyolefin-Fasern enthält, die eine Faserlänge bis zu 5 mm aufweisen.

6. Verfahren zum Herstellen von Filterschichten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefin-Fibridmasse mit Prozeßwasser in heftige Turbulenz versetzt und diesem in Turbulenz befindlichen Gemisch Filterhilfsmittel in einer dem endgültigen Mengenverhältnis bezüglich der Polyolefin-Fibridmasse entsprechender Menge zugesetzt wird, daß die so gebildete Suspension ggf. nach Verdünnung mittels weiteren Prozeßwasser auf ein Siebband in einer Schicht ausgegossen und durch Entfernen des Prozeßwassers in ein Vlies übergeführt wird, wobei dieses Vlies in einem Durchlauftrockner bei einer Temperatur, die mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Polyolefin-Fibride liegt, getrocknet und durch Formatierung in die gebrauchsfertigen Filterschichten übergeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmenge des Prozeßwassers bezüglich der Mengen an Polyolefin- Fibridmasse und Filterhilfsmittel derart gewählt wird, daß sich in der Turbulenzbehandlung eine Suspension von 4% atro (= 40 g/l) ergibt, die vor dem Ausgießen auf 2% atro (= 20 g/l) verdünnt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kieselgur und/oder Perlite als Filterhilfsmittel in entsprechend dem gewünschten Filtrationseffekt der herzustellenden Filterschichten ausgewählter Menge innerhalb der Grenzen des Zugabeverhältnisses bezüglich des Trockengewichtes der Polyolefin-Fibridmasse zwischen 60 : 40% und 40 : 60% zugesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Prozeßwassers auf dem Siebband anfangs durch Ablaufen nach unten unter Falldruck, danach unter Vakuumeinfluß erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen des Vlieses mittels Heißluft erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß längerfasrige Polyolefinfasern und/oder anfibrillierte Polyolefinfasern, die eine Faserlänge bis zu 5 mm unter Aufrechterhaltung des Turbulenz-Zustandes vor dem Filterhilfsmittel in das Gemisch von Prozeßwasser und Polyolefin-Fibridmasse eingemischt werden.