DE102014211021A1 - Impregnated filter materials and filter elements made therefrom - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten Filtermaterials aus einem Gewebe, einem trockengelegten Vlies oder einem nassgelegten Vlies und einem partikelförmigen Bindemittel sowie ein dadurch erhältliches imprägniertes Filtermaterial. Das partikelförmige Bindemittel ist dabei gleichmäßig in zumindest einem Teil des imprägnierten Filtermaterials verteilt.The invention relates to a process for producing an impregnated filter material from a woven fabric, a drained nonwoven fabric or a wet laid nonwoven fabric and a particulate binder, and an impregnated filter material obtainable thereby. The particulate binder is distributed uniformly in at least part of the impregnated filter material.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von imprägnierten Filtermaterialien, bei dem partikelförmige Bindemittel verwendet werden, sowie dadurch erhältliche imprägnierte Filtermaterialien und daraus hergestellte Filterelemente.The invention relates to a process for the preparation of impregnated filter materials, in which particulate binders are used, as well as impregnated filter materials obtainable therefrom and filter elements produced therefrom.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Imprägnierte Filtermaterialien werden heutzutage in vielen Bereichen der Gas- und Flüssigkeitsfiltration eingesetzt. Im einfachsten Fall besteht ein solches imprägniertes Filtermaterial aus einem Träger aus Papier, Synthesevlies, Gewebe oder Schaum, der mit einem polymeren Bindemittel imprägniert ist. Die Imprägnierung ist erforderlich, um das imprägnierte Filtermaterial widerstandsfähig gegen widrige Einsatzbedingungen, wie zum Beispiel Hitze, Feuchtigkeit oder aggressive Fluide, zu machen. Außerdem verleiht die Imprägnierung dem imprägnierten Filtermaterial die für seine Weiterverarbeitung und Anwendung benötigte Festigkeit, Steifigkeit und Faltbarkeit.Impregnated filter materials are used today in many areas of gas and liquid filtration. In the simplest case, such an impregnated filter material consists of a carrier made of paper, synthetic fleece, fabric or foam, which is impregnated with a polymeric binder. Impregnation is required to render the impregnated filter material resistant to adverse conditions such as heat, moisture or aggressive fluids. In addition, the impregnation gives the impregnated filter material the strength, rigidity and foldability required for its further processing and application.
Am häufigsten sind dabei imprägnierte Filtermaterialien, die mit einem flüssigen, polymeren Bindemittel imprägniert sind. Dabei können diese Bindemittel in zwei Gruppen eingeteilt werden. Eine Gruppe bilden die Bindemittel, die in Wasser gelöst oder dispergiert sind, wie zum Beispiel Melamin-Formaldehyd-Lösungen oder Kunstharzdispersionen, auch Latex genannt. Die zweite Gruppe wird von den Bindemitteln gebildet, die in einem organischen Lösemittel gelöst sind, wie zum Beispiel Phenolharze oder Epoxidharze.The most common are impregnated filter materials which are impregnated with a liquid, polymeric binder. These binders can be divided into two groups. One group is the binders dissolved or dispersed in water, such as melamine-formaldehyde solutions or resin dispersions, also called latex. The second group is formed by the binders dissolved in an organic solvent, such as phenolic resins or epoxy resins.
Die deutsche Patentschrift
In der Patentschrift
Flüssige Imprägniermittel sind zwar sehr weit verbreitet, haben aber auch viele Nachteile. Zunächst ist die Lösemittelverträglichkeit der einzusetzenden Bindemittel für den Prozess der Imprägnierung eine zwingende Voraussetzung. Des Weiteren muss sowohl das Wasser als auch die organischen Lösemittel nach dem Imprägnieren aus dem Filtermaterial entfernt werden. Der dazu nötige Trockenvorgang ist sehr energieintensiv. Bei der Verwendung von organischen Lösemitteln kommt noch die Gesundheitsgefährdung der Mitarbeiter hinzu. Außerdem müssen organische Lösemittel aufwändig aufgefangen und umweltgerecht entsorgt werden. Bei brennbaren Lösemitteln ist zudem auf den Explosionsschutz zu achten.Although liquid impregnating agents are very widespread, they also have many disadvantages. First, the solvent compatibility of the binder to be used for the process of impregnation is a mandatory requirement. Furthermore, both the water and the organic solvents must be removed from the filter material after impregnation. The necessary drying process is very energy intensive. The use of organic solvents adds to the health risk to employees. In addition, organic solvents must be collected consuming and disposed of in an environmentally friendly manner. For flammable solvents, attention must also be paid to explosion protection.
Flüssige Imprägniermittel sind migrationsanfällig, das heißt, dass die Bindemittelpolymere beim Trocknen nach außen wandern können. Dadurch kommt es zu einem Anreichern des Bindemittels an den beiden Oberflächen des imprägnierten Filtermaterials, während die Mitte an Bindemittel verarmt. Dadurch leidet die Festigkeit des imprägnierten Filtermaterials. Eine zu hohe Bindemittelkonzentration verkleinert die Poren an der Oberfläche des imprägnierten Filtermaterials ungewollt. Besonders stark tritt dieser Effekt bei der Verwendung von langkettige Polymeren, wie zum Beispiel Polymerdispersionen in Wasser, auf. Langkettige Polymere neigen dazu, beim Trocknen einen Film zwischen den einzelnen Fasern zu bilden und somit den Porenquerschnitt stark zu reduzieren. Der Fachmann nennt das „Segelbildung”. Die Segel verkürzen die Lebensdauer der Filter, da sich das imprägnierte Filtermaterial wegen des verringerten Porenquerschnitts schnell an der Oberfläche zusetzt.Liquid impregnating agents are susceptible to migration, which means that the binder polymers can migrate to the outside during drying. This results in an enrichment of the binder on the two surfaces of the impregnated filter material, while the center is depleted of binder. As a result, the strength of the impregnated filter material suffers. Too high a binder concentration undesirably reduces the pores on the surface of the impregnated filter material. This effect is particularly pronounced in the case of the use of long-chain polymers, for example polymer dispersions in water. Long-chain polymers tend to form a film between the individual fibers during drying and thus greatly reduce the pore cross-section. The expert calls this "sail formation". The sails shorten the life of the filters, because the impregnated filter material is quickly added to the surface due to the reduced pore cross-section.
In der Vergangenheit wurde daher versucht, diese Nachteile durch alternative Imprägnierverfahren zu beheben.In the past, therefore, attempts have been made to overcome these disadvantages by alternative impregnation methods.
Die Druckschrift
Ein weiterer Versuch, die Nachteile der Imprägnierung eines Fasermaterials mit flüssigen Bindemitteln zu umgehen, ist in der Druckschrift
In der Druckschrift
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten Filtermaterials bereitzustellen, das die aufgeführten Nachteile nicht aufweist. Die durch das Verfahren erhältlichen imprägnierten Filtermaterialien sollten eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit aufweisen, die deren dauerhaften Einsatz sowohl bei der Gasfiltration als auch der Flüssigfiltration ermöglichen.The object of the present invention was therefore to provide a method for producing an impregnated filter material which does not have the disadvantages listed. The impregnated filter materials obtainable by the process should have sufficiently high mechanical strength and rigidity to enable their long-term use in both gas filtration and liquid filtration.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten Filtermaterials dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Gleichmäßige Imprägnierung eines Fasermaterials, das vorzugsweise eine mittlere Faserdichte von nicht weniger als 0,003, mehr bevorzugt von nicht weniger als 0,01 hat, und aus der Gruppe bestehend aus einem Gewebe, einem nassgelegten Vlies und einem trockengelegten Vlies ausgewählt ist, mit mindestens einem partikelförmigen Bindemittel;
- b) Wärmebehandlung des Materials aus dem Schritt a), wobei das partikelförmige Bindemittel zumindest teilweise aufgeschmolzen wird.
- a) uniform impregnation of a fibrous material which preferably has an average fiber density of not less than 0.003, more preferably not less than 0.01, and is selected from the group consisting of a fabric, a wet laid nonwoven and a drained nonwoven, with at least a particulate binder;
- b) heat treatment of the material from step a), wherein the particulate binder is at least partially melted.
Im Schritt a) werden die Partikel des partikelförmigen Bindemittels in dem Fasermaterial gleichmäßig verteilt. Durch eine anschließende Wärmebehandlung des Materials im Schritt b) werden die Partikel des partikelförmigen Bindemittels zumindest teilweise aufgeschmolzen. Dies schließt den Fall ein, dass lediglich ein Teil der Partikel des partikelförmigen Bindemittels darin aufgeschmolzen sind, während die übrigen Partikel des partikelförmigen Bindemittels lediglich erweicht sind und noch als diskrete Partikel erkennbar sind, und ferner den Fall, dass individuelle Partikel nur teilweise aufgeschmolzen sind. Beim teilweisen Aufschmelzen werden die Bindemittelpartikel durch Adhäsionskräfte mit Fasern des Fasermaterials fest verbunden. Somit kann das Bindemittel durch mechanische Belastungen, die bei der Verwendung von imprägnierten Filtermaterialien üblich sind, vom imprägnierten Filtermaterial nicht mehr entfernt werden. Das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial hat somit eine deutlich höhere Berstfestigkeit und Durchlässigkeit für gasförmige und flüssige Medien als auf herkömmliche Weise imprägnierte Filtermaterialien.In step a), the particles of the particulate binder in the fiber material are evenly distributed. By a subsequent heat treatment of the material in step b), the particles of the particulate binder are at least partially melted. This includes the case that only a part of the particles of the particulate binder are melted therein, while the remaining particles of the particulate binder are merely softened and are still discernible as discrete particles, and also the case that individual particles are only partially melted. In partial melting, the binder particles are firmly bonded by adhesive forces with fibers of the fiber material. Thus, the binder can not be removed from the impregnated filter material by mechanical stresses that are common in the use of impregnated filter materials. The impregnated filter material according to the invention thus has a significantly higher bursting strength and permeability to gaseous and liquid media than conventionally impregnated filter materials.
Vorteilhaft ist der Anteil der aufgeschmolzenen Partikel des partikelförmigen Bindemittels in dem erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterial ≥ 90 Gew.-% mehr bevorzugt ≥ 95 Gew.-% bezogen auf die Masse des eingesetzten partikelförmigen Bindemittels insgesamt.Advantageously, the proportion of molten particles of the particulate binder in the impregnated filter material according to the invention ≥ 90 wt .-%, more preferably ≥ 95 wt .-% based on the mass of the particulate binder used in total.
Vorzugsweise umfasst die Wärmebehandlung im Schritt b) einen ersten Wärmebehandlungsschritt und einen zweiten Wärmebehandlungsschritt, wobei die Temperatur des imprägnierten Filtermaterials in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt oberhalb der Schmelztemperatur des partikelförmigen Bindemittels liegt. Die Temperatur in dem ersten Wärmebehandlungsschritt kann so gewählt werden, dass es lediglich zu einer Erweichung der Bindemittelpartikel kommt, wodurch diese durch Adhäsionskräfte mit Fasern des Fasermaterials fest verbunden werden. Die Bindemittelpartikel sind dann im Mikroskop als diskrete Partikel sichtbar. Das nach dem ersten Wärmebehandlungsschritt erhaltene Produkt wird hier gelegentlich als „imprägniertes Halbfertigprodukt” bezeichnet. Das imprägnierte Halbfertigprodukt wird einem zweiten Wärmebehandlungsschritt unterzogen, bei dem das Bindemittel weitgehend aufgeschmolzen und ggf. gehärtet bzw. vernetzt wird. Somit erhält das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit. In der vorliegenden Beschreibung werden übrigens Härtung und Vernetzung und daher auch Härter und Vernetzer synonym verstanden. Preferably, the heat treatment in step b) comprises a first heat treatment step and a second heat treatment step, wherein the temperature of the impregnated filter material in the second heat treatment step is above the melting temperature of the particulate binder. The temperature in the first heat treatment step can be chosen so that it only comes to a softening of the binder particles, whereby these are firmly connected by adhesion forces with fibers of the fiber material. The binder particles are then visible in the microscope as discrete particles. The product obtained after the first heat treatment step is sometimes referred to herein as "semi-finished impregnated product". The impregnated semi-finished product is subjected to a second heat treatment step in which the binder is largely melted and optionally cured or crosslinked. Thus, the impregnated filter material of the invention obtains excellent mechanical strength. Incidentally, in the present specification, curing and crosslinking, and therefore also hardeners and crosslinkers, are understood synonymously.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das imprägnierte Halbfertigprodukt einer mechanischen Verarbeitung unterzogen werden, bevor es dem zweiten Wärmebehandlungsschritt unterzogen wird. Beispiele für die mechanische Verarbeitung sind u. a. Falten, Prägen, Wellen in Querrichtung, Rillieren in Längsrichtung oder Zuschneiden des imprägnierten Halbfertigprodukts.In a further preferred embodiment, the impregnated semi-finished product may be subjected to mechanical processing before being subjected to the second heat treatment step. Examples of the mechanical processing are u. a. Creasing, embossing, transverse shafts, longitudinal creasing or cutting of the impregnated semi-finished product.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das imprägnierte Filtermaterial, das aus einem Fasermaterial durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist.Another aspect of the present invention is the impregnated filter material obtainable from a fibrous material by the method of the invention.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich um ein imprägniertes Filtermaterial auf Basis eines Fasermaterials, das aus der Gruppe bestehend aus einem Gewebe, einem nassgelegten Vlies und einem trockengelegten Vlies ausgewählt ist und vorzugsweise eine mittlere Faserdichte von nicht weniger als 0,003, mehr bevorzugt von nicht weniger als 0,01 hat und dadurch gekennzeichnet ist dass zumindest ein Teil des Fasermaterials in Dickenrichtung gleichmäßig mit einem partikelförmigen Bindemittel imprägniert ist, das zumindest teilweise aufgeschmolzen ist. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials liegt vorzugsweise mindestens ein Partikel des partikelförmigen Bindemittels in diskreter Form vor, und mehr bevorzugt liegt mindestens ein Partikel des partikelförmigen Bindemittels pro mm3 des mit Bindemittel gleichmäßig imprägnierten Bereichs des Fasermaterials in diskreter Form vor.According to one embodiment, it is an impregnated filter material based on a fiber material selected from the group consisting of a fabric, a wet-laid nonwoven and a drained nonwoven, and preferably has an average fiber density of not less than 0.003, more preferably not less than 0.01 and characterized in that at least a portion of the fiber material in the thickness direction is uniformly impregnated with a particulate binder, which is at least partially melted. In this embodiment of the impregnated filter material according to the invention, preferably at least one particle of the particulate binder is present in discrete form, and more preferably at least one particle of the particulate binder per mm 3 of the binder-uniformly impregnated region of the fiber material is in discrete form.
Wenn in dieser Beschreibung davon die Rede ist, dass Partikel des partikelförmigen Bindemittels in diskreter Form vorliegen, bedeutet dies, dass bei Betrachtung repräsentativer Querschnitte des imprägnierten Filtermaterials, vorzugsweise unter Verwendung eines optischen Mikroskops, diese Partikel noch als abgegrenzte Einheiten erkennbar sind, ohne mit den anderen Partikeln zu einer gleichförmigen Bindemittelphase verbunden zu sein. Eine solche gleichförmige Bindemittelphase wird in Fasermaterialien beobachtet, die mit herkömmlichen flüssigen Bindemitteln imprägniert wurden.When it is said in this specification that particles of the particulate binder are in discrete form, this means that when representative cross-sections of the impregnated filter material, preferably using an optical microscope, are still recognizable as delimited units, without being confused with the particles other particles to be connected to a uniform binder phase. Such a uniform binder phase is observed in fiber materials impregnated with conventional liquid binders.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Bindemittel im erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterial mindestens ein thermoplastisches Polymer.In a preferred embodiment, the binder in the impregnated filter material according to the invention contains at least one thermoplastic polymer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt das Bindemittel eine Schmelztemperatur, die mindestens 5°C unter der niedrigsten Schmelztemperatur der Fasern des Fasermaterials liegt.In a further preferred embodiment, the binder has a melting temperature which is at least 5 ° C below the lowest melting temperature of the fibers of the fiber material.
Die Fasern des Fasermaterials können zumindest zum Teil Mehrkomponentenfasern sein und das Bindemittel kann eine Schmelztemperatur besitzen, die mindestens 5°C unter der Schmelztemperatur der höherschmelzenden Komponente von Mehrkomponentenfasern des Fasermaterials liegt.The fibers of the fiber material may be at least partially multicomponent fibers and the binder may have a melting temperature that is at least 5 ° C below the melting temperature of the higher melting component of multicomponent fibers of the fiber material.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial eine Spaltfestigkeit von mindestens 1,5 N/25 mm, vorzugsweise von mindestens 2,0 N/25 mm auf.The impregnated filter material according to the invention preferably has a gap strength of at least 1.5 N / 25 mm, preferably of at least 2.0 N / 25 mm.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Filterelement, das das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial umfasst.Another aspect of the present invention is a filter element comprising the impregnated filter material of the invention.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines imprägnierten Filtermaterials, welches durch ein Verfahren gemäß mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 10 erhältlich ist, zur Filtration von Flüssigkeiten, insbesondere von Kraftstoffen und Ölen.In another aspect, the present invention relates to the use of an impregnated filter material obtainable by a process according to any one of claims 1 to 10 for the filtration of liquids, especially fuels and oils.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial weist eine ausgezeichnete mechanische Stabilität und eine hohe Durchlässigkeit auf, die dessen Verwendung zur Filtration von Fluiden, wie Gasen und Flüssigkeiten ermöglicht. Somit unterscheidet sich das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial grundlegend von aus dem Stand der Technik bekannten und weitgehend undurchlässigen Kompositwerkstoffen.The impregnated filter material of the present invention has excellent mechanical stability and high permeability, enabling its use for filtration of fluids such as gases and liquids. Thus, the impregnated filter material according to the invention differs fundamentally from known from the prior art and largely impermeable composite materials.
Das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial umfasst zumindest ein Fasermaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nassgelegten Vliesen, trockengelegten Vliesen wie z. B. trockengelegte Stapelfaservliesen und Geweben.The impregnated filter material according to the invention comprises at least one fiber material selected from the group consisting of wet-laid nonwovens, drained nonwovens such. Dry laid staple fiber webs and fabrics.
Unter trockengelegten Vliesen sind u. a. trockengelegte Faservliese wie trockengelegte Stapelfaservliese, Meltblownvliese und Spinnvliese zu verstehen.Under drained nonwovens u. a. Dry laid fiber webs such as dry laid Stapelfaservliese, Meltblownvliese and spunbonded to understand.
Trockengelegte Stapelfaservliese bestehen aus Fasern mit endlicher Länge. Zur Herstellung von trockengelegten Stapelfaservliesen können sowohl natürliche als auch synthetische Fasern zum Einsatz kommen. Beispiele für natürliche Fasern sind Zellulose, Wolle, Baumwolle, Flachs. Synthetische Fasern sind zum Beispiel Polyolefinfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polytetrafluorethylenfasern, Polyphenylensulfidfasern. Die eingesetzten Fasern können entweder gerade oder gekräuselt sein. Zur Verfestigung kann das luftgelegte Stapelfaservlies 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 luftgelegten Stapelfaservliese erfolgt nach dem bekannten Stand der Technik wie in dem Buch
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
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
Nassgelegte Vliese – hierin auch gelegentlich als „Papiere” bezeichnet – im Sinne dieser Erfindung sind alle Vliese, die mit den in der Fachwelt bekannten Nasslegeprozessen zur Herstellung von Filterpapieren erzeugt werden können. Die nassgelegten Vliese für das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial bestehen aus natürlichen, synthetischen, anorganischen Fasern oder einer Mischung daraus. Beispiele für natürliche Fasern sind Zellulose, Baumwolle, Wolle, 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 einkomponentige Synthesefasern wie Polyesterfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern und Polyacrylnitrilfasern, mehrkomponentige Synthesefasern mit unterschiedlichen Schmelzpunkten der einzelnen Komponenten, wie Kern-Hülle-Fasern, und Mischungen davon. Beispiele für Kern-Hülle-Synthesefasern sind Fasern mit Polyesterkern und Polyesterhülle, und Polyesterkern und Polyamidhülle. Der Titer der Synthesefasern beträgt typischerweise 0,1 dtex–8,0 dtex, bevorzugt 0,5 dtex–5 dtex, besonders bevorzugt 1,0 dtex–3 dtex, beispielsweise 1,7 dtex. Die Schnittlänge beträgt typischerweise 3 mm–20 mm, bevorzugt 4 mm–12 mm, besonders bevorzugt 5 mm–8 mm, beispielweise 6 mm. Die Verwendung von Vliesen oder Papieren aus solchen Fasern erlaubt eine besonders effiziente Imprägnierung mit einem partikelförmigen Bindemittel mit mittlerer Partikelgröße von weniger als 50 μm. Des Weiteren wird hierdurch eine etwaige Migration an die Oberfläche des Filtermaterials während des Aufschmelzens und ggf. Härtens des partikelförmigen Bindemittels besonders wirksam vermieden.Wet-laid nonwovens - also sometimes referred to herein as "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 wet-laid webs for the impregnated filter material according to the invention consist of natural, synthetic, inorganic fibers or a mixture thereof. Examples of natural fibers are cellulose, cotton, wool, hemp, wherein the cellulosic material used 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 metal fibers. Suitable synthetic fibers are, for example, one-component synthetic fibers such as polyester fibers, polypropylene fibers, polyamide fibers and polyacrylonitrile fibers, multicomponent synthetic fibers with different melting points of the individual components, such as core-sheath fibers, and mixtures thereof. Examples of core-shell synthetic fibers are polyester core and polyester sheath fibers, and polyester core and polyamide sheath. The denier of the synthetic fibers is typically 0.1 dtex-8.0 dtex, preferably 0.5 dtex-5 dtex, particularly preferably 1.0 dtex-3 dtex, for example 1.7 dtex. The cut length is typically 3 mm-20 mm, preferably 4 mm-12 mm, particularly preferably 5 mm-8 mm, for example 6 mm. The use of nonwovens or papers made from such fibers allows a particularly efficient impregnation with a particle-shaped binder having an average particle size of less than 50 μm. Furthermore, this will a possible migration to the surface of the filter material during the melting and possibly curing of the particulate binder avoided particularly effective.
Darüber hinaus ist es möglich, dass das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial Fasern mit unterschiedlichen Schnittlängen und Titern enthält.Moreover, it is possible that the impregnated filter material according to the invention contains fibers with different cutting lengths and titers.
Die nassgelegten Vliese für das imprägnierte Filtermaterial können entweder zu 100% aus natürlichen, synthetischen oder anorganischen Fasern bestehen, es ist aber auch jede beliebige Mischung aus diesen Faserarten, wie z. B. eine Mischung aus Zellulose und thermoplastischen Polymerfasern wie Polyesterfasern, möglich.The wet-laid webs for the impregnated filter material can either consist of 100% natural, synthetic or inorganic fibers, but it is also any mixture of these types of fibers, such as. As a mixture of cellulose and thermoplastic polymer fibers such as polyester fibers possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das nassgelegte Vlies für die Herstellung des imprägnierten Filtermaterials vollständig aus Zellulosefasern.In a preferred embodiment, the wet-laid web for the production of the impregnated filter material consists entirely of cellulose fibers.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das nassgelegte Vlies für die Herstellung des imprägnierten Filtermaterials ca. 80 Gew.-% bis 90 Gew.-% Zellulose und 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Glas- oder Kunststofffasern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Vlieses. Bei den Kunststofffasern dieser Ausführungsform handelt es sich vorzugsweise um thermoplastische Kunststofffasern wie z. B. Polyesterfasern.In a further preferred embodiment, the wet laid nonwoven for the production of the impregnated filter material contains about 80 wt .-% to 90 wt .-% cellulose and 10 wt .-% to 20 wt .-% glass or plastic fibers, based on the total weight of the fleece. The plastic fibers of this embodiment are preferably thermoplastic polymer fibers such. B. polyester fibers.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das nassgelegte Vlies für die Herstellung des imprägnierten Filtermaterials vollständig aus Kunststofffasern, bei denen es sich vorzugsweise um Schnittfasern handelt. Die Kunststofffasern dieser Ausführungsform können zumindest teilweise aus einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen wie Polyester bestehen. Entsprechende nassgelegte Vliese können durch ein teilweises Aufschmelzen der Kunststofffasern verfestigt werden, was zu einer zusätzlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials führt. Des Weiteren wirkt sich ein teilweises Aufschmelzen der Kunststofffasern positiv auf die mechanische Stabilität des Vlieses während der Herstellung des imprägnierten Filtermaterials aus.In a further preferred embodiment, the wet laid nonwoven for the production of the impregnated filter material consists entirely of plastic fibers, which are preferably cut fibers. The plastic fibers of this embodiment may be at least partially made of one or more thermoplastics such as polyester. Corresponding wet-laid nonwovens can be solidified by a partial melting of the plastic fibers, which leads to an additional improvement of the mechanical properties of the impregnated filter material according to the invention. Furthermore, a partial melting of the plastic fibers has a positive effect on the mechanical stability of the nonwoven during the production of the impregnated filter material.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das nassgelegte Vlies für die Herstellung des imprägnierten Filtermaterials ca. 80 Gew.-% bis 95 Gew.-% Kunststofffasern, bei denen es sich z. B. um Schnittfasern handeln kann, sowie 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Zellulosefasern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Vlieses. Ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann das Vlies durch Aufschmelzen von thermoplastischen Kunststofffasern vorverfestigt werden.In a further preferred embodiment, the wet-laid nonwoven for the production of the impregnated filter material contains about 80 wt .-% to 95 wt .-% plastic fibers, which are, for. B. may be cut fibers, and 5 wt .-% to 20 wt .-% cellulose fibers, based on the total weight of the web. Similar to the embodiment described above, the nonwoven fabric can be preconsolidated by melting thermoplastic resin fibers.
Die richtige Zusammensetzung weiß der Fachmann auf Grund seines Wissens und seiner Erfahrung jeweils nach den geforderten Papiereigenschaften und insbesondere dem Einsatzgebiet des imprägnierten Filtermaterials 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. Durch Kombination von mehreren einzelnen Schichten können Eigenschaften des resultierenden imprägnierten Filtermaterials und daraus hergestellten Filterelements an dessen vorgesehene Verwendung angepasst werden.On the basis of his knowledge and experience, the skilled person knows how to select the right composition according to the required paper properties and in particular the field of application of the impregnated filter material. The paper layer can consist of several layers, which are produced and brought together either in a paper machine with a suitable headbox or made up of individual paper webs which are joined together in a separate operation. The individual layers can be designed differently in their properties. By combining several individual layers, properties of the resulting impregnated filter material and filter element made therefrom can be adapted to its intended use.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial flächig, d. h. es besitzt zwei gegenüberliegende Seiten oder Oberflächen, die besonders bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind.Preferably, the impregnated filter material according to the invention is planar, d. H. It has two opposite sides or surfaces, which are particularly preferably arranged parallel to each other.
Die Fasern des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials sind gebunden, das heißt sie sind nicht mehr frei beweglich. Bei Papieren, welche typischerweise Zellulosefasern enthalten, geschieht diese Faserbindung durch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den einzelnen Fasern. Die Fasern von Synthesevliesen, die diese Wasserstoffbrückenbindungen nicht besitzen, sind z. B. durch Vernadeln, Verschmelzen oder Vorimprägnieren mit einem flüssigen Bindemittel miteinander verbunden. Die Fasern von Geweben sind miteinander zum Beispiel durch Verweben oder Verstricken verbunden. Ein Maß für die Verbindung der Fasern untereinander ist die Berstfestigkeit.The fibers of the impregnated filter material according to the invention are bound, that is they are no longer freely movable. For papers which typically contain cellulosic fibers, this fiber bonding occurs through the hydrogen bonds between the individual fibers. The fibers of Synthesiebliesen that do not have these hydrogen bonds, z. B. by needling, fusing or preimpregnation with a liquid binder together. The fibers of fabrics are joined together, for example, by weaving or knitting. A measure of the interconnection of the fibers with one another is the bursting strength.
Das nicht imprägnierte Fasermaterial zur Herstellung des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials hat vorzugsweise eine Berstfestigkeit nach Mullen von mindestens 20 kPa, bevorzugt von mindestens 40 kPa, besonders bevorzugt von mindestens 50 kPa, eine Flächenmasse von 10 g/m2–300 g/m2, bevorzugt von 20 g/m2–200 g/m2, besonders bevorzugt von 50–170 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 10 l/m2s–8000 l/m2s, bevorzugt von 80 l/m2s–8000 l/m2s, besonders bevorzugt von 200 l/m2s–2000 l/m2s, eine Porengröße von 10 μm–150 μm, bevorzugt von 20 μm–120 μm, besonders bevorzugt von 50 μm–80 μm, eine Dicke von 0,1 mm–3,0 mm, bevorzugt von 0,3 mm–2,0 mm, besonders bevorzugt von 0,5–1,5 mm, und eine mittlere Faserdichte von nicht weniger als 0,01, bevorzugt von 0,1–0,8, noch bevorzugter von 0,1–0,7, besonders bevorzugt von 0,1–0,5.The unimpregnated fiber material for producing the impregnated filter material according to the invention preferably has a Mullen burst strength of at least 20 kPa, preferably of at least 40 kPa, more preferably of at least 50 kPa, a basis weight of 10 g / m 2 -300 g / m 2 from 20 g / m 2 to 200 g / m 2 , particularly preferably from 50 to 170 g / m 2 , an air permeability of 10 l / m 2 s-8000 l / m 2 s, preferably of 80 l / m 2 s 8000 l / m 2 s, more preferably from 200 l / m 2 s-2000 l / m 2 s, a pore size of 10 μm-150 μm, preferably from 20 μm-120 μm, particularly preferably from 50 μm-80 μm, a thickness of 0.1 mm-3.0 mm, preferably 0.3 mm-2.0 mm, more preferably 0.5-1.5 mm, and an average fiber density of not less than 0.01, preferably 0.1-0 , 8, more preferably from 0.1-0.7, most preferably from 0.1-0.5.
Vorliegend wird der Begriff „Porengröße” für die größte Pore des Fasermaterials bzw. imprägnierten Filtermaterials verwendet, wie sie nach dem sogenannten Blasendrucktest (Bubble-Point-Test) gemäß
Die mittlere Faserdichte ist der Quotient aus Materialdichte (Schüttdichte) und mittlerer Dichte der eingesetzten Fasern. Sie errechnet sich mittels folgender Formel: The mean fiber density is the quotient of material density (bulk density) and average density of the fibers used. It is calculated using the following formula:
Imprägnierte Filtermaterialien für die Filtration von Fluiden sind üblicherweise mit Bindemittel imprägniert. Die Imprägnierung verleiht dem imprägnierten Filtermaterial eine hohe Steifigkeit und eine Beständigkeit gegenüber aggressiven Fluiden, wie zum Beispiel heißen Motorölen, Hydraulikölen, Kraftstoffen, Säuren, Laugen, sauren und heißen Gasen. Da die meisten imprägnierten Filtermaterialien bzw. imprägnierte Halbfertigprodukte in einem weiteren Verarbeitungsschritt gefaltet werden, ist eine hohe Steifigkeit und gute Verarbeitbarkeit gefordert. Ein hoher Anteil thermoplastisches partikelförmiges Bindemittel kann die Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials bzw. des erfindungsgemäßen imprägnierten Halbfertigprodukts verbessern. Erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterialien sind steif und die daraus entstehenden Falten widerstehen dem Filtrationsdruck auch unter hohen Durchflussraten und Temperaturen. Somit eignen sie sich ausgezeichnet zur Verwendung in Filterelementen, die insbesondere für die Filtration von Flüssigkeiten vorgesehen sind.Impregnated filter media for the filtration of fluids are usually impregnated with binder. The impregnation gives the impregnated filter material high rigidity and resistance to aggressive fluids such as hot engine oils, hydraulic oils, fuels, acids, alkalis, acidic and hot gases. Since most impregnated filter materials or impregnated semi-finished products are folded in a further processing step, a high rigidity and good processability is required. A high proportion of thermoplastic particulate binder can improve the processability of the impregnated filter material according to the invention or of the impregnated semi-finished product according to the invention. Impregnated filter materials according to the invention are stiff and the resulting wrinkles resist the filtration pressure even at high flow rates and temperatures. Thus, they are excellently suited for use in filter elements intended especially for the filtration of liquids.
Unter Fluiden sind in der vorliegenden Anmeldung Flüssigkeiten, Gase oder Mischungen daraus zu verstehen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Fluiden um Flüssigkeiten wie, z. B. Kraftstoffe und Öle wie Motoröle, Hydrauliköle etc.Fluids in the present application are liquids, gases or mixtures thereof. Preferably, the fluids are liquids such as, for. As fuels and oils such as engine oils, hydraulic oils, etc.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials kommen partikelförmige Bindemittel zur Anwendung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die partikelförmigen Bindemittel trockene partikelförmige Bindemittel. Diese partikelförmigen Bindemittel liegen als Partikel vor, vorzugsweise in der Form von amorphen Feststoffen. Die entsprechenden partikelförmigen Bindemittel können aus natürlichen oder synthetischen Polymeren bestehen und sind bevorzugt thermoplastisch, das heißt sie schmelzen unter Einwirkung von Wärme auf und verkleben die Fasern des Fasermaterials miteinander. Dabei kann man diese partikelförmigen Bindemittel in zwei große Gruppen einteilen. Unter die erste Gruppe fallen alle Polymere, die rein thermoplastisch sind, das heißt sie lassen sich durch geeigneten Energieeintrag immer wieder aufschmelzen, wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylether, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylacetat, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyacrylamid, Polyamid, Polystyrol, Polyvinylalkohol, Polyurethan, Polyester, Copolymere und/oder Mischungen daraus.Particulate binders are used in the production of the impregnated filter material according to the invention. According to a preferred embodiment of the invention, the particulate binders are dry particulate binders. These particulate binders are present as particles, preferably in the form of amorphous solids. The corresponding particulate binders can consist of natural or synthetic polymers and are preferably thermoplastic, ie they melt under the action of heat and bond the fibers of the fiber material together. One can divide these particulate binder into two large groups. The first group includes all polymers which are purely thermoplastic, that is to say they can be melted again and again by suitable introduction of energy, for example polyethylene, polypropylene, polyvinyl ether, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl acetate, polyacrylate, polymethacrylate, polyacrylamide, polyamide, Polystyrene, polyvinyl alcohol, polyurethane, polyesters, copolymers and / or mixtures thereof.
Die zweite Gruppe wird von Polymeren gebildet, die in der ersten Stufe aufschmelzen und dann unter weiterer Energiezufuhr vernetzen. Nach erfolgter Vernetzung können diese Polymere nicht mehr wieder aufgeschmolzen werden. Beispiele für solche Polymere sind Phenolharze, Epoxidharze, Melamin-Formaldehydharze, ungesättigte Polyester, ungesättigte Polyurethane, Copolymere und/oder Mischungen daraus.The second group is formed by polymers, which melt in the first stage and then crosslink with further energy input. After crosslinking these polymers can not be remelted again. Examples of such polymers are phenolic resins, epoxy resins, melamine-formaldehyde resins, unsaturated polyesters, unsaturated polyurethanes, copolymers and / or mixtures thereof.
Die Vernetzung des partikelförmigen Bindemittels erfolgt entweder mit sich selber (vernetzendes partikelförmiges Bindemittel) oder unter Einsatz eines geeigneten Vernetzers, den der Fachmann auf Grund seines Wissens je nach Anforderung auswählen kann. Beispiele für geeignete Vernetzer sind Polyamine, Polyamide, Polycarbonsäuren, Polycarbonsäureanhydride, Dicyandiamid, Isocyanate, Imidazole, Hexamethylentetramin, Methylolharnstoff, Resol, Methylolmelamin, Polyolverbindungen oder Mischungen daraus.The crosslinking of the particulate binder is carried out either with itself (crosslinking particulate binder) or using a suitable crosslinking agent, which the person skilled in the art can select based on his knowledge, depending on the requirements. Examples of suitable crosslinkers are polyamines, polyamides, polycarboxylic acids, polycarboxylic anhydrides, dicyandiamide, isocyanates, imidazoles, hexamethylenetetramine, methylolurea, resol, methylolmelamine, polyol compounds or mixtures thereof.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem partikelförmigen Bindemittel um ein Phenolharz mit Hexamethylentetramin als Vernetzer. Ein solches partikelförmiges Bindemittel hat typischerweise einen Schmelzbereich von ca. 87–90°C. Ein entsprechendes partikelförmiges Bindemittel ist unter der Bezeichnung EXP 8E2038P von der Firma Dynea Erkner GmbH kommerziell erhältlich. Das entsprechende partikelförmige Bindemittel eignet sich besonders zur Imprägnierung von nassgelegten Vliesen, beispielweise von zellulosehaltigen Papieren, sodass das resultierende erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial eine hervorragende Berstfestigkeit und Luftdurchlässigkeit aufweist. Während des Aufschmelzens und ggf. Härtens dieses partikelförmigen Bindemittels findet keine Migration an die Oberflächen des imprägnierten Filtermaterials statt. Ein entsprechend imprägniertes Filtermaterial ist daher sehr gut zur Herstellung der Filterelemente geeignet.In a particularly preferred embodiment, the particulate binder is a phenolic resin with hexamethylenetetramine as crosslinker. Such a particulate binder typically has a melting range of about 87-90 ° C. A corresponding particulate binder is commercially available under the name EXP 8E2038P from Dynea Erkner GmbH. The corresponding particulate binder is particularly suitable for the impregnation of wet-laid nonwovens, for example of cellulosic papers, so that the resulting impregnated filter material of the present invention has excellent bursting resistance and air permeability. During the melting and optionally hardening of this particulate binder no migration takes place on the surfaces of the impregnated filter material. A correspondingly impregnated filter material is therefore very well suited for the production of the filter elements.
Die Schmelztemperatur des partikelförmigen Bindemittels spielt bei dessen Auswahl eine besondere Rolle. Sie soll mindestens 5°C, bevorzugt 10°C unter der niedrigsten Schmelztemperatur der eingesetzten Fasern, bei Verwendung von Mehrkomponentenfasern unter dem Schmelzpunkt der höherschmelzenden Komponente, liegen. Bestehen die Fasern des Fasermaterials beispielsweise aus einem Gemisch aus Zellulose und Polyesterfasern, so soll die Schmelztemperatur des partikelförmigen Bindemittels mindestens 5°C unter der Schmelztemperatur des verwendeten Polyesters liegen.The melting temperature of the particulate binder plays a special role in its selection. It should be at least 5 ° C, preferably 10 ° C below the lowest melting temperature of the fibers used, when using multi-component fibers below the melting point of the higher-melting component. If the fibers of the fiber material consist, for example, of a mixture of cellulose and polyester fibers, then the melting temperature of the particulate binder should be at least 5 ° C. below the melting temperature of the polyester used.
Wird ein vernetzendes partikelförmiges Bindemittel ausgewählt, so soll die Härtungstemperatur deutlich, vorzugsweise nicht weniger als 10°C, besonders bevorzugt nicht weniger als 20°C über dessen Schmelztemperatur liegen. Wird beispielweise ein Phenolharz mit Hexamethylentetramin als Vernetzer als partikelförmiges Bindemittel verwendet, so kann dieses bei ca. 115°C bis 125°C aufgeschmolzen und anschließend bei ca. 150°C bis 170°C gehärtet werden.If a crosslinking particulate binder is selected, the curing temperature should be clearly, preferably not less than 10 ° C., more preferably not less than 20 ° C., above its melting point. If, for example, a phenolic resin with hexamethylenetetramine is used as the crosslinking agent as a particulate binder, it can be melted at about 115 ° C. to 125 ° C. and then cured at about 150 ° C. to 170 ° C.
Die Härtezeit des partikelförmigen Bindemittels hängt von dem verwendetem Harz ab und beträgt typischerweise zwischen 2 min und 2 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 min und 1 Stunde, beispielsweise zwischen 10 min und 20 min. So kann beispielsweise ein Phenolharz mit Hexamethylentetramin als Vernetzer innerhalb von 5 bis 20 Minuten, z. B. innerhalb von 10 Minuten bei 160°C gehärtet werden.The curing time of the particulate binder depends on the resin used and is typically between 2 minutes and 2 hours, preferably between 5 minutes and 1 hour, for example between 10 minutes and 20 minutes. For example, a phenolic resin with hexamethylenetetramine as crosslinker within 5 to 20 minutes, z. B. be cured within 10 minutes at 160 ° C.
Liegt eine Mischung aus mehreren partikelförmigen Bindemitteln vor, ist mit dem „Schmelzpunkt des partikelförmigen Bindemittels” in der vorliegenden Beschreibung der Schmelzpunkt des höchstschmelzenden partikelförmigen Bindemittels in der Mischung gemeint.When a mixture of a plurality of particulate binders is present, the term "melting point of the particulate binder" in the present specification means the melting point of the highest melting particulate binder in the blend.
Je nach Bedarf können dem partikelförmigen Bindemittel noch verschiedene funktionale Additive zugemischt werden, wie zum Beispiel Hydrophilierungsmittel, Hydrophobierungsmittel, Flammschutzmittel, Farben, Ladungspartikel, biologisch aktive Substanzen.Depending on requirements, it is also possible for the particulate binder to be admixed with various functional additives, for example hydrophilicizing agents, water repellents, flameproofing agents, paints, charge particles, biologically active substances.
In der Imprägnierung in Schritt a) des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials werden die Partikel des partikelförmigen Bindemittels in dem Fasermaterial gleichmäßig verteilt. Somit weist das resultierende erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial eine gleichmäßige Verteilung der Partikel des partikelförmigen Bindemittels auf. Unter gleichmäßiger Verteilung der Partikel des partikelförmigen Bindemittels im zumindest einem Teil Fasermaterials wird hier verstanden, dass die Konzentration des partikelförmigen Bindemittels pro repräsentativer Volumeneinheit in diesem Teil des Fasermaterials (z. B. pro mm3, pro 106 μm3 oder pro 103 μm3) an jeder beliebigen Stelle in diesem Teil des imprägnierten Fasermaterials um weniger als 10%, vorzugsweise um weniger als 5%, noch bevorzugter um weniger als 2%, besonders bevorzugt um weniger als 1% von der mittleren Konzentration des partikelförmigen Bindemittels in diesem Teil des imprägnierten Fasermaterials insgesamt abweicht.In the impregnation in step a) of the process for producing the impregnated filter material according to the invention, the particles of the particulate binder are evenly distributed in the fiber material. Thus, the resulting impregnated filter material according to the invention has a uniform distribution of the particles of the particulate binder. A uniform distribution of the particles of the particulate binder in at least one part of fiber material is understood here to mean that the concentration of the particulate binder per unit representative volume unit in this part of the fiber material (eg per mm 3 , per 10 6 μm 3 or per 10 3 μm 3 ) at any point in this part of the impregnated fiber material by less than 10%, preferably less than 5%, more preferably less than 2%, most preferably less than 1% of the average concentration of the particulate binder in that part the impregnated fiber material deviates altogether.
In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des imprägnierten Filtermaterials werden die Partikel des partikelförmigen Bindemittels in Dickenrichtung in zumindest einem Teil des Fasermaterials gleichmäßig verteilt. Vorzugsweise erfolgt diese gleichmäßige Verteilung in Dickenrichtung zumindest zur Hälfte der Dicke des Fasermaterials, mehr bevorzugt mindestens zur Hälfte der Dicke bis höchstens zu drei Vierteln, mehr bevorzugt über die gesamte Dicke (also 100% der Dicke) des Fasermaterials. In letzterem Fall spricht man auch von einer „Durchimprägnierung” des Fasermaterials. Die Imprägnierung des Fasermaterials, also des nass- oder trockengelegten Vlieses oder Gewebes, erfolgt im Rahmen der Erfindung vorzugsweise im Wesentlichen flächig, d. h. über mindestens 99% der Fläche des Fasermaterials, in die Dicke des Fasermaterials hinein, wie oben angegeben. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist folglich das Fasermaterial über seine gesamte Fläche, also vollständig, mit dem partikelförmigen Bindemittel durchimprägniert.In step a) of the process according to the invention for producing the impregnated filter material, the particles of the particulate binder are uniformly distributed in the thickness direction in at least part of the fiber material. Preferably, this uniform distribution in the thickness direction is at least half the thickness of the fiber material, more preferably at least half the thickness to at most three quarters, more preferably over the entire thickness (ie 100% of the thickness) of the fiber material. In the latter case, one speaks of a "Durchimprägnierung" of the fiber material. The impregnation of the fiber material, ie the wet or drained nonwoven or fabric, is carried out in the context of the invention preferably substantially flat, d. H. over at least 99% of the area of the fibrous material, in the thickness of the fibrous material, as stated above. According to a particularly preferred embodiment, consequently, the fiber material is impregnated over its entire surface, ie completely, with the particulate binder.
Die Größe der Partikel in dem partikelförmigen Bindemittel (im Folgenden der Einfachheit halber „Partikelgröße des partikelförmigen Bindemittels”) ist erfindungsgemäß vorzugsweise so, dass 95% der Partikel eine Größe von unter 500 μm, mehr bevorzugt von unter 100 μm und am meisten bevorzugt von unter 50 μm haben. Zur Bestimmung der Partikelgröße des partikelförmigen Bindemittels wird die Siebanalyse, besonders vorteilhaft ein Luftstrahl-Siebgerät nach
Bevorzugt sind dabei Bindemittel, bei denen 95% der Partikel kleiner als die Porengröße des Fasermaterials (wie zuvor definiert) sind und besonders bevorzugt sind Bindemittel, bei denen 99% der Partikel kleiner als die Porengröße des Fasermaterials sind, also durch ein Sieb mit einer Maschenweite, die der Porengröße des Fasermaterials entspricht, hindurchgehen.Binders in which 95% of the particles are smaller than the pore size of the fiber material (as defined above) are preferred, and binders in which 99% of the particles are smaller than the pore size of the fiber material, ie through a sieve with a mesh size, are particularly preferred corresponding to the pore size of the fibrous material.
Die Imprägnierung erfolgt mit den bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Aufstreuen des partikelförmigen Bindemittels auf das Fasermaterial oder Aufsprühen mittels elektrostatischer Sprühvorrichtung. Des Weiteren ist es möglich, das Ausgangmaterial dadurch zu imprägnieren, dass ein Gasstrom, der das partikelförmige Bindemittel enthält, durch das Fasermaterial hindurchgesaugt wird. Das partikelförmige Bindemittel kann dabei ein – oder beidseitig auf das Fasermaterial aufgebracht werden.The impregnation is carried out by the known methods, such as scattering of the particulate binder on the fiber material or spraying by means of electrostatic spray device. Furthermore, it is possible to impregnate the starting material by sucking a gas stream containing the particulate binder through the fibrous material. The particulate binder can be applied to the fiber material on one or both sides.
Die Verteilung des partikelförmigen Bindemittels im Fasermaterial geschieht in dem Imprägnierungsschritt a) durch geeignete und dem Fachmann bekannte Verfahren, wie zum Beispiel mechanisches Rütteln, Ultraschallbeaufschlagung, elektrisches Wechselfeld, Anlegen eines Unterdrucks.The distribution of the particulate binder in the fiber material takes place in the impregnation step a) by suitable methods known to the person skilled in the art, for example mechanical shaking, ultrasound application, alternating electric field, application of a negative pressure.
In Schritt b) wird das Material aus Schritt a) einer Wärmebehandlung unterzogen. Dies kann beispielsweise durch den Eintrag von Wärmeenergie z. B. mittels Infrarot-Strahler oder durch Eintrag von Ultraschall geschehen. In Schritt b) des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kommt es vorzugsweise zu einem weitgehenden Aufschmelzen, insbesondere zu einem vollständigen Aufschmelzen der Bindemittelpartikel, die vorzugsweise trocken sind, und ggf. zu einer Aushärtung. Um ein weitgehendes, insbesondere vollständiges Aufschmelzen der Bindemittelpartikel zu erreichen, liegt die Temperatur bei der Wärmebehandlung des Materials vorteilhaft mindestens 5°C oberhalb der Schmelztemperatur des partikelförmigen Bindemittels, vorzugweise mindestens 10°C oberhalb der Schmelztemperatur des partikelförmigen Bindemittels und besonders bevorzugt mindestens 15°C oberhalb der Schmelztemperatur des partikelförmigen Bindemittels. Bei der Wahl der Temperatur ist darauf zu achten, dass es nicht zu einem Aufschmelzen der in dem Fasermaterial eventuell vorhandenen Synthesefasern kommt.In step b), the material from step a) is subjected to a heat treatment. This can be achieved for example by the entry of heat energy z. B. done by infrared emitters or by the entry of ultrasound. In step b) of the production process according to the invention, it is preferable to achieve extensive melting, in particular complete melting of the binder particles, which are preferably dry, and, if appropriate, curing. In order to achieve a substantial, in particular complete melting of the binder particles, the temperature during the heat treatment of the material is advantageously at least 5 ° C above the melting temperature of the particulate binder, preferably at least 10 ° C above the melting temperature of the particulate binder and more preferably at least 15 ° C. above the melting temperature of the particulate binder. When choosing the temperature, it must be ensured that the synthetic fibers possibly present in the fiber material do not melt.
Vorzugsweise wird das im Schritt a) erhaltene Material in Schritt b) einem ersten Wärmebehandlungsschritt unterzogen, wobei das imprägnierte Halbfertigprodukt erhalten wird. Der erste Wärmebehandlungsschritt bewirkt, dass die Partikel des partikelförmigen Bindemittels durch Adhäsionskräfte mit den Fasern des Fasermaterials fest verbunden werden. In dem ersten Wärmebehandlungsschritt kommt es üblicherweise lediglich zu einer Erweichung der Bindemittelpartikel, wobei unter Umständen Bindemittelpartikel auch teilweise aufschmelzen können. Am Ende des ersten Wärmebehandlungsschritts sind im Mikroskop üblicherweise noch diskrete Bindemittelpartikel erkennbar. Die Erhitzungstemperatur bzw. der Eintrag an Ultraschallenergie wird so gewählt, dass das partikelförmige Bindemittel zwar erweicht bzw. teilweise aufgeschmolzen wird, die eventuell im imprägnierten Filtermaterial vorhandenen synthetischen Fasern jedoch nicht. Daher liegt die Temperatur in dem ersten Wärmebehandlungsschritt vorzugsweise geringfügig unterhalb des Schmelzpunkts des partikelförmigen Bindemittels, vorzugsweise bis zu 5°C, mehr bevorzugt bis zu 2°C darunter.Preferably, the material obtained in step a) is subjected to a first heat treatment step in step b), whereby the impregnated semi-finished product is obtained. The first heat treatment step causes the particles of the particulate binder to be firmly bonded by adhesive forces to the fibers of the fiber material. In the first heat treatment step, only a softening of the binder particles usually occurs, in which case binder particles may also partially melt. At the end of the first heat treatment step, discrete binder particles are usually detectable in the microscope. The heating temperature or the entry of ultrasonic energy is chosen so that the particulate binder is indeed softened or partially melted, which may not be present in the impregnated filter material synthetic fibers. Therefore, the temperature in the first heat treatment step is preferably slightly below the melting point of the particulate binder, preferably up to 5 ° C, more preferably up to 2 ° C below.
Das imprägnierte Halbfertigprodukt ist dafür vorgesehen, für seine Verarbeitung zu einem imprägnierten Filtermaterial bzw. zu einem Filterelement durch ein mechanisches Verfahren wie zum Beispiel Prägen, Falten, Wellen in Querrichtung, Rillieren in Längsrichtung verformt zu werden. Allerdings ist dieser mechanische Verarbeitungsschritt nicht zwingend erforderlich, so dass das imprägnierte Halbfertigprodukt nach dem ersten Wärmebehandlungsschritt ggf. je nach vorgesehener Verwendung des Filtermaterials, durch einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum erfindungsgemäßen Filtermaterial weiterverarbeitet werden kann.The impregnated semi-finished product is intended to be deformed for processing into an impregnated filter material or filter element by a mechanical process such as embossing, folding, shafts in the transverse direction, creasing in the longitudinal direction. However, this mechanical processing step is not absolutely necessary, so that the impregnated semi-finished product can be further processed after the first heat treatment step, depending on the intended use of the filter material, by a second heat treatment step to the filter material according to the invention.
Wenn die Wärmebehandlung im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren in zwei separaten Schritten erfolgt, weist das imprägnierte Halbfertigprodukt zwischen dem ersten und zweiten Wärmebehandlungsschritt eine relativ hohe Flexibilität auf und kann besonders schonend einer mechanischen Verarbeitung unterzogen werden. Eventuelle Beschädigungen des imprägnierten Filtermaterials werden somit effizient vermieden und das resultierende imprägnierte Filtermaterial weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf.When the heat treatment in the production process according to the invention takes place in two separate steps, the semi-finished product impregnated between the first and second heat treatment step has a relatively high flexibility and can be subjected to a particularly gentle mechanical processing. Any damage to the impregnated filter material is thus effectively avoided and the resulting impregnated filter material has excellent mechanical properties.
Wenn die Wärmebehandlung in Schritt b) zweistufig durchgeführt wird, also mit einem ersten und einem zweiten Wärmebehandlungsschritt, sind die Parameter des ersten Wärmebehandlungsschritts vorzugsweise wie folgt:
Der zweite Wärmebehandlungsschritt wird vorzugsweise bei einer Temperatur mindestens 5°C über dem Schmelzpunkt des partikelförmigen Bindemittels durchgeführt. Die Dauer des zweiten Wärmebehandlungsschritts ist vorzugsweise wie folgt: Sie ist im Bereich von 0,5 bis 30 s, beispielsweise wenn das partikelförmige Bindemittel aufgeschmolzen werden und ggf. die Vernetzung lediglich initiiert werden soll, und sie ist im Bereich von 5 bis 20 min, beispielsweise wenn das partikelförmige Bindemittel aufgeschmolzen und vollständig vernetzt bzw. gehärtet werden soll. Die zuvor angesprochene initiierte Vernetzung kann sogar bei Raumtemperatur im Verlauf von Tagen oder Wochen vervollständigt werden.The second heat treatment step is preferably carried out at a temperature at least 5 ° C above the melting point of the particulate binder. The duration of the second heat treatment step is preferably as follows: it is in the range of 0.5 to 30 seconds, for example when the particulate binder is to be melted and, if desired, the crosslinking is merely initiated, and is in the range of 5 to 20 minutes, For example, if the particulate binder to be melted and fully cured or cured. The aforementioned initiated crosslinking can be completed even at room temperature over days or weeks.
Des Weiteren ist es möglich, die erste Wärmebehandlung und die zweite Wärmebehandlung in einem einzigen gemeinsamen Verfahrensschritt durchzuführen. Mithin kann es sich bei der Wärmebehandlung in Schritt b) um eine einstufige Wärmebehandlung handeln. Bevorzugte Ausführungsformen einer solchen einstufigen Wärmebehandlung wurden zuvor im Zusammenhang mit der Wärmebehandlung in Schritt b) allgemein erläutert. Mithin ist die Temperatur vorzugsweise mindestens 5°C über dem Schmelzpunkt des partikelförmigen Bindemittels und die Dauer ist vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 30 s, beispielsweise wenn das partikelförmige Bindemittel aufgeschmolzen und ggf. die Vernetzung lediglich initiiert werden soll, wobei die Vernetzung anschließend sogar bei Raumtemperatur im Verlauf von Tagen oder Wochen vervollständigt werden kann.Furthermore, it is possible to carry out the first heat treatment and the second heat treatment in a single common process step. Thus, the heat treatment in step b) may be a one-step heat treatment. Preferred embodiments of such a single-stage heat treatment have been generally explained above in connection with the heat treatment in step b). Thus, the temperature is preferably at least 5 ° C above the melting point of the particulate binder and the duration is preferably in the range of 0.5 to 30 seconds, for example, when the particulate binder is to be melted and, if desired, the crosslinking merely initiated, the crosslinking subsequently even at room temperature over days or weeks can be completed.
Vorzugsweise erfolgt im zweiten Wärmebehandlungsschritt eine weitgehende Aufschmelzung und ggf. Härtung des partikelförmigen Bindemittels uns es kommt zur Bildung des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials. Das aufgeschmolzene Bindemittel umhüllt dabei die Fasern des Filtermaterials und bildet Brücken zwischen den Fasern.Preferably, in the second heat treatment step, a substantial melting and, if appropriate, hardening of the particulate binder takes place and the impregnated filter material according to the invention is formed. The molten binder envelops the fibers of the filter material and forms bridges between the fibers.
Das partikelförmige Bindemittel kann zum Beispiel nach dem Imprägnieren des Fasermaterials in dem ersten Wärmebehandlungsschritt in der Weise erweicht bzw. aufgeschmolzen werden, dass in dem imprägnierten Halbfertigprodukt mindestens 5% der maximalen Endfestigkeit erreicht werden. Nach der Formgebung kann dann das erfindungsgemäße imprägnierte Halbfertigprodukt in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt erneut erhitzt werden. Dabei wird das partikelförmige Bindemittel vorzugsweise vollständig aufgeschmolzen und bei Bedarf ausgehärtet, so dass es im resultierenden imprägnierten Filtermaterial seine gewünschte Endfestigkeit und Endsteifigkeit erreicht.For example, after the impregnation of the fibrous material in the first heat treatment step, the particulate binder may be softened or melted such that at least 5% of the maximum final strength is achieved in the impregnated semi-finished product. After shaping, the impregnated semi-finished product according to the invention can then be reheated in the second heat treatment step. In this case, the particulate binder is preferably completely melted and cured if necessary, so that it reaches its desired final strength and final rigidity in the resulting impregnated filter material.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Fasermaterial, das in Schritt a) des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens mit mindestens einem partikelförmigen Bindemittel gleichmäßig imprägniert wird, um ein vorverfestigtes Fasermaterial. Ein unter Verwendung eines solchen vorverfestigten Fasermaterials mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erhältliches vollständig durchimprägniertes Filtermaterial hat eine Berstfestigkeit nach Mullen von mindestens 50 kPa, bevorzugt von mindestens 100 kPa, eine Flächenmasse von 20 g/m2–500 g/m2, bevorzugt von 40 g/m2–300 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 10 l/m2s–8000 l/m2s, bevorzugt von 80 l/m2s–8000 l/m2s, eine Porengröße von 10 μm–150 μm, bevorzugt von 20 μm–100 μm, eine Dicke von 0,1 mm–3,0 mm, bevorzugt von 0.3 mm–3.0 mm, eine Faserdichte von 0,1–0,9, bevorzugt von 0,1–0,8 wobei 0,1–0,7 besonders bevorzugt ist, einen Harzgehalt von 5 Gew.-%–95 Gew.-%, bevorzugt von 5 Gew.-%–50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des imprägnierten Filtermaterials, und eine Spaltfestigkeit von mindestens 1,50 N/25 mm, bevorzugt von mindestens 2,00 N/25 mm.In a preferred embodiment, the fiber material which is uniformly impregnated with at least one particulate binder in step a) of the production process according to the invention is a preconsolidated fiber material. A completely impregnated filter material obtainable by using such a preconsolidated fiber material with the production method according to the invention has a Mullen burst strength of at least 50 kPa, preferably of at least 100 kPa, a basis weight of 20 g / m 2 -500 g / m 2 , preferably of 40 g / m 2 -300 g / m 2 , an air permeability of 10 l / m 2 s-8000 l / m 2 s, preferably from 80 l / m 2 s-8000 l / m 2 s, a pore size of 10 μm-150 μm, preferably of 20 μm-100 μm, a thickness of 0.1 mm-3.0 mm, preferably of 0.3 mm-3.0 mm, a fiber density of 0.1-0.9, preferably of 0.1-0, 8 wherein 0.1-0.7 is particularly preferred, a resin content of 5 wt .-% - 95 wt .-%, preferably from 5 wt .-% - 50 wt .-% based on the total mass of the impregnated filter material, and a gap strength of at least 1.50 N / 25 mm, preferably of at least 2.00 N / 25 mm.
Das Verfahren zur Vorverfestigung des Fasermaterials ist nicht weiter beschränkt. Unabhängig von der Art der verwendeten Fasern kommen bei trocken- und nassgelegten Vliesen das Vernadeln und Wasserstrahlvernadeln, sowie das Tränken bzw. Besprühen mit flüssigen Bindern (Latex) mit anschließender Trocknung in Frage. Wenn thermoplastische Fasern, wie beispielsweise ein- oder mehrkomponentige Schmelzbindefasern, in den Vliesen enthalten sind, stellt das Thermokalandrieren, sowohl vollflächig als auch punktweise, eine weitere Möglichkeit zur Vorverfestigung dar.The method of preconsolidating the fiber material is not further limited. Irrespective of the type of fibers used, needling and water jet needling, as well as impregnation or spraying with liquid binders (latex) with subsequent drying, are suitable for dry and wet-laid nonwovens. When thermoplastic fibers, such as single or multi-component meltbond fibers, are included in the nonwovens, thermal calendering, both full-surface and point-wise, is another way of preconsolidation.
Die Spaltfestigkeit ist ein Maß für die gleichmäßige Verteilung des partikelförmigen Bindemittels und gibt die Kraft in Z-Richtung an, die benötigt wird, um das imprägnierte Filtermaterial in sich zu spalten.The nip strength is a measure of the uniform distribution of the particulate binder and indicates the force in the Z direction needed to crack the impregnated filter material.
Bei der Herstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials wird ein vorverfestigtes Fasermaterial wie z. B. Gewebe, Papier oder Vlies verwendet, das nur auf einer Seite mit einem partikelförmigen Bindemittel in der Weise gleichmäßig imprägniert ist, dass es die Dicke des Fasermaterials mindestens zur Hälfte aber höchstens zu drei Vierteln durchdringt. Ein solches Fasermaterials hat eine Berstfestigkeit nach Mullen von mindestens 50 kPa, bevorzugt von mindestens 100 kPa, eine Flächenmasse von 20 g/m2–500 g/m2, bevorzugt von 40 g/m2–300 g/m2, besonders bevorzugt von 100 g/m2–200 g/m2, eine Luftdurchlässigkeit von 20 l/m2s–8000 l/m2s, bevorzugt von 80 l/m2s–8000 l/m2s, besonders bevorzugt von 200 l/m2s–2000 l/m2s, eine Porengröße von 10 μm–150 μm, bevorzugt von 20 μm–100 μm, besonders bevorzugt von 40 μm–800 μm eine Dicke von 0,1 mm–3,0 mm, bevorzugt von 0.3 mm–2.0 mm, eine Faserdichte von 0,1– 0,9, bevorzugt von 0,2–0,8, einen Harzgehalt von 2 Gew.-%– 95 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse des Fasermaterials, bevorzugt von 5 Gew.-%–50 Gew.-%. Beispielsweise kann ein solches Fasermaterial eine Flächenmasse von 168 g/m2, eine Dicke von 0,90 mm, eine Berstfestigkeit von 65 kPa, eine Luftdurchlässigkeit von 500 l/m2s, eine Porengröße von 58 μm und eine Faserdichte von 0,13 aufweisen. In the production of a further embodiment of the impregnated filter material according to the invention is a pre-consolidated fiber material such. As fabric, paper or nonwoven fabric is uniformly impregnated only on one side with a particulate binder in such a way that it penetrates the thickness of the fiber material at least half but not more than three quarters. Such a fiber material has a Mullen burst strength of at least 50 kPa, preferably of at least 100 kPa, a basis weight of 20 g / m 2 -500 g / m 2 , preferably of 40 g / m 2 -300 g / m 2 , particularly preferred from 100 g / m 2 to 200 g / m 2 , an air permeability of 20 l / m 2 s-8000 l / m 2 s, preferably from 80 l / m 2 s-8000 l / m 2 s, particularly preferably from 200 l / m 2 s-2000 l / m 2 s, a pore size of 10 .mu.m-150 .mu.m, preferably of 20 .mu.m-100 .mu.m, particularly preferably of 40 .mu.m-800 .mu.m, a thickness of 0.1 mm-3.0 mm , preferably of 0.3 mm-2.0 mm, a fiber density of 0.1-0.9, preferably of 0.2-0.8, a resin content of 2 wt .-% - 95 wt .-% based on the total mass of the fiber material , preferably from 5 wt .-% - 50 wt .-%. For example, such a fiber material may have a basis weight of 168 g / m 2 , a thickness of 0.90 mm, a bursting strength of 65 kPa, an air permeability of 500 l / m 2 s, a pore size of 58 μm and a fiber density of 0.13 exhibit.
Im Rahmen der Erfindung ist es ohne weiteres möglich, dass das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial aus mehreren Lagen bzw. Schichten besteht. Weiterhin ist es auch möglich, dass beim Einsatz in der Filtration, beispielsweise in dem Filterelement, vor und/oder nach dem erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterial eine oder mehrere Lagen aus anderen Materialien, z. B. anderen imprägnierten Filtermaterialien vorgesehen sind.In the context of the invention, it is readily possible that the impregnated filter material according to the invention consists of several layers or layers. Furthermore, it is also possible that when used in the filtration, for example in the filter element, before and / or after the impregnated filter material according to the invention one or more layers of other materials, for. B. other impregnated filter materials are provided.
Die einzelnen Lagen des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials werden entweder mit einem Kleber oder über Schweißverbindungen oder eine Kombination daraus verbunden.The individual layers of the impregnated filter material according to the invention are bonded either with an adhesive or via welded joints or a combination thereof.
Vorteilhafte Kleber haben einen Erweichungspunkt von über 200°C. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung wird das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial Temperaturen bis 150°C und hohen hydrostatischen Drücken ausgesetzt. Dabei darf sich die Kleberverbindung nicht lösen. Geeignete Kleber für diese Anwendung sind Polyurethankleber, Polyamidkleber oder Polyesterkleber. Besonders bevorzugt sind dabei Polyurethankleber, weil diese mit der Luftfeuchtigkeit vernetzen können. 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.Advantageous adhesives have a softening point of over 200 ° C. When used as intended, the impregnated filter material of the invention is exposed to temperatures up to 150 ° C and high hydrostatic pressures. The adhesive connection must not come loose. Suitable adhesives for this application are polyurethane adhesive, polyamide adhesive or polyester adhesive. Polyurethane adhesives are particularly preferred because they can 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 5-20 g / m 2 , preferably between 5-10 g / m 2 .
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, Dreiecke, usw. Die Fläche der bereichsweisen Schweißverbindungen beträgt vorteilhafterweise höchstens 10% der Gesamtfläche des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials.The welded connection can be made both by an ultrasonic system and by a thermal calender. The polymers of the layers to be welded are either completely or partially melted and welded together. The area-wise welded joints can have any geometric shapes, such as points, straight lines, curved lines, diamonds, triangles, etc. The area of the area-wise welded joints is advantageously at most 10% of the total area of the impregnated filter material according to the invention.
Verkleben und Verschweißen können auch beliebig miteinander kombiniert werden.Gluing and welding can also be combined with each other.
Das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial kann zu allen üblichen Elementformen weiterverarbeitet werden. So können daraus z. B. Schläuche, Taschen oder Beutel gefertigt werden. Oder es kann auf allen üblichen Verarbeitungsmaschinen geprägt, gefaltet, in Querrichtung gewellt, in Längsrichtung rilliert, usw. werden.The impregnated filter material according to the invention can be further processed into all conventional elemental forms. So it can be z. As tubes, bags or bags are made. Or it can be embossed on all common processing machines, folded, corrugated in the transverse direction, longitudinally grooved, etc.
Wird das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial zu Schläuchen, Taschen oder Beuteln verarbeitet, so wird das partikelförmige Bindemittel nach dem Imprägnieren des Fasermaterials vorteilhaft vollständig aufgeschmolzen bzw. ausgehärtet.If the impregnated filter material according to the invention is processed into hoses, bags or bags, the particle-shaped binder is advantageously completely melted or cured after the impregnation of the fiber material.
PrüfmethodenTest Methods
-
Flächenmasse nach
DIN EN ISO 536 DIN EN ISO 536 -
Schmelztemperatur nach
DIN EN ISO 3146 DIN EN ISO 3146 -
Erweichungspunkt der Kleber nach
DIN EN 1238 DIN EN 1238 -
Dicke nach
DIN EN ISO 534 DIN EN ISO 534 -
Luftdurchlässigkeit nach
DIN EN ISO 9237 DIN EN ISO 9237 -
Berstfestigkeit nach Mullen nach
DIN 53141 DIN 53141 -
Partikelgröße nach
DIN EN ISO 8620 DIN EN ISO 8620 -
Porengröße mittels Gasblasentest nach
DIN ISO 4003 DIN ISO 4003
Der Anteil des Bindemittels in einem Papier (Harzgehalt) berechnet sich nach folgender Formel:
FM Papier = Flächenmasse des imprägnierten Papiers The proportion of binder in a paper (resin content) is calculated according to the following formula:
FM paper = basis weight of the impregnated paper
Bestimmung der Spaltfestigkeit in Querrichtung:Determination of the gap strength in the transverse direction:
Aus einem vorher 24 Stunden bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit klimatisierten imprägnierten Filtermaterial werden 2 Streifen mit 50 mm Breite und 200 mm Länge geschnitten. Die 200 mm lange Seite verläuft dabei quer zur Laufrichtung des imprägnierten Filtermaterials. Auf die Vorder- und Rückseite dieser Muster werden dann ca. 150 mm lange Streifen des Testklebebandes Scotch 3M 365 (Wärmehärtendes Glasgewebe-Klebeband, Haftung auf Stahl: 60 oz./in. Breite (54,5 N/100 mm), gemessen nach der
Messbereich 0,5 F
Programm Nassschleif-Spaltfestigkeit
Geschwindigkeit 300 mm/min
Klemmenabstand 25 mm
Vorweg 20 mm
Prüfstrecke 80 mmFrom a previously 24 hours at 23 ° C and 50% relative humidity air-conditioned impregnated filter material 2 strips are cut with 50 mm wide and 200 mm in length. The 200 mm long side runs transversely to the direction of the impregnated filter material. On the front and back of these samples are then measured approximately 150 mm long strips of the Scotch 3M 365 test tape (thermosetting glass fabric adhesive tape, adhesion to steel: 60 oz./in. Width (54.5 N / 100 mm) measured after of the
Measuring range 0.5 F
Program wet grinding gap strength
Speed 300 mm / min
Terminal distance 25 mm
Preliminary 20 mm
Test track 80 mm
Das mit der Hand abgezogene Testklebeband Scotch 3M 365 wird in die obere Klemme der Zugprüfmaschine eingespannt. Das zu prüfende imprägnierte Filtermaterial mit dem darauf haftenden 2. Streifen des Testklebebandes wird so in die untere Klemme der Universalprüfmaschine eingespannt, dass der Verbund im 90°-Winkel zur Zugrichtung absteht. Während der Messung ist darauf zu achten, dass die Spaltung in der Mitte des zu prüfenden imprägnierten Filtermaterials erfolgt und nicht nur einzelne Fasern aus der Oberfläche des imprägnierten Filtermaterials gerissen werden. Messungen, bei denen die Spaltung nicht in der Mitte des imprägnierten Filtermaterials erfolgt, werden verworfen und wiederholt. Gemessen wird die durchschnittliche Kraft, die benötigt wird, um das imprägnierte Filtermaterial zu spalten. Das Ergebnis ist der Mittelwert aus zwei Einzelmessungen.The Scotch 3M 365 test tape removed by hand is clamped in the upper clamp of the tensile tester. The impregnated filter material to be tested with the second strip of the test adhesive tape adhering thereto is clamped in the lower clamp of the universal testing machine in such a way that the composite protrudes at 90 ° to the direction of pull. During the measurement, care must be taken that the cleavage takes place in the middle of the impregnated filter material to be tested, and not just individual fibers are torn from the surface of the impregnated filter material. Measurements in which the cleavage does not occur in the middle of the impregnated filter material are discarded and repeated. Measured is the average force needed to break the impregnated filter material. The result is the mean of two individual measurements.
BEISPIELEEXAMPLES
Beispiel 1 (Erfindung)Example 1 (Invention)
Nach dem allgemein bekannten Verfahren der Papierherstellung wurde in einer Papiermaschine eine Papierbahn aus 84 Zellulose und 14 Polyesterfasern (1,7 dtex/6 mm) erzeugt. Das Papier ist unter der Bezeichnung H11PESG von der Firma NEENAH Gessner, Bruckmühl erhältlich. Das so hergestellte Papier hatte eine Flächenmasse von 168 g/m2, eine Dicke von 0,90 mm, eine Berstfestigkeit von 65 kPa, eine Luftdurchlässigkeit von 500 l/m2s, eine Porengröße von 58 μm und eine Faserdichte von 0,13.According to the well-known method of papermaking, a paper web of 84 cellulose and 14 polyester fibers (1.7 dtex / 6 mm) was produced in a paper machine. The paper is available under the name H11PESG from NEENAH Gessner, Bruckmühl. The paper thus prepared had a basis weight of 168 g / m 2 , a thickness of 0.90 mm, a bursting strength of 65 kPa, an air permeability of 500 l / m 2 s, a pore size of 58 μm and a fiber density of 0.13 ,
Auf dieses Papier wurde in einem separaten Arbeitsgang 43 g/m2 eines partikelförmigen Phenolharzes mit Hexamethylentetramin als Härter der Firma Dynea Erkner GmbH, Erkner mit der Bezeichnung EXP 8E2038P aufgestreut und mittels mechanischer Rüttelbewegungen über die gesamte Dicke des Filtermaterials verteilt. Die Partikelgröße des Phenolharzes war so, dass 95% der Partikel eine Größe von < 40 μm hatten, und das Phenolharz hatte einen Schmelzbereich von 87–90°C.43 g / m 2 of a particulate phenolic resin with hexamethylenetetramine as a hardener from Dynea Erkner GmbH, Erkner with the name EXP 8E2038P were sprinkled on this paper in a separate operation and by mechanical shaking movements over the entire thickness of the filter material distributed. The particle size of the phenolic resin was such that 95% of the particles had a size of <40 μm, and the phenolic resin had a melting range of 87-90 ° C.
Danach wurde das Bindemittel in dem imprägnierten Filtermaterial mittels eines Infrarot-Strahlers bei 120°C aufgeschmolzen und anschließend 10 Min bei 160°C gehärtet. Nach dem Abkühlen und der Lagerung für 24 Stunden bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit wurden die in der Tabelle 1 aufgeführten Parameter gemessen.Thereafter, the binder was melted in the impregnated filter material by means of an infrared radiator at 120 ° C and then cured at 160 ° C for 10 min. After cooling and storage for 24 hours at 23 ° C and 50% relative humidity, the parameters listed in Table 1 were measured.
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)Example 2 (comparative example)
Das Papier aus Beispiel 1 wurde in bekannter Weise mit einer Phenolharzlösung in Methanol imprägniert und bei 110°C getrocknet. Das Phenolharz ist unter der Bezeichnung Fenoplast PF-14 von der Fa. Lerg, Pustkow zu beziehen. Hexamethylentetramin (1,2 Gew.-% bezogen auf Feststoffgehalt der Formulierung) wurde als Vernetzer verwendet. Das so hergestellte imprägnierte Filtermaterial hatte einen Harzgehalt von 20 Anschließend wurde dieses imprägnierte Filtermaterial im Labor 10 Min bei 160°C gehärtet. Nach Lagerung für 24 Stunden bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit wurden die in der Tabelle 1 aufgeführten Parameter des resultierenden imprägnierten Filtermaterials gemessen. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 zu entnehmen ist, hat das erfindungsgemäße imprägnierte Filtermaterial eine deutlich höhere Berstfestigkeit und Luftdurchlässigkeit als das auf herkömmliche Weise imprägnierte Filtermaterial aus Beispiel 2. Die Spaltfestigkeit des erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterials aus Beispiel 1 ist so hoch, dass sie mit der angegebenen Methode nicht mehr messbar ist. Das lässt darauf schließen, dass das Bindemittel im erfindungsgemäßen imprägnierten Filtermaterial gleichmäßig verteilt ist und während des Aufschmelzens und Härtens des imprägnierten Filtermaterials keine Migration an die Oberflächen des imprägnierten Filtermaterials stattgefunden hat, so wie es im Vergleichsbeispiel geschehen ist.As can be seen from Table 1, the impregnated filter material according to the invention has a significantly higher bursting strength and air permeability than the conventionally impregnated filter material of Example 2. The cleavage strength of the impregnated filter material of Example 1 according to the invention is so high that they are not with the specified method is more measurable. This suggests that the binder is evenly distributed throughout the impregnated filter material of the present invention and that no migration has occurred to the surfaces of the impregnated filter material during fusing and curing of the impregnated filter material, as was done in the comparative example.
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