DE102009006586B4 - Filter medium and filter element for the liquid filtration - Google Patents

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Abstract

Ein- oder mehrlagiges Filtermedium zur Trennung einer wässrigen Flüssigkeit von einer nicht wässrigen Flüssigkeit eines Flüssigkeitsgemisches, mit mindestens einer imprägnierten hydrophilen Lage, wobei die mindestens eine imprägnierte hydrophile Lage eine Flächenmasse von 20–300 g/m2 und eine Luftdurchlässigkeit von 2–1000 l/m2s hat und aus einem porösen Flächengebilde besteht, das mit 2–60 Gew.% eines hydrophilen, während des Trocknens nicht filmbildenden, duroplastisch härtenden Imprägniermittel imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine imprägnierte hydrophile Lage eine Tropfeneinsinkzeit für Wasser von höchstens 20 s besitzt, dass das hydrophile Imprägniermittel aus einer Gruppe von Harzen ausgewählt ist, die Phenolharz, Epoxidharz, Melamin-Formaldehyd-Harz, Harnstoff-Formaldehyd-Harz oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Harze umfasst, derart, dass das hydrophile Imprägniermittel nach Härtung für 10 min bei 165°C einen Kontaktwinkel mit Wasser von höchstens 50° sofort gemessen und von höchstens 45° nach 2 Minuten gemessen hat, und dass das hydrophile Imprägniermittel derart ausgewählt ist, dass die...Single or multi-layer filter medium for separating an aqueous liquid from a non-aqueous liquid of a liquid mixture, having at least one impregnated hydrophilic layer, wherein the at least one impregnated hydrophilic layer has a basis weight of 20-300 g / m2 and an air permeability of 2-1000 l / m2s and consists of a porous fabric impregnated with 2-60% by weight of a hydrophilic, non-film-forming, thermosetting impregnating agent during drying, characterized in that the at least one impregnated hydrophilic layer has a droplet sinking time of at most 20 seconds having the hydrophilic saturant selected from a group of resins comprising phenolic resin, epoxy resin, melamine-formaldehyde resin, urea-formaldehyde resin, or a mixture of one or more of these resins, such that the hydrophilic saturant after cure for 10 min at 165 ° C Contact angle with water of not more than 50 ° immediately measured and measured at most 45 ° after 2 minutes, and that the hydrophilic impregnating agent is selected such that the

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Filtermedium sowie ein Filterelement zur Trennung einer wässrigen Flüssigkeit von einer nicht wässrigen Flüssigkeit eines Flüssigkeitsgemisches, insbesondere zur vollständigen Abtrennung von Wasser aus Kraftstoffen und Ölen.The invention relates to a filter medium and a filter element for separating an aqueous liquid from a non-aqueous liquid of a liquid mixture, in particular for the complete separation of water from fuels and oils.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Zur Reinigung sowohl von Schmierflüssigkeiten und Kraftstoffen für Verbrennungsmotoren wie z. B. Diesel- und Benzinmotoren für Kraftfahrzeuge aller Art, als auch zur Reinigung von Hydraulikölen werden üblicherweise Öl-, Kraftstoff- und Hydraulikfiltermedien und daraus hergestellte Filterelemente eingesetzt. Neben der Abtrennung von festen Partikeln aus dem Flüssigkeitsstrom haben diese Filtermedien oft die Aufgabe, gleichzeitig auch das in diesen Flüssigkeiten vorhandene Wasser möglichst vollständig abzuscheiden. Einerseits steht z. B. bei modernen Kraftfahrzeugen durch die zunehmende Anzahl von Aggregaten im Motorraum immer weniger Platz für die benötigten Filterelemente zur Verfügung, andererseits steigen aber auch die Anforderung hinsichtlich Einsatzdauer und Abscheideleistung laufend an. So fordern z. B. moderne Dieselmotoren von Personen- und Lastkraftwagen immer höhere Einspritzdrücke zur optimalen Verbrennung des Kraftstoffs. Die jetzigen Dieselmotoren arbeiten mit einem Einspritzdruck von ca. 2000 bar. Für die nächste Motorengeneration sind bereits Drücke bis zu 3000 bar im Gespräch. Bei diesen Drücken führen auch kleinste Wassertropfen im Kraftstoff innerhalb kurzer Zeit zu Schäden im Einspritzsystem, insbesondere in den Kraftstoffpumpen und Einspritzdüsen. Ähnlich ist die Situation bei Flugzeugmotoren, in denen geringe Mengen von Wasser ebenfalls zu erheblichen Schäden führen können.For cleaning both lubricating fluids and fuels for internal combustion engines such. As diesel and gasoline engines for motor vehicles of all kinds, as well as for the purification of hydraulic oils usually oil, fuel and hydraulic filter media and filter elements made therefrom are used. In addition to the separation of solid particles from the liquid flow, these filter media often have the task of at the same time as completely as possible to separate the water present in these liquids. On the one hand is z. B. in modern motor vehicles by the increasing number of units in the engine compartment less and less space for the required filter elements available, but on the other hand, but also increase the requirement for service life and separation efficiency continuously. So z. B. modern diesel engines of passenger cars and trucks ever higher injection pressures for optimum combustion of the fuel. The current diesel engines work with an injection pressure of approx. 2000 bar. Pressures up to 3000 bar are already being discussed for the next generation of engines. At these pressures, even the smallest drops of water in the fuel within a short time lead to damage in the injection system, especially in the fuel pumps and injectors. The situation is similar in aircraft engines, where small amounts of water can also cause significant damage.

Zur Entfernung des Wassers aus Kraftstoffen und ölen sind in den letzten Jahren im Wesentlichen zwei unterschiedliche Systeme entstanden. Das eine System bindet das Wasser mittels starker Absorptionsmittel und entfernt es so aus dem Flüssigkeitsstrom, während das zweite System die fein verteilten Wassertropfen durch unterschiedliche Methoden zu großen Tropfen zusammenführt und diese dann z. B. durch Schwerkraft ausscheidet.Essentially two different systems have emerged in recent years for removing water from fuels and oils. The one system binds the water by means of strong absorbents and removes it from the liquid flow, while the second system merges the finely divided water droplets by different methods to large drops and then z. B. excretes by gravity.

In der Druckschrift EP 301 139 A1 wird z. B. ein Element beschrieben, das aus mehreren Filtrationsschichten aufgebaut ist. Mindestens eine Schicht besteht aus einem Material, das Wasser absorbiert, Kraftstoff jedoch hindurch lässt. Dabei quillt das Material auf und unterbindet den Flüssigkeitsdurchfluss sobald es mit Wasser gesättigt ist. Dies führt dann zum Ausfall des Motors, was zwar den Motor vor Beschädigungen schützt, im Falle eines Fahrzeugmotors jedoch unerwünscht und im Falle eines Flugzeugmotors sogar gefährlich ist.In the publication EP 301 139 A1 is z. B. describes an element that is composed of several filtration layers. At least one layer is made of a material that absorbs water but allows fuel to pass through. The material swells and stops the flow of liquid as soon as it is saturated with water. This then leads to the failure of the engine, which protects the engine from damage, in the case of a vehicle engine, however, undesirable and even dangerous in the case of an aircraft engine.

Aus der EP 0 498 002 A1 ist ein Filtermedium gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Dort ist in allgemeiner Weise beschrieben, dass Meltblown-Vliese je nach zu filtrierendem Medium hydrophil, hydrophob oder oliophob eingestellt werden können, wobei als Imprägnierungsmittel Phenolharze verwendet werden und eine Hydrophilierung durch Zugabe lösungsmittellöslicher Tenside erreicht werden kann.From the EP 0 498 002 A1 a filter medium according to the preamble of claim 1 is known. There is described in a general way that meltblown nonwovens can be adjusted depending on the medium to be filtered hydrophilic, hydrophobic or oliophobic, being used as an impregnating agent phenolic resins and hydrophilization can be achieved by the addition of solvent-soluble surfactants.

Das Patent US 4.507,204 A erzielt zwar durch dimensionsstabilere Absorptionsfasern eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit und eine Verlängerung der Lebensdauer des Filters, löst aber nicht das Problem der Durchflussverringerung bei zunehmender Quellung der Fasern.The patent US 4,507,204 A Although, with more dimensionally stable absorbent fibers, it improves uniformity and extends the life of the filter, it does not solve the problem of flow reduction with increasing swelling of the fibers.

Daher wurden Anstrengungen unternommen, das Wasser nicht zu binden, sondern in große Tropfen zu überführen und über die Schwerkraft laufend auszuscheiden.Efforts have therefore been made not to bind the water, but to transfer it into large droplets and continuously eliminate them by gravity.

Eine Methode dabei ist, das Öl-Wasser- bzw. Kraftstoff-Wasser-Gemisch durch ein Filtermittel durchzuleiten, das zwar für das Öl bzw. den Kraftstoff durchlässig ist, jedoch nicht für Wasser. Dadurch sammeln sich an der angeströmten Oberfläche des Filtermittels Wassertropfen, die sich mit der Zeit vergrößern und über die Schwerkraft nach unten in einen Wassersammler fließen. Die Offenlegungsschrift DE 29 18 216 A beschreibt ein solches Filtermaterial beispielhaft. Um das Wasser möglichst vollständig abzutrennen, muss der Porendurchmesser des Filtermaterials möglichst klein sein, da die wasserabweisenden Oberflächen des Filtermaterials keine besonders gute Zusammenballung von kleinen Tropfen zu großen Tropfen bewirken. Je kleiner jedoch der Porendurchmesser ist, desto geringer wird die Durchflussgeschwindigkeit bei einer bestimmten Druckdifferenz. Oft sind dem Öl bzw. Kraftstoff auch noch Zuschlagsstoffe in Form von Tensiden zugemischt, die die Oberflächenspannung des Wassers deutlich herabsetzen und somit die Sperrwirkung des Filtermaterials gegenüber Wasser teilweise aufheben.One method is to pass the oil-water or fuel-water mixture through a filter medium, which is permeable to the oil or the fuel, but not for water. As a result, water droplets accumulate on the surface of the filter medium, which increase over time and flow downwards by gravity into a water collector. The publication DE 29 18 216 A describes such a filter material by way of example. In order to separate the water as completely as possible, the pore diameter of the filter material must be as small as possible, since the water-repellent surfaces of the filter material do not cause particularly good agglomeration of small droplets into large droplets. However, the smaller the pore diameter, the lower the flow rate at a certain pressure difference. Often, the oil or fuel also additives in the form of surfactants are added, which significantly reduce the surface tension of the water and thus partially cancel the blocking effect of the filter material to water.

Je größer die im Filtermaterial erzeugten Wassertropfen sind, desto leichter und vollständiger ist deren Abscheidung. Daher werden meist mehrere Lagen unterschiedlicher Filtermaterialien verwendet. Die erste Lage ist so beschaffen, dass sie leicht vom Wasser benetzt wird, für das Öl bzw. den Kraftstoff jedoch leicht durchlässig ist. Dadurch werden die kleinen Wassertropfen zunächst an der ersten Lage festgehalten und mit weiteren Tröpfchen zu einem großen Tropfen vereint. Dieser wird dann, wenn er eine bestimmte Größe erreicht hat, mit dem Flüssigkeitsstrom mitgerissen und an einer zweiten Filterlage, die für Wasser undurchlässig ist, Öl und Kraftstoff jedoch passieren lässt, abgeschieden. Ein sehr gutes Material für die erste Filterlage sind Glasfasern. The larger the drops of water produced in the filter material, the easier and more complete is their deposition. Therefore, multiple layers of different filter materials are usually used. The first layer is designed so that it is easily wetted by water, but the oil or fuel is slightly permeable. As a result, the small drops of water are first held on the first layer and combined with other droplets to form a large drop. This is when it has reached a certain size, entrained with the liquid flow and on a second filter layer, which is impermeable to water, but oil and fuel pass, deposited. A very good material for the first filter layer are glass fibers.

Allerdings haben sie den Nachteil, dass sie leicht zerbrechen und Bruchstücke in den Flüssigkeitsstrom gelangen können. Hier verursachen sie dann durch ihre Härte Schäden am Fördersystem und am Motor. US 2,918,173 A beschreibt beispielhaft ein Koaleszerfilter mit Glasfasern. Eine weitere Methode zu Herstellung einer leicht mit Wasser benetzbaren Filterlage ist die Imprägnierung von Filterpapier mit einer hydrophilen Polymerdispersion, z. B. mit einer Acrylatdispersion. Polymerdispersionen haben von Haus aus genügend Tenside und polare Gruppen, um die Filterlage hydrophil zu machen. Nachteil dieser Imprägniermittel ist aber, dass sich die Tenside mit der Zeit auswaschen lassen und die Benetzbarkeit der Filterlage mit Wasser nachlässt. Außerdem sind alle Polymerdispersionen sehr gute Filmbildner, d. h. sie bilden beim Imprägnieren und anschließenden Trocknen einen stabilen Polymerfilm über einem großen Teil der Poren. Filterpapiere, die mit Polymerdispersionen imprägniert werden, nehmen daher stark in ihrer Durchlässigkeit für Fluide ab. Ein weiterer Nachteil von Filterpapieren, die mit Polymerdispersionen imprägniert sind, ist ihre geringe Nasssteifigkeit. Polymerdispersionen quellen meist beim Kontakt mit Wasser und werden dann weich. Eine hohe Nasssteifigkeit ist aber für die Funktion des Filters wichtig, damit das gefaltete Medium im Element auch im nassen Zustand nicht seine Form und somit seine Filtrationseigenschaften verliert.However, they have the disadvantage that they can break easily and fragments can get into the liquid flow. Here they cause damage to the conveyor system and the engine due to their hardness. US 2,918,173 A describes by way of example a coalescer filter with glass fibers. Another method for producing a slightly wettable with water filter layer is the impregnation of filter paper with a hydrophilic polymer dispersion, eg. B. with an acrylate dispersion. Polymer dispersions inherently have sufficient surfactants and polar groups to render the filter layer hydrophilic. The disadvantage of these impregnating agents, however, is that the surfactants can be washed out over time and the wettability of the filter layer with water decreases. In addition, all polymer dispersions are very good film formers, ie they form a stable polymer film over a large part of the pores during impregnation and subsequent drying. Filter papers which are impregnated with polymer dispersions therefore decrease greatly in their permeability to fluids. Another disadvantage of filter papers impregnated with polymer dispersions is their low wet stiffness. Polymer dispersions usually swell on contact with water and then soften. However, a high wet stiffness is important for the function of the filter, so that the folded medium does not lose its shape and thus its filtration properties in the element even when wet.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein glasfaserfreies Filtermedium und ein Filterelement zur Verfügung zu stellen, das es insbesondere ermöglicht, Wasser aus Kraftstoff und Ölen möglichst vollständig zu entfernen und das die oben beschriebenen Nachteile nicht hat.Object of the present invention is therefore to provide a glass fiber-free filter medium and a filter element available, which in particular allows water from fuel and oils as completely as possible to remove and does not have the disadvantages described above.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by the features of claim 1 and 9. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Detailierte Beschreibung der Erfindung, AusführungsbeispieleDetailed description of the invention, embodiments

Das erfindungsgemäße Filtermedium besteht aus einem porösen Flächengebilde mit einer Luftdurchlässigkeit von 2–1000 l/m2s und einer Flächenmasse von 20–300 g/m2, das mit einem duroplastisch aushärtbaren, hydrophilen Harz imprägniert ist. Der Gehalt an Imprägniermittel im erfindungsgemäßen Filtermedium beträgt 5–60 Gew.%. Das duroplastisch aushärtbare Harz stammt aus der Gruppe der Phenolharze, Epoxidharze, Melamin-Formaldehydharze und/oder Harnstoff-Formaldehyd-Harze und hat im ausgehärteten Zustand einen Kontaktwinkel gemessen mit destilliertem Wasser von höchstens 50° sofort und höchstens 45° nach 2 min, und im ungehärteten aber getrockneten Zustand vorzugsweise von höchstens 40° sofort und von höchstens 35° nach 2 min.The filter medium according to the invention consists of a porous sheet with an air permeability of 2-1000 l / m 2 s and a basis weight of 20-300 g / m 2 , which is impregnated with a thermosetting curable, hydrophilic resin. The content of impregnating agent in the filter medium according to the invention is 5-60 wt.%. The thermoset curable resin comes from the group of phenolic resins, epoxy resins, melamine-formaldehyde resins and / or urea-formaldehyde resins and in the cured state has a contact angle measured with distilled water of at most 50 ° immediately and at most 45 ° after 2 min, and in uncured but dried state preferably of at most 40 ° immediately and not more than 35 ° after 2 min.

Als poröses Flächengebilde kommen die in der Filtration üblichen Materialien zum Einsatz, wie z. B. Papiere aus reiner Zellulose, Papiere aus einer Mischung aus Zellulose und synthetischen Stapelfasern, nassgelegte Vliese aus synthetischen Stapelfasern, trockengelegte Vliese aus Stapelfasern, Vliese aus endlosen Synthesefasern, Filze und Schäume.As a porous sheet materials commonly used in filtration materials are used, such as. Pure cellulose papers, cellulosic and synthetic staple fiber papers, synthetic staple fiber wet laid webs, staple fiber laid webs, endless synthetic fiber webs, felts and foams.

Als Synthesefasern kommen z. B. Polyesterfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern, Polycarbonatfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyphenylensulfidfasern, Polyvinylalkoholfasern, Mehrkomponentenfasern, Lyocellfasern oder Viskosefasern in Frage. Die Länge und Dicke der Fasern richtet sich nach den geforderten Eigenschaften des Mediums und wird vom Fachmann je nach Anforderung ausgewählt.As synthetic fibers z. As polyester fibers, polypropylene fibers, polyamide fibers, polycarbonate fibers, polyacrylonitrile fibers, Polyphenylensulfidfasern, polyvinyl alcohol fibers, multi-component fibers, lyocell fibers or viscose fibers in question. The length and thickness of the fibers depends on the required properties of the medium and is selected by the skilled person as required.

Intensive Untersuchungen waren nötig, um das geeignete Imprägniermittel für das erfindungsgemäße Filtermedium zu finden. Phenolharze und Epoxidharze sind für die Imprägnierung von Filtermaterialien schon lange bekannt. Allerdings sind die üblicherweise verwendeten Harze nach dem Härten nicht mehr hydrophil. Stark hydrophile Phenolharze haben den Nachteil, dass die mit ihnen imprägnierten Filtermedien nur mehr eine sehr geringe Nasssteifigkeit aufweisen. Nach umfangreichen Untersuchungen stellte sich heraus, dass die für das erfindungsgemäße Filtermedium geeigneten Imprägniermittel folgende Eigenschaften erfüllen müssen: das Imprägniermittel darf beim Trocknen keinen Film bilden, muss aber härtbar sein. Der Kontaktwinkel des gehärteten Imprägniermittels darf höchsten 50° sofort und höchstens 45° nach 2 Minuten gemessen betragen. Ferner darf das gehärtete Imprägniermittel nach 24 h Wassereinlagerung nicht mehr quellen oder erweichen als ein Film aus einem Standardharz. Unter einem Standardharz ist ein für die Imprägnierung von Filtermaterialien üblicherweise verwendetes und bewährtes Phenol-Resol-Harz wie z. B. Prefere 94 3195 der Fa. Dynea zu verstehen. Überraschenderweise hat sich bei den Untersuchungen jedoch herausgestellt, dass der Kontaktwinkel alleine nicht ausreicht, um eine Imprägniermittelauswahl für das erfindungsgemäße Filtermedium zu treffen. Zusätzlich zum Kontaktwinkel ist es wichtig, dass es einem Wassertopfen möglich ist, Dieselkraftstoff auf einem gehärteten Imprägniermittelfilm zu verdrängen. Diese Eigenschaft, die beim erfindungsgemäßen Filtermedium die Bildung großer Wassertropfen bewirkt, korreliert nicht immer mit dem Kontaktwinkel.Intensive investigations were necessary in order to find the suitable impregnating agent for the filter medium according to the invention. Phenolic resins and epoxy resins have long been known for the impregnation of filter materials. However, the resins commonly used are no longer hydrophilic after curing. Highly hydrophilic phenolic resins have the disadvantage that the filter media impregnated with them only have a very low wet stiffness. After extensive investigations, it has been found that the impregnating agents suitable for the filter medium according to the invention have the following properties: The impregnating agent must not form a film during drying, but must be curable. The contact angle of the hardened impregnating agent shall not exceed 50 ° immediately and not more than 45 ° after 2 minutes. Further, after 24 hours of water retention, the cured impregnant must not swell or soften as a film of a standard resin. Under a standard resin is a commonly used for the impregnation of filter materials and proven phenol Resol resin such. B. Prefere 94 3195 Fa. Dynea to understand. Surprisingly, however, it has been found in the investigations that the contact angle alone is not sufficient to make an impregnating agent selection for the filter medium according to the invention. In addition to the contact angle, it is important that a water plug be able to displace diesel fuel on a cured impregnant film. This property, which causes the formation of large drops of water in the filter medium according to the invention, does not always correlate with the contact angle.

Aus der anfangs großen Auswahl von Imprägniermitteln haben sich nur Phenolharze, Epoxidharze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Formaldehydharze sowie Mischungen daraus als geeignet erwiesen. Diese Harze sind aber auch nur dann geeignet, wenn sie die genannten Anforderungen hinsichtlich Kontaktwinkel, Verdrängung des Dieselkraftstoffs und Wassereinlagerung erfüllen. Die erfindungsgemäßen Filtermedien haben im Vergleich zu gleichen Filtermedien, die jedoch mit einem üblichen, nicht hydrophilen Phenolharz imprägniert wurden, die gleiche Nasssteifigkeit nach Schlenker und den gleichen Berstdruck nach Mullen. Sie unterscheiden sich jedoch deutlich in der Tropfeneinsinkzeit. Die Tropfeneinsinkzeit wird bei imprägnierten porösen Medien an Stelle des Kontaktwinkels zur Charakterisierung verwendet, da sich auf porösen Untergründen die Kontaktwinkel nicht verlässlich bestimmen lassen. Die erfindungsgemäßen Filtermedien haben eine Tropfeneinsinkzeit nach AATCC 18 von höchstens 20 s, bevorzugt von höchstens 15 s und besonders bevorzugt von < 10 s. Vergleichbare Filtermedien mit nicht hydrophilem Phenolharz imprägniert haben eine Tropfeneinsinkzeit von 5 Min und mehr.From the initially wide range of impregnating agents, only phenolic resins, epoxy resins, melamine-formaldehyde resins, urea-formaldehyde resins and mixtures thereof have proven suitable. However, these resins are only suitable if they meet the requirements mentioned in terms of contact angle, displacement of the diesel fuel and water retention. The filter media according to the invention have the same wet stiffness according to Schlenker and the same Mullen bursting pressure in comparison with the same filter media but which have been impregnated with a customary, non-hydrophilic phenolic resin. However, they differ significantly in the drop-in time. The droplet sinking time is used in the case of impregnated porous media instead of the contact angle for characterization, since the contact angles can not be reliably determined on porous substrates. The filter media according to the invention have a droplet sinking time according to AATCC 18 of at most 20 s, preferably of at most 15 s and particularly preferably of <10 s. Comparable filter media impregnated with non-hydrophilic phenolic resin have a drop inink time of 5 min and more.

Das Vermögen, Dieselkraftstoff aus einem dieselgetränkten Medium mit Wasser zu verdrängen, ist zwischen dem erfindungsgemäßen Medium und einem vergleichbaren Medium, das mit einem nicht hydrophilen Phenolharz imprägniert wurde, deutlich unterschiedlich. Im erfindungsgemäßen Medium unterwandert der Wassertropfen den Dieselkraftstofffilm und verdrängt ihn vom Medium, während der Wassertropfen auf dem Vergleichsmedium den Dieselkraftstoff nicht verdrängen kann, sondern auf der Medienoberfläche stehen bleibt. Dadurch, dass Wasser im erfindungsgemäßen Filtermedium den Dieselkraftstoff von der Faseroberfläche verdrängen kann und sich selbst gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt, bleibt Wasser so lange auf und im erfindungsgemäßen Filtermedium gebunden, bis sich über das Sammeln von weiterem Wasser aus der zu reinigenden Flüssigkeit große Tropfen gebildet haben. Diese Tropfen werden dann durch das erfindungsgemäße Medium mit dem Flüssigkeitsstrom durchgedrückt und auf der Gegenseite über Schwerkraft abgeschieden. Zur besseren Abscheidung kann nachfolgend noch eine hydrophobe Filterschicht angebracht sein, an der entlang die Tropfen herunterlaufen, während die nun wasserfreie Flüssigkeit durch sie hindurch fließt. Die hydrophobe Filterschicht kann durch einen geeigneten Abstandshalter wie z. B. ein Gitter von dem erfindungsgemäßen Filtermedium getrennt sein. Dadurch, dass sich die mechanischen Eigenschaften wie z. B. Berstdruck, Nasssteifigkeit, Luftdurchlässigkeit des erfindungsgemäßen Filtermediums nicht von einem vergleichbaren Medium, das mit einem nicht hydrophilen Standardharz imprägniert wurde, unterscheiden, kann es wie bei der Filterherstellung verarbeitet werden. Das erfindungsgemäße Filtermedium kann auf den üblichen Maschinen gefaltet, geprägt, gewellt, rilliert, usw. werden.The ability to displace diesel fuel from a diesel soaked medium with water is significantly different between the inventive medium and a comparable medium impregnated with a non-hydrophilic phenolic resin. In the medium according to the invention, the water droplet infiltrates the diesel fuel film and displaces it from the medium, while the water droplet on the comparison medium can not displace the diesel fuel, but remains on the media surface. Due to the fact that water in the filter medium according to the invention can displace the diesel fuel from the fiber surface and distribute itself evenly on the surface, water remains bound on and in the filter medium according to the invention until large drops form via the collection of further water from the liquid to be cleaned to have. These drops are then pressed through the medium according to the invention with the liquid flow and deposited on the opposite side by gravity. For a better separation, a hydrophobic filter layer can be subsequently applied, along which the drops run down, while the now anhydrous liquid flows through them. The hydrophobic filter layer may be replaced by a suitable spacer such. B. a grid be separated from the filter medium according to the invention. Due to the fact that the mechanical properties such. As bursting pressure, wet stiffness, air permeability of the filter medium according to the invention is not different from a comparable medium which has been impregnated with a non-hydrophilic standard resin, it can be processed as in the filter production. The filter medium of the invention can be folded on the usual machines, embossed, corrugated, grooved, etc.

Das erfindungsgemäße Filtermedium kann für sich allein oder in Kombination mit anderen Medien wie z. B. Papier, Synthesevliese, Membranen, Schäume, Gitter usw. eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind dabei Kombinationen des erfindungsgemäßen Filtermediums mit Medien, deren Faserdurchmesser weniger als 5 μm beträgt. Die Reihenfolge der einzelnen Medien in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen richtet sich nach den Anforderungen an den Gesamtverbund und wird vom Fachmann entsprechend festgelegt. Die Verbindung zwischen dem Träger und dem erfindungsgemäßen Filtermedium kann durch die üblichen Verbindungstechniken wie z. B. Kleben, Ultraschallverschweißen oder thermischem Verschweißen geschehen.The filter medium according to the invention can be used alone or in combination with other media such. As paper, synthetic mats, membranes, foams, lattices, etc. are used. Particularly preferred are combinations of the filter medium according to the invention with media whose fiber diameter is less than 5 microns. The order of the individual media as seen in the direction of flow of the liquid depends on the requirements of the overall composite and is determined accordingly by the expert. The connection between the carrier and the filter medium according to the invention can by conventional joining techniques such. As bonding, ultrasonic welding or thermal welding happen.

Beschreibung der Prüfmethoden:Description of the test methods:

Bis auf die Messung des Kontaktwinkels im ungehärteten Zustand wurde sowohl der Imprägniermittelfilm als auch das erfindungsgemäße Filtermedium vor der Prüfung 10 min. bei 165°C gehärtet. Anschließend wurden die Prüflinge nach DIN EN ISO 20187 klimatisiert.Except for the measurement of the contact angle in the uncured state, both the impregnating agent film and the filter medium according to the invention before the test for 10 min. cured at 165 ° C. Subsequently, the specimens were conditioned according to DIN EN ISO 20187.

Kontaktwinkelmessungen Contact angle measurements

Als Kontaktwinkel wird der Winkel bezeichnet, den der Rand eines Flüssigkeitstropfens auf der Oberfläche eines Feststoffes zu dieser Oberfläche bildet. Je geringer der Kontaktwinkel ist, desto stärker wird der Feststoff durch die Flüssigkeit benetzt. Wird Wasser als Testflüssigkeit verwendet, so bezeichnet man den Feststoff als umso hydrophiler, je kleiner der Kontaktwinkel ist.The contact angle is the angle formed by the edge of a drop of liquid on the surface of a solid to this surface. The lower the contact angle, the more the solid is wetted by the liquid. If water is used as the test liquid, then the smaller the contact angle, the more hydrophilic the solid is.

Für die Messungen nach der vorliegenden Lehre wurde als Testflüssigkeit destilliertes Wasser verwendet. Der Festkörper, an dem der Kontaktwinkel gemessen wurde, war ein geschlossener, glatter und trockener Film der zu prüfenden Imprägnierung. Sowohl das destillierte Wasser als auch die zu prüfenden Imprägniermittelfilme wurden vor der Messung 24 h lang bei im Normklima nach DIN EN ISO 20187 gelagert. Gemessen wurde mit einem Krüss Kontaktwinkelmessgerät G1. Verwendet wurde die direkte Messung, deren Durchführung in der Bedienungsanleitung dieses Gerätes beschrieben ist.
Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237
Berstfestigkeit nach Mullen nach DIN EN ISO 2758
Flächenbezogene Masse nach DIN EN ISO 536
Biegesteifigkeit nass nach Schlenker nach DIN 53864
Tropfeneinsinkzeit mit destilliertem Wasser nach AATCC 18 (American Association of Textil Chemists and Colorists)For the measurements of the present teaching, distilled water was used as the test liquid. The solid on which the contact angle was measured was a closed, smooth and dry film of the impregnation to be tested. Both the distilled water and the impregnating agent films to be tested were stored for 24 h at standard climate in accordance with DIN EN ISO 20187 before the measurement. The measurements were carried out with a Krüss contact angle gauge G1. The direct measurement was used, the implementation of which is described in the operating instructions of this device.
Air permeability according to DIN EN ISO 9237
Bursting strength according to Mullen according to DIN EN ISO 2758
Areal mass according to DIN EN ISO 536
Bending stiffness wet according to Schlenker according to DIN 53864
Drop-in time with distilled water according to AATCC 18 (American Association of Textile Chemists and Colorists)

Wassereinlagerung:Water retention:

Ein Film des gehärteten hydrophilen Imprägniermittels wird 24 h lang bei Raumtemperatur in destilliertes Wasser gelegt. Anschließend werden die Trübung und die Weichheit des Filmes mit der eines gleich behandelten Films eines Standardharzes verglichen.A film of the cured hydrophilic saturant is placed in distilled water at room temperature for 24 hours. Subsequently, the haze and softness of the film are compared with that of a like-treated film of a standard resin.

Beispiel 1example 1

Papier mit einer Flächenmasse von 100 g/m2 und einer Luftdurchlässigkeit von 880 l/m2s wurde auf einer Schrägsiebpapiermaschine hergestellt, auf dem Laborfoulard imprägniert und im Umlufttrockenofen 10 min bei 165 C getrocknet. Die Imprägnierung erfolgte mit einem hydrophilen Phenolresolharz Typ EXP 3E 2013 A2 der Fa. Dynea. Der Gehalt an Imprägniermittel betrug 20,4 Gew.% bezogen auf das imprägnierte Medium. An diesem Medium wurde dann die Tropfeneinsinkzeit, der Berstdruck, die Luftdurchlässigkeit, die Flächenmasse und die Biegesteifigkeit nass gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.Paper with a basis weight of 100 g / m 2 and an air permeability of 880 l / m 2 s was prepared on a Schrägsiebpapiermaschine, impregnated on the laboratory foulard and dried in a convection oven for 10 min at 165 C. The impregnation was carried out with a hydrophilic phenolic resole resin type EXP 3E 2013 A2 from Dynea. The content of impregnating agent was 20.4% by weight, based on the impregnated medium. The droplet sinking time, the bursting pressure, the air permeability, the basis weight and the bending stiffness were then measured wet on this medium. The results are shown in Table 1.

VergleichsbeispielComparative example

Papier aus Beispiel 1 wurde unter gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 mit einem Standard-Phenol-Resolharz des Typs Prefere 94 3195 von Dynea imprägniert. Der Gehalt an Imprägniermittel betrug 20,7 Gew.% bezogen auf das imprägnierte Medium. An diesem Medium wurde dann die Tropfeneinsinkzeit, der Berstdruck, die Luftdurchlässigkeit, die flächenbezogene Masse und die Biegesteifigkeit nass gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.Paper from example 1 was impregnated under the same conditions as in example 1 with a standard Phenol Resol resin of the type Prefere 94 3195 from Dynea. The content of impregnating agent was 20.7% by weight, based on the impregnated medium. The droplet sinking time, bursting pressure, air permeability, areal mass and bending stiffness were then measured wet on this medium. The results are shown in Table 1.

Tabelle 1 Prüfmerkmal Beispiel 1 (Erfindung) Vergleichsbeispiel flächenbezogene Masse [g/m2] 124 124 Luftdurchlässigkeit [l/m2s] 860 865 Berstdruck [kPa] 396 354 Biegesteifigkeit nass längs 10,2 [cNcm2] 9,8 [cNcm2] Tropfeneinsinkzeit mit destilliertem Wasser [s] Sofort > 5 min Verdrängung von Dieselkraftstoff durch Wasser ja nein Table 1 Test item Example 1 (Invention) Comparative example basis weight [g / m 2 ] 124 124 Air permeability [l / m 2 s] 860 865 Burst pressure [kPa] 396 354 Bending stiffness wet longitudinally 10.2 [cNcm 2 ] 9.8 [cNcm 2 ] Drop-in time with distilled water [s] Immediately > 5 min Displacement of diesel fuel by water Yes No

Claims (14)

Ein- oder mehrlagiges Filtermedium zur Trennung einer wässrigen Flüssigkeit von einer nicht wässrigen Flüssigkeit eines Flüssigkeitsgemisches, mit mindestens einer imprägnierten hydrophilen Lage, wobei die mindestens eine imprägnierte hydrophile Lage eine Flächenmasse von 20–300 g/m2 und eine Luftdurchlässigkeit von 2–1000 l/m2s hat und aus einem porösen Flächengebilde besteht, das mit 2–60 Gew.% eines hydrophilen, während des Trocknens nicht filmbildenden, duroplastisch härtenden Imprägniermittel imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine imprägnierte hydrophile Lage eine Tropfeneinsinkzeit für Wasser von höchstens 20 s besitzt, dass das hydrophile Imprägniermittel aus einer Gruppe von Harzen ausgewählt ist, die Phenolharz, Epoxidharz, Melamin-Formaldehyd-Harz, Harnstoff-Formaldehyd-Harz oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Harze umfasst, derart, dass das hydrophile Imprägniermittel nach Härtung für 10 min bei 165°C einen Kontaktwinkel mit Wasser von höchstens 50° sofort gemessen und von höchstens 45° nach 2 Minuten gemessen hat, und dass das hydrophile Imprägniermittel derart ausgewählt ist, dass die wässrige Flüssigkeit des Flüssigkeitsgemisches die nicht wässrige Flüssigkeit von der Oberfläche der hydrophilen Lage verdrängt.Single or multi-layer filter medium for separating an aqueous liquid from a non-aqueous liquid of a liquid mixture, having at least one impregnated hydrophilic layer, wherein the at least one impregnated hydrophilic layer has a basis weight of 20-300 g / m 2 and an air permeability of 2-1000 l / m 2 s and consists of a porous fabric which is impregnated with 2-60% by weight of a hydrophilic, non-film-forming, duroplastic hardening impregnating agent during drying, characterized in that the at least one impregnated hydrophilic layer has a droplet sinking time for water of for a maximum of 20 seconds, the hydrophilic saturant is selected from a group of resins comprising phenolic resin, epoxy resin, melamine-formaldehyde resin, urea-formaldehyde resin, or a mixture of one or more of these resins, such that the hydrophilic saturant after curing for 10 min at 165 ° C measured a contact angle with water of at most 50 ° immediately and measured at most 45 ° after 2 minutes, and that the hydrophilic impregnating agent is selected such that the aqueous liquid of the liquid mixture displaces the non-aqueous liquid from the surface of the hydrophilic layer. Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfeneinsinkzeit kleiner als 15 s, insbesondere kleiner als 10 s, ist.Filter medium according to claim 1, characterized in that the droplet sinking time is less than 15 s, in particular less than 10 s. Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Flächengebilde aus Zellulose oder synthetischen Stapelfasern oder einer Mischung daraus besteht.Filter medium according to claim 1 or 2, characterized in that the porous sheet consists of cellulose or synthetic staple fibers or a mixture thereof. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Flächengebilde aus einem nassgelegten Flächengebilde besteht.Filter medium according to one of claims 1 to 3, characterized in that the porous sheet consists of a wet laid sheet. Filtermedium nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Flächengebilde aus einem trockengelegten Flächengebilde besteht.A filter medium according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the porous sheet consists of a drained sheet. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Flächengebilde aus einem luftgelegten Synthesevlies aus Endlosfasern besteht.Filter medium according to one of claims 1 to 3, characterized in that the porous sheet consists of an air-laid synthetic fleece made of continuous fibers. Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Flächengebilde aus einem Filz oder einem Schaum besteht.Filter medium according to one of claims 1 to 3, characterized in that the porous sheet consists of a felt or a foam. Filtermedium nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine hydrophile Lage zumindestens auf einer Seite mit Fasern belegt ist, die einen Durchmesser kleiner 5 μm haben.Filter medium according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one hydrophilic layer is coated on at least one side with fibers having a diameter smaller than 5 microns. Filterelement zur Flüssigkeitsfiltration mit einem ein- oder mehrlagigen Filtermedium gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.Filter element for liquid filtration with a single or multi-layer filter medium according to one of claims 1 to 8. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium plissiert ist.Filter element according to claim 9, characterized in that the filter medium is pleated. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium auf einen porösen Kern gewickelt ist.Filter element according to claim 9, characterized in that the filter medium is wound on a porous core. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium gewellt ist.Filter element according to claim 9, characterized in that the filter medium is corrugated. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium rilliert ist.Filter element according to claim 9, characterized in that the filter medium is grooved. Filterelement nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Strömungsrichtung nach dem ein- oder mehrlagigen Filtermedium zusätzlich eine hydrophobe Schicht zur Verbesserung der Wasserabscheidung befindet und diese hydrophobe Schicht vom ein- oder mehrlagigen Filtermedium durch einen Abstandshalter getrennt ist.Filter element according to one of claims 9 to 13, characterized in that in the flow direction after the single or multilayer filter medium additionally a hydrophobic layer to improve the separation of water is and this hydrophobic layer is separated from the single or multilayer filter medium by a spacer.
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