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Dokumentenidentifikation DE102005061503B3 26.07.2007
Titel Verfahren zur Herstellung von Filtern
Anmelder INFILTEC GmbH, 67346 Speyer, DE
Erfinder Dobrick, Michele, 67346 Speyer, DE;
Stock, Manfred, 67346 Speyer, DE
Vertreter Zellentin & Partner, 67061 Ludwigshafen
DE-Anmeldedatum 22.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005061503
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.07.2007
IPC-Hauptklasse B01J 20/30(2006.01)A, F, I, 20051222, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01J 20/22(2006.01)A, L, I, 20051222, B, H, DE   B01J 20/20(2006.01)A, L, I, 20051222, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Filtern durch Vermischen eines Trägermaterials mit Thermoplastteilchen, Einfüllen in eine Form und Erwärmen auf Sintertemperatur des Thermoplasten, wobei man das Trägermaterial und die Thermoplastteilchen vor dem Einfüllen in die Form mit Wasser anteigt. Anschließend werden an eine Außenfläche des hergestellten Filters Polyethylenteilchen angesintert.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Filtern, die aus einer Mischung von Polyethylenteilchen mit einem Trägermaterial, wie vorzugsweise Aktivkohle, bestehen.

Aus der EP 1 117 706 B1 ist ein Filtermaterial, enthaltend Polyethylenhomopolymer oder -copolymer und Aktivkohle bekannt. Dieses Material ist auf eine sehr feinteilige Aktivkohle beschränkt und wird zur Entfernung unterschiedlicher Substanzen aus Wasser oder wässriger Lösung eingesetzt.

Die Herstellung erfolgt so, dass die feinteilige Aktivkohle mit dem ein Bindemittel darstellenden Polyethylen trocken vermischt und in eine Form eingefüllt wird. Danach wird dieses verdichtet und auf eine Temperatur erhitzt, die wesentlich über dem Schmelzbereich des Bindemittels liegt.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, dass diese einmal auf die Verwendung sehr feinteiliger Aktivkohle beschränkt ist. Verwendet man gröbere Partikel, so ist eine Entmischung, z.B. beim Einfüllen in Formen, unvermeidlich. Zum anderen führt natürlich das vollständige Aufschmelzen der Polyethylenbestandteile zu einer Herabsetzung der aktiven Oberfläche, da der Kunststoff diese versiegelt.

Verwendet man andere Trägermaterialen als Aktivkohle, wie z.B. Zeolithe, so wird die gleiche Entmischung beobachtet, so dass homogene Filterschichten nicht hergestellt werden können.

Aus der DE 101 17 435 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Filterkörpers bekannt, bei dem ein Gemisch aus einem feinkörnigen schmelzbaren Polymeren und einem sorptiv wirkenden körnigen Material unter Wärme und Druck unter Zusatz eines flüssigen Mediums zu einem Formkörper verpresst wird. Für die polymere Bindung wird dabei ein feinteiliges Polyethylen, als sorptiv wirkendes Material Aktivkohle und als flüssiges Medium Wasser eingesetzt.

Nachteilig ist dabei, wie auch in der EP 1 117 706 B1, dass die außen liegende Filterschicht insbesondere bei geringem Polyethylenanteil einem Abrieb unterliegt und das Trägermaterial in das flüssige oder gasförmige Filtrat ausgetragen wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem sehr homogene Verteilungen von Trägermaterial und Polyethylenteilchen erhalten werden, die sich bei mechanischer Beaufschlagung nicht entmischen und das es erlaubt, auch gröbere Trägerteilchen, wie z.B. Aktivkohlegranulate, zu verwenden, wobei ein Produkt geschaffen werden soll, das unter Beibehaltung der Eigenschaften des Trägermaterials einen Austrag von Material unterbindet.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren gemäß Hauptanspruch, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Überraschend ist dabei, dass, obwohl Trägermaterialien, wie z.B. Aktivkohleteilchen ebenso wie das Polyethylen nicht ohne weiteres mit Wasser benetzbar sind, eine homogene Mischung auch ohne Anwendung von Tensiden herstellbar ist, wobei letztere den Nachteil hätte, dass vor dem Einsatz als Filter diese erst ausgewaschen werden müssten.

Der bevorzugte Thermoplast wird vorliegend als UHMW- oder HMW-(Ultra high molecular weight oder high molecular weight)-Form des Polyethylens eingesetzt, besondere Vorteile werden bei der Verwendung von Aktivkohlegranulat erhalten, die mit mittleren Korngrößen von 100 &mgr;m bis hinauf zu 3 mm einsetzbar sind.

Andere bevorzugte Materialien sind Steinkohle oder verkokster Kunststoff.

Das Mischungsverhältnis des Trägermaterials mit den anzusinternden Polyethylenteilchen kann zwischen 99–50 Gew.-% Trägermaterial (Aktivkohle) und 1–50 Gew.-% Polyethylen liegen.

Letztlich wird vorgeschlagen, mit der außen liegenden Schicht des erfindungsgemäßen Filtermaterials eine sog. "Polizeischicht" zu verbinden, die ein Austragen von Filterteilchen in das Filtrat verhindert. In besonders eleganter Weise gelingt dies dadurch, dass man an die Außenschicht Kunststoffteilchen, wie insbesondere Polyethylenteilchen als Mantel ansintert, wie sie in der Filterschicht selbst schon vorhanden sind.

Wie oben schon erwähnt, ist für die Qualität der Filterblockherstellung eine homogene Ausgangsmischung der Komponenten Trägermaterial (insbesondere Aktivkohle) und Polyethylengranulat außerordentlich wichtig. Schon bei leichten Bewegungen entmischt sich eine zuvor sorgfältig hergestellte Mischung, insbesondere dann, wenn die Komponententeilchen je unterschiedliche Korngrößen aufweisen, dies ist insbesondere beim Einschütten in die Formen der Fall. Soll noch vor dem Verdichten gerüttelt werden, wird dieser negative Effekt verstärkt.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Anwendung von Wasser behoben. Dabei wird so vorgegangen, dass entweder die Trägerteilchen und das Polyethylengranulat vorgemischt, mit Wasser besprüht und weiter gemischt werden, oder aber die Trägerteilchen schon vor dem Vermischen mit Wasser beaufschlagt werden. Das Mischen selbst ist dann kritisch, wenn, wie im Falle von Aktivkohlegranulat, diese gegen mechanische Beanspruchung sehr empfindlich sind. Rührwerke sind daher in diesem Falle zu vermeiden und es werden Mischgefäße eingesetzt, die um mindestens zwei Raumachsen bewegt werden. Dabei kommen die Komponententeilchen miteinander in Kontakt und werden adhäsiv gebunden.

Das Benetzen der Komponenten kann im Produktionsmaßstab auch durch Bedüsen mittels Wasser in einem Luftwirbelmischer oder in durchströmten Gefäßen, insbesondere Rohren, erfolgen.

Bevorzugt wird für das vorliegende Verfahren Kokosnussaktivkohle verwendet da diese eine stabile Struktur besitzt. Die Kohle kann in Form von Granulat, Presslingen oder in Kugelform vorliegen.

Angestrebt werden erfindungsgemäß hohe Aktivkohleanteile, Anteile über 90 % gehen jedoch zu Lasten der Festigkeit. Besonders geeignet sind Mischungen von 60–75 Gew.-% Aktivkohleanteil.

Nach dem Einfüllen und Verdichten, gegebenenfalls unter Vibration wird die Masse mit Hilfe von Stempeln verdichtet und anschließend gesintert.

Die Sinterung erfolgt bei 190–220°C und abhängig von der Benetzung der AC-Kohle (Wassergehalt) und der Größe der Sinterform innerhalb von etwa 40–70 Min. Die Form sollte dabei so ausgebildet sein, dass das gebundene Wasser in der Aufheizphase entweichen kann. Wenn das Wasser nicht entweichen kann, muß der Filterblock in einem separaten Schritt getrocknet werden.

Nach dem Sintern wird die Form aus dem Ofen geholt und gekühlt. Danach wird der äußere Formmantel entfernt und durch eine Form mit einem größeren Durchmesser ersetzt. In dem entstandenen Hohlraum wird wieder PE-Granulat aufgefüllt und im Ofen bei z.B. 190°C an den AC-Block angesintert. Es entsteht ein AC-Filterblock mit einer angesinterten PE-Polizeifilterschicht.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von Filtern durch Vermischen eines Trägermaterials mit Thermoplastteilchen, Einfüllen in eine Form und Erwärmen auf Sintertemperatur des Thermoplasten, wobei man das Trägermaterial und die Thermoplastteilchen vor dem Einfüllen in die Form mit Wasser anteigt, dadurch gekennzeichnet, dass man an eine Außenfläche des hergestellten Filters Polyethylenteilchen ansintert. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial Aktivkohle ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein Aktivkohlegranulat ist. Verfahren nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast ein UHMW-PE oder NMW-PE (ultra high molecular weight oder high molecular weight polyethylen) ist. Verfahren nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass 99–50 Gew.-% Aktivkohle mit 1–50 Gew.-% Polyethylen gemischt werden. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Anteil von 60–95 Gew.-% Aktivkohle. Verfahren nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein Aktivkohlegranulat mit einer mittleren Korngröße von etwa 50 bis etwa 3 mm ist. Verfahren nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivkohle Kokosnusskohle ist. Verfahren nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger Steinkohle ist. Verfahren nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein verkokter Kunststoff ist.






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