DE2834914C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterscheibe aus Faservliesmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Viele Flüssigkeiten, insbesondere trinkbare Flüssigkeiten wie Milch, Bier, Wein u. dgl., werden während ihrer Behandlung einem Filtervorgang unterworfen, um unbrauchbare und unerwünschte Abscheidungen zu entfernen. Im Falle von Milch war es z. B. eine zeitlang üblich, die rohe Milch durch eine Schicht aus Flanell oder durch mehrere Schichten aus Gaze hindurchzugießen. Die beachtlichen Kosten von Vliesstoffen gaben Anlaß dazu, das Filter nach jedem Gebrauch zu regenerieren, d. h. den Flanell oder die Gaze zu waschen und zu reinigen, so daß keine Spuren von gesäuerter Milch zurückblieben, um die nächste Milch zu verunreinigen. Dieses Regenerieren war zeitraubend und beschwerlich und wurde häufig oberflächlich oder sogar gar nicht durchgeführt. Molkereihygienefachleute, die für die Milchqualität verantwortlich sind, empfehlen daher seit vielen Jahren die Verwendung von Wegwerf- oder Einweg-Filterscheiben oder -quadraten, und deren Gebrauch ist nun praktisch allgemein üblich.

Bei der Erzeugung von Milch in einer Milchwirtschaft ist es üblich, die flüssige Milch durch ein Metallsieb hindurchzugießen, in dessen unterem Teil ein Filterkissen befestigt ist. Um eine leichte Reinigung zu ermöglichen, sind diese Siebe im allgemeinen rund und weisen keine Rillen oder Ecken auf, und die Filterkissen haben eine kreisförmige Gestalt und werden als Scheiben bezeichnet. Im folgenden werden jedoch die Filterkissen Filterscheiben genannt ohne Rücksicht auf die genaue Gestalt des Filterkissens.

Die ältesten bekannten Filterkissen aus einem Faservlies sind aus einer kardierten oder einer auf einem Garnettöffner behandelten Lage aus gebleichten Baumwollfasern ausgestanzt worden, und gelegentlich werden derartige Filterscheiben noch verwendet. Es wurde jedoch früh erkannt, daß derartige Filterscheiben gewisse Nachteile aufweisen. In Stapeln sind sie schwer voneinander zu trennen, und beim Gebrauch neigen sie dazu, sich zu verziehen und sich aufzulösen, wodurch dünne Bereiche in der Scheibe entstehen, durch welche die Abscheidungen hindurchgehen können. Diese Neigung der älteren bekannten Filterscheiben war im besonderen festzustellen, wenn der Melker versuchte, den Filtervorgang zu beschleunigen, indem er das Metallsieb gegenüber dem Rand der größeren Milchkanne anhob und senkte, in welche die Milch gegebenenfalls gegossen wurde.

Versuche, die vorgenannte Situation zu verbessern, führten zunächst zur Verwendung von Filterscheiben aus Faservlies, die an ihrer Oberfläche durch Stärke, Dextrin oder anderen genießbaren Klebstoffen gebunden waren. Später ist eine erhöhte Naß- und Bruchfestigkeit beim Gebrauch dadurch erzielt worden, daß eine Lage aus Baumwoll- und aus thermoplastischen Fasern heiß kalandriert worden ist (US-PS 24 33 531) oder indem neuerdings polymere Bindemittel verwendet worden sind (US-PS 33 07 706).

Maßnahmen der vorgenannten Art haben den Filterscheiben eine größere Naßfestigkeit verschafft, sie haben jedoch einen wesentlichen wirtschaftlichen Nachteil, wie der US-PS 33 07 706 entnehmbar ist, wird das Faservlies nach seiner Herstellung häufig in mehreren Schichten auf einem Aufsteckgatter aufgewickelt, von dem das Material abgezogen und flach auf einem Schneidetisch ausgelegt wird. Hier wird es mit Hilfe kreisförmiger Stempel in runden Scheiben ausgestanzt, die aufeinandergestapelt werden. Das Ausschneiden kreisförmiger Scheiben aus Stoffen bringt bekanntlich einen Abfall von 35 bis 40% oder mehr mit sich, was im einzelnen von der Art des Stanzverfahrens abhängt. Da der Abfall auf irgendeine Weise gebunden ist, erfordert es ein teures Verfahren, die wertvollen Fasern von dem Abfall zu trennen, indem mit reinigenden Chemikalien das Bindemittel entfernt wird, wonach die wiedergewonnenen Fasern gespült und getrocknet werden müssen. Darüber hinaus widersetzen sich gewisse Bindemittel, die bei der Herstellung von Filterfaservliesmaterialien verwendet werden, einem solchen kurzen chemischen Reinigungsprozeß, der außerdem die Fasern spröde macht.

Man hat auch versucht, die Festigkeit von Faserlagen, die frei von Bindemitteln sind, dadurch zu verbessern, daß man sie insbesondere zwischen heißen Kalanderwalzen, die volle Walzen oder Prägewalzen waren, zusammengepreßt hat (DE-GM 69 37 125). Wenn ein derartiges Verfahren bei Lagen von Baumwollfasern oder Gemischen von Baumwoll- und Viskosefasern angewendet wird, ist eine Verbesserung der Festigkeit festzustellen. Wenn jedoch der Prozentsatz der Viskosefasern in einer Baumwoll- Viskose-Mischung vergrößert wird, verringert sich die Festigkeit des gepreßten Erzeugnisses in drastischer Weise derart, daß eine 75% Viskose-25% Baumwolle-Mischung wesentlich weniger Festigkeit aufweist als eine 75% Baumwolle-25% Viskose-Mischung. Filterscheiben, die einen Überschuß an Viskosefasern aufweisen und nur durch Zusammenpressen gebunden sind, sind wegen ihrer Schwäche und ihrer Neigung, sich beim Gebrauch zu verziehen oder zu brechen, nicht verwendbar. Vermutlich hängt dies mit der besonderen Eigenart der Baumwollfasern im Vergleich zu den Viskosefasern zusammen. Da die ersteren von Natur gekräuselt, miteinander verdreht und gebunden sind, während die Viskosefasern weniger fähig sind, sich miteinander zu verflechten, selbst wenn sie durch äußere Einwirkung gekräuselt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wäre es wünschenswert, die Baumwollfasern in einer Filterscheibe durch Viskosefasern zu ersetzen, da Baumwolle verhältnismäßig teuer geworden ist und auch ein kostspieliges Naßreinigen, Bleichen und Trocknen erfordert, bevor sie zur Verwendung beim Filtern trinkbarer Flüssigkeiten geeignet ist. Es ist darüber hinaus so gut wie möglich, rohe Baumwollfasern mit dauerhafter Wirkung zusammenzupressen.

Um das Öffnen, Wickeln und Kardieren von Zellulosefasern zu erleichtern, wird bei der Erzeugung und Behandlung der Fasern nach allgemeiner Übung den Fasern ein Zurichtmittel hinzugefügt, das im allgemeinen eine "Seifenfettsäure" (Natriumoleat-Ölsäure) darstellt und den Fasern in einer Menge von 0,2 bis 0,4% bezogen auf das Fasergewicht beigefügt wird. Derartige seifenfettsaure Zurichtmittel erleichtern die Behandlung der Fasern, wirken jedoch nicht als Bindemittel. Wie oben erwähnt, nimmt daher die Festigkeit zusammengepreßter Faserlagen ab, wenn der Prozentsatz des Viskose-Reyons in einer Baumwoll-Viskose-Mischung vergrößert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Faservliesmaterial für Filter anzugeben, bei dem unter Wahrung einer ausreichenden Festigkeit die Fasern aus Abfällen des weiterverarbeiteten Faservliesmaterials in einfacher Weise rückgewinnbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt für die gattungsgemäße Filterscheibe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Überraschenderweise kann das Zurichtmittel für die Zellulosefasern derart abgewandelt werden, daß es eine erhebliche Wirkung auf die Festigkeit von Faservliesmaterial hat, das derartige Fasern enthält.

Die Zellulosefasern können als Zurichtmittel einen aliphatischen mehrwertigen Alkohol, z. B. Glyzerin, in einer Menge von 0,05 bis 0,50 Gewichtsprozent enthalten, wobei ein Bereich zwischen 0,1% bis 0,3% vorzuziehen ist. Derartige Zellulosefasern können durch die übliche Einrichtung, die bei der Erzeugung von Faservliesen verwendet wird, einfach behandelt werden. Wenn sie jedoch zusätzlich mit anderen Zellulosefasern gemischt und zusammengepreßt werden, verleihen sie den aus ihnen erzeugten Faservliesmaterialien eine unerwartete und bis jetzt unerklärliche Erhöhung der Festigkeit.

Darüber hinaus kann der Abfall vom Ausstanzen der Filterscheiben, 35 bis 40% des Materials, wieder gewonnen und wieder verwendet werden, indem es in normaler Weise behandelt wird, wie das mit Bezug auf das Ausgangsmaterial üblich ist, d. h. Öffnen der Fasern, Wickeln und Kardieren. Obwohl durch das Verfahren gemäß der Erfindung eine Faser- an-Faser-Bindung zustande kommt, hat diese Bindung eine zerbrechliche Natur und ist ungleich den Bindungen, die durch die Verwendung wärmegebundener thermomeßplastischer Fasern oder polymerer Bindemittel zustande kommen. Zweckmäßig werden die Variablen bei der Herstellung derart eingestellt, daß die Festigkeit eines trockenen Materialstreifens von 5 cm Breite in Richtung des Vorschubs 20 N nicht wesentlich überschreitet, damit der Abfall wieder gewinnbar und wieder verwendbar bleibt, ohne daß auf ein Spezialverfahren zurückgegriffen werden muß.

Ausführungsbeispiele

Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind alle Filterscheiben durch Heißkalandrieren einer Lage aus übereinandergelegten kardierten Faservliesen hergestellt worden.

Ausführungsbeispiel 1

Vier im Handel erhältliche Filterscheiben verschiedener Hersteller wurden bezüglich ihrer Leistungs- und physikalischen Eigenschaften analysiert. Der Fasergehalt bestand bei allen Scheiben nahezu aus 50% gebleichter Baumwolle und 50% Viskose-Reyon mit einer regulären handelsüblichen Zurichtung. Die physikalischen Eigenschaften der Scheiben waren folgende:

Durchschnittsgewicht46 g/m² durchschnittliche Zugfestigkeit im trockenen Zustand in der Bearbeitungsrichtung230 g pro 5 cm breitem Streifen durchschnittliche Durchflußzeit36 sek durchschnittlicher Abscheidungsrückstand46% von 50 Mikronteilchen.

Hierbei ist die Durchflußzeit diejenige Zeit in Sekunden, die ein gegebenes Flüssigkeitsvolumen braucht, um durch eine Filterscheibe hindurchzufließen. Abscheidungsrückstand ist der Prozentsatz einer Abscheidung von genormter Siebgröße, der auf der Filterscheibe beim Gebrauch zurückbleibt. Beide Variablen werden in einer standardisierten Versuchsreihe im Laboratorium gemessen und ergeben ein Maß für die zu erwartende Leistungsfähigkeit einer Filterscheibe. Sie bilden kein absolutes Maß der Leistungsfähigkeit, z. B. in einer Milchwirtschaft, da örtliche Variablen die Leistungsfähigkeit beeinflussen werden, z. B. die Temperatur und die Viskosität der Milch, die Anwesenheit oder Abwesenheit von Absonderungen in der Milch infolge einer Matitis der Kühe usw. und die Art der Abscheidungen, d. h., ob diese aus groben sich absetzenden Teilchen und Haaren bestehen oder aus feinem Schlamm. Nichtsdestoweniger schaffen Laboratoriumsversuche, die unter wechselnden Bedingungen mit Betriebsversuchen in Beziehung gesetzt sind, eine Reihe von Laboratoriumsprüfnormen, durch welche die Brauchbarkeit oder Unbrauchbarkeit einer Filterscheibe vorausgesagt werden kann.

Ausführungsbeispiel 2

Die Mischung aus 50% gebleichter Baumwolle und 50% regulärem Viskose-Reyon wurde durch eine Mischung aus 50% gebleichter Baumwolle, 25% regulärem Viskose-Reyon mit 0,15% Glyzerin Zurichtmittel ersetzt. Die physikalischen Konstanten waren folgende:

Durchschnittsgewicht48 g/m² Zugfestigkeit im trockenen Zustand in der Bearbeitungsrichtung610 g pro 5 cm Streifenbreite Durchflußzeit36 sek Abscheidungsrückstand52% von 50 Mikronteilchen.

Die Zugfestigkeit des untersuchten Erzeugnisses beträgt demgemäß das 2,65fache der Zugfestigkeit eines vergleichbaren im Handel erhältlichen Erzeugnisses, das aus einer gleichen Baumwoll-Viskose-Mischung zusammengesetzt ist.

Wenn in der Fasermischung der Anteil der mit dem Glyzerin- Zurichtmittel behandelten Viskose vergrößert wird, vergrößert sich auch die Festigkeit des Gesamtfiltermaterials.

Ausführungsbeispiel 3

Eine Filterscheibe, die aus 100% Viskose-Reyon mit 0,15% Glyzerin-Zurichtmittel bestand, hatte die folgenden Eigenschaften:

Durchschnittsgewicht48 g/m² Zugfestigkeit:
trocken, in der Bearbeitungsrichtung2000 g pro 5 cm Streifenbreite trocken, in der Querrichtung500 g pro 5 cm Streifenbreite naß, in der Bearbeitungsrichtung225 g pro 5 cm Streifenbreite naß, in der Querrichtung70 g pro 5 cm Streifenbreite Durchflußzeit27 sek Abscheidungsrückstand62% von 50 Mikronteilchen.

Eine vergleichbare Filterscheibe von etwa gleichem Gewicht, die jedoch aus 100% Viskosefasern mit einem handelsüblichen Zurichtmittel aus seifiger Fettsäure bestand, war kommerziell nicht verwertbar, weil sie eine zu geringe Trocken- und Naßzugfestigkeit und beim Gebrauch eine Neigung zum Verziehen und zur Bildung einer dünnen Platte aufwies, was einen geringen Abscheidungsrückstand und Milch von unannehmbarer Qualität zur Folge hatte.

Im allgemeinen kann bei Filterscheiben, die aus Baumwollfasern, Viskosefasern oder Mischungen aus diesen zusammengesetzt sind, eine Vergrößerung der Trocken- und Naßzugfestigkeit auf 250 bis 700% erwartet werden, wenn das übliche Zurichtmittel aus seifiger Fettsäure durch ein Zurichtmittel aus Glyzerin ersetzt wird.

Schon wenn 25% der Viskosefasern mit einem Zurichtmittel aus Glyzerin versehen werden, wird die Festigkeit doppelt so groß wie diejenige eines Viskose-Baumwoll-Gemischs, wie oben dargestellt worden ist. Wenn die Filtermedia einen wesentlichen Anteil von Viskosefasern enthalten, ist es üblich, die Durchflußzeit bzw. den Abscheidungsrückstand dadurch einzustellen, daß grobe Viskosefasern (10 bis 20 den) mit feineren Viskosefasern (1,5 bis 5 den) gemischt werden, was von der Art der zu filternden Flüssigkeit und der auszusondernden Abscheidung abhängt. Wie zu erwarten, hat die Verwendung von groben Fasern im allgemeinen kürzere Durchflußzeiten zur Folge, was jedoch auf Kosten des Abscheidungsrückstandes geht. Offensichtlich kann ein erwünschter Ausgleich zwischen der Durchflußzeit und dem Abscheidungsrückstand erzielt werden, wenn man Fasern mit verschiedenen Denierwerten miteinander mischt. In der Praxis wurde gefunden, daß es z. B. zweckmäßig ist, feine Viskosefasern von etwa 2,2 den mit einem erwünschten Anteil gröberer Viskosefasern, z. B. 10 den, zu mischen und zur Erzielung eines maximalen Bindeeffektes das Glyzerin-Zurichtmittel den feinen Fasern beizugeben.

Obwohl die obige Erörterung sich mit Zellulosefasern mit einer Beigabe eines Glyzerin-Zurichtmittels befaßt hat, können wohlgemerkt auch andere flüssige aliphatische mehrwertige Alkohole, wie Propylenglykol u. dgl., zu dem gleichen Zweck dienen, da die Bindewirkung vermutlich auf eine Affinität zwischen den aliphatischen Polyhydroxy-Verbindungen und den in den Zellulosefasern anwesenden Hydroxyl- Gruppen zurückzuführen ist. Glyzerin bleibt das Glykol der Wahl für das Filtrieren von trinkbaren Flüssigkeiten wegen seiner anerkannten ungiftigen Natur und seinem weit verbreiteten Gebrauch in Tinkturen, medizinischem Sirup, Nahrungsmitteln und anderen zur Einnahme durch Menschen bestimmten Erzeugnissen.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu der größeren Festigkeit beim Gebrauch weitere Vorteile festzustellen. Die Behandlung wird erleichtert, weil die Temperaturen, die beim Heißkalandrieren zum Zusammenpressen der kardierten Faserlage anzuwenden sind, von den üblichen 100°C bis 160°C auf 75°C oder weniger herabgesetzt werden können, was eine Vergrößerung der Geschwindigkeit der Erzeugung zur Folge hat. Angesichts des festeren Materials ist auch das Brechen und das Zustandekommen von Abfall beim Aufbringen auf das Aufsteckgatter und beim Ausstanzen verringert.

Claims (5)

1. Filterscheibe aus Faservliesmaterial, welches heißkalandriert und mittels eines Bindemittels zusammengehalten ist, bestehend aus Viskose-Reyon-Fasern oder einer Mischung aus Viskose-Reyon-Fasern und Baumwollfasern, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 25 Gewichts-% der Fasern aus Viskose-Reyon-Fasern bestehen, die einen flüssigen aliphatischen mehrwertigen Alkohol als Zurichtmittel in einer Menge von 0,5-0,50 Gewichts-% bezogen auf das Gewicht der Fasern, enthalten, der frei oder im wesentlichen frei von Fettsäuren ist und den Fasern vor dem Kalandrieren zugegeben wird, und daß das Zurichtmittel das einzige Bindemittel des Faservliesmaterials ist.

2. Filterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Mischung aus groben Viskose-Reyon-Fasern von etwa 1,11 bis 2,22 tex und feineren Viskose-Reyon-Fasern von etwa 0,17 bis 0,56 tex darstellen.

3. Filterscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrwertige Alkohol Glyzerin ist.

4. Filterscheibe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur die feineren Viskose-Reyon-Fasern das Zurichtmittel aus mehrwertigem Alkohol enthalten.

5. Filterscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfestigkeit des trockenen Faservliesmaterials 20 N pro 5 cm Streifenbreite nicht übersteigt.