专利名称：耐热和/或化学耐性的过滤元件的制作方法
技术领域：
本发明的主题是一种具有固有稳定性并且是多孔的以允许流体在其中流动的过滤元件，所述过滤元件(a)适于在50-200℃的温度范围内连续使用，(b)和/或具有良好的耐酸性，特征在于所述过滤元件包括含有第一材料颗粒的基本成分；和所述第一材料颗粒由粘合剂粘合在一起，所述粘合剂-在对所述基本成分进行包括加热到粘合温度的处理前，是粒状的第二塑料原料，-在处理温度下进入流动态，-作为热固性塑料材料固化或作为热塑性材料固化。
背景技术：
已知的具有固有稳定性并且是多孔的以允许流体在其中流动的过滤元件由烧结在一起的聚乙烯颗粒构成。在160-180℃的温度下聚乙烯颗粒在其表面变得有粘性，从而已知过滤元件的连续使用温度较低；早在不到80℃时，因为永久塑性变形的原因，就不再适合连续使用。已知的过滤元件没有良好的耐酸性，尤其是当涉及到侵蚀性酸和/或高温酸时。
发明内容
本发明的过滤元件可以以高效且廉价的方式制造，并由产生所述耐温性和/或耐酸性的材料制成。
通过使第一材料颗粒和粒状塑料原料混合，可以方便地使得它们处于能通过加热到粘合温度进行粘合的状态，通常第一材料颗粒和粒状塑料原料引入于一模具中。最迟，当达到接近粘合温度的温度时，粒状塑料原料将变成流动态，并在第一材料颗粒的接触点形成粘合节点，而第一材料颗粒之间的其他空间-任选地除了第一材料颗粒表面上的粘合剂薄膜之外-基本上没有粘合剂。粘合剂可以是热固型或热塑型。当粘合剂固化成热固性塑料材料时，粒状塑料原料是双组分型或单组分型。在大部分情况下，主要由化学反应引起固化，而该反应可能是通过催化促进。当热固性塑料材料利用活化剂时，活化剂以固态形式包含于塑料原料中。在热塑性塑料情况下，经在过滤元件制造过程中冷却而使该材料固化。
对于耐温的过滤元件而言，根据本发明过滤元件的每个实施方式不必适合于50-200℃的整个温度范围。然而，本发明过滤元件的每个耐温实施方式应具有(最大)连续使用温度，例如具体适宜的温度是50-200℃。例如，如果在特定使用环境中使用的消费者想要定购最大连续使用温度为150℃的过滤元件，那么通常适用于该消费者的过滤元件具有比例如另一消费者在另一环境下需求的最大连续使用温度为190℃的过滤元件更简单的结构。后一环境下所用的过滤元件通常比第一种环境下所用的过滤元件制造成本更高。另一方面，在最大连续使用温度方面，正在努力不再提供过多种类型不同的过滤元件。
本发明通过选择相应的材料也提供了具有良好耐酸性的过滤元件。产生良好耐酸性的第一材料颗粒和粒状塑料原料也不必需导致良好的耐温性，反之亦然。特别优选的是耐温性和耐酸性的组合。
使用粒状塑料原料作为粘合剂使得本发明过滤元件的制造过程极为简单。通常在加热炉中加热到粘合温度，然而，利用其他加热方法也是可能的，尤其是通过微波或红外线加热。
重点在于过滤元件的基本成分不必须仅由单一材料的颗粒构成。所述的″第一材料″也可以是几种材料的混合物。除此之外，在此已参考下面将详细讨论的填料和添加剂。有证据表明，由于粘合作用的原因，粘合剂将基本成分的所有组分粘合到一起。
本发明另一个发展方向是优选使用塑料颗粒作为第一材料颗粒。本发明人惊奇地发现，存在可以相互粘合，并使本发明的过滤元件具有耐温性的塑料颗粒。
在本发明范围内，特别优选的是使用一种下述塑料材料作为第一材料塑料颗粒-聚酰胺，尤其是芳族聚酰胺，-聚砜，-聚硫化物，尤其是聚苯硫，-聚酰亚胺，-聚甲基丙烯酸酯，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯。
可以看出，这些塑料材料部分是热塑性材料和部分是热固性材料。
应该指出，粘合温度不必低于特定过滤元件的连续使用温度。例如，确实可以制造例如具有170℃的粘合温度的过滤元件，而过滤元件的连续使用温度为140℃(例如，因为塑料材料的第一材料颗粒能够在短时间内承受170℃)。粘合温度高于连续使用的具体温度的情况通常是在热塑性粘合剂的情况下。然而，在热固性粘合剂情况下，情况经常相反，即粘合温度低于连续使用的具体温度；然而，由于制造技术的原因，理想的是粘合温度尽可能低。当然，粘合温度必须低于基本成分至少在粘合所需的时间内是耐热性的温度。
作为塑料颗粒的选择，在本发明的另一发展方向中，优选的是第一材料颗粒是无机颗粒。在无机颗粒中，玻璃颗粒(尤其是非空心玻璃珠和/或空心玻璃珠)和陶瓷颗粒(尤其是非空心陶瓷珠和/或空心陶瓷珠)是特别优选的。
特别优选的是下述粘合剂-环氧树脂，-酚醛树脂，-聚酯树脂，-三聚氰胺树脂，-硅树脂，-聚氨酯树脂。
热固性塑料是优选的，尽管一些热塑性材料也是适合的。
在上述特别优选的粘合剂中，对于相应的应用，环氧树脂提供最佳的耐温性是最优选的。特别有利的是称作环氧树脂模塑料的那一类。
在寻找作为第一材料颗粒的特别优选的塑料材料以及特别优选的粘合剂的过程中，一方面上述连续使用温度和粘合温度的温度情况是相关的。另一方面，必须注意到粒状初始状态的获得，在粘合温度下到流动态的转变和达到至少足够的初始粘合强度的期间。最后，必须注意良好的耐酸性。
需要强调的是，即使是除了其流入表面上的稍后描述的可能的涂层之外，过滤元件不必须仅由第一材料和粘合剂构成。特别地，可以提供填料和其他添加剂。例如，在第一材料颗粒之间可以有填料颗粒或者″第一材料的颗粒″可以是其中第一材料颗粒(优选塑料或无机颗粒)和填料以混合物存在的颗粒。填料可以是常规填料。填料可以是粒状填料，尤其是矿物填料和/或纤维填料。作为添加剂的一个例子，烟灰用作抗静电荷的添加剂。
本发明的另一个发展方向是在处理后后活化热固性塑料，以得到较高的强度。这尤其可通过化学方法或UV辐射来实现。
第一材料颗粒通常大于作为粘合剂的塑料原料颗粒。关于第一材料的粒径，有人试图在一方面对过滤元件流动的低阻力和另一方面过滤元件的足够强度之间找到有利的平衡。第一材料颗粒的平均尺寸优选范围是50-500μm，特别优选100-350μm。关于作为粘合剂的塑料原料的颗粒，有利的是这些颗粒的平均尺寸可以实现在第一材料颗粒间的精细分布；另一方面，过度小的颗粒难于制造和处理。塑料原料的平均粒径的优选范围是5-50μm，特别优选10-30μm。
在处理时，当第一材料由塑料颗粒组成或构成时，第一材料和作为粘合剂的塑料原料优选重量比为2.3∶1-9.0∶1，特别优选重量比为4∶1-5.6∶1。当第一材料主要由无机颗粒组成或构成时，重量比优选为25∶1-34∶1(非空心颗粒)或相对更低，尤其是3∶1-10∶1(空心颗粒)。通常塑料原料相对较贵，因此有人试图降低其用量。另一方面，第一材料颗粒必须可靠粘合。当第一材料颗粒中存在填料时，填料也包括在上述的第一材料颗粒的重量比范围内。
可能的填料优选是纤维和/或粒状填料。玻璃纤维作为基本成分的填料是特别优选的例子。这些填料用于提高基本成分的耐热性。作为选择，矿物填料是特别优选的例子，例如氧化硅，含钙化合物，氧化铝。
本发明的过滤元件优选在其流入表面上包括比过滤元件(其余的)支撑成分孔径小的涂层。这种涂层起表面过滤作用，从而待利用过滤元件过滤的固体颗粒不能进入过滤元件内部。与未涂覆的过滤元件相比，具有这种涂层的过滤元件能够借助于逆流高压喷射清洗更容易地被清洗。涂层优选由纤维和/或颗粒构成。
通常，在过滤设备中安装有数个本发明的过滤元件，吸风机通常置于过滤元件下游的清洗气体一侧。通常，提供一种用于逆流高压喷射清洗过滤元件的装置。
本发明的过滤元件有效地适用于所有的过滤工作，其中在50-200℃的所述温度内要求任意连续使用的具体温度和/或要求良好耐酸性。连续使用温度的接近范围是80-200℃，100-200℃和120-200℃。对良好耐酸性而言，较为相近的领域是对通常在燃烧气体中存在的酸具有良好耐性的领域。关于特别优选的使用以及因此利用过滤元件的领域，列出下面的一些1.过滤燃烧气体；2.分离产生的产品颗粒，尤其是在-洗涤剂工业的喷雾干燥器，-流化床干燥器，-干燥器，尤其是在食品工业的混合干燥器，-煅烧炉，-热解颗粒生产；3.材料循环，优选用于在催化的流化床反应器中循环催化剂；4.废气清洗，优选地-金属浴器，-金属熔炉，-液态玻璃浴，-熟料冷却器，-用于光波导生产的炉，-食品工业中的烘烤设备，尤其是咖啡烘烤设备；5.过滤液流。
可以看出，这种应用涉及的连续使用温度和/或酸负载明显高于烧结聚乙烯颗粒的常规过滤元件的连续使用温度和/或酸负载。至此，本发明开创了使用塑料颗粒或无机颗粒制造的高度改进的过滤元件的全新使用领域。
通过优化选择第一材料颗粒和作为粘合剂的塑料原料，可以克服在使用过滤元件的许多领域中不断出现的化学负载。在本发明中，特别针对的是对HCl，SO2，HF，H2S的耐性；这些化合物尤其是在发生燃烧过程时出现，而且也在其他工业环境中出现。此外，应该小心避免的情况是-通常不很纯的-在连续使用温度下以蒸汽形式的水对长时间工作的过滤元件具有负作用；除此之外，需要抗水解。
在选择填料和添加剂时，也应注意耐温性和/或化学耐性。
下面通过具体实施方式
更详细地阐明本发明和本发明的特定实施方式。在附图中
图1显示在粘合操作前所处状态的用于制造过滤元件的填充模具的局部截面图；图2显示过滤元件的局部截面图；图3显示在涂覆表面涂层后过滤元件的局部截面图；图4显示另一过滤元件的局部截面图。
图1显示包围模腔4的模具2的局部截面图。模腔4中填充有第一塑料颗粒6(作为第一材料颗粒)和平均尺寸比第一塑料颗粒6小得多的第二塑料颗粒8。第二塑料颗粒8构成作为粘合剂的原料。除此之外，在第一塑料颗粒6之间的空间中可以看见纤维20(通常是长度小于200μm的玻璃纤维)。
图2显示在将模具2加热到粘合温度适当时间后并从打开的模具2取出粗过滤元件10后的状态。在粘合温度时，第二塑料颗粒8变成流动或流体状态，塑料原料在第一塑料颗粒6相互接触或几乎相互接触的位置12聚集。当第二塑料原料是热塑性材料时，塑料原料在位置12熔融并随后固化成粘合剂(经模具内容物的冷却)。当塑料原料是热固性塑料材料的原料时，除在接近于粘合温度的范围之外还发生化学反应和交联。热固性塑料材料在位置12固化。
图3显示在过滤元件10的右手侧(操作时是在流入侧)涂覆有涂层14的状态。涂层14部分包括纤维16(通常是长度小于250μm的玻璃纤维)，部分包括细粒塑料颗粒18(通常是平均尺寸为0.3-30μm的聚四氟乙烯颗粒(聚集体))。纤维16和颗粒18可以如下涂覆先将粘合剂喷射在粗过滤元件10的特定表面上，然后将纤维16和颗粒18吹到上面。或者，也可以先将纤维16和颗粒18吹到上面，然后喷射液体粘合剂。涂层也可以以液体形式涂覆，例如由颗粒和粘合剂的水乳液构成的液体。粘合剂可以是热固性塑料材料，其在室温或高温下固化。
在使用没有纤维的基本成分例如由塑料颗粒和粒状矿物填料颗粒构成的基本成分时，图1-3看起来会有点不同。没有纤维20存在。在第一塑料颗粒6之间，提供有填料颗粒，第一塑料颗粒6和填料颗粒都被相当小的塑料颗粒8包围。通常填料颗粒平均比塑料颗粒6小，并比塑料颗粒6的数量少。
图4与图2相似，即显示在粘合操作后、但在任选的涂覆表面涂层之前的过滤元件状态。在图4中以局部方式显示的过滤元件10包括玻璃珠6的基本成分(代替图1-3实施方式中的第一塑料颗粒6)。玻璃珠6比第一塑料颗粒6更接近于球的形状。在玻璃珠之间的空间中不存在纤维20。在其他方面，条件与图1-3实施方式的那些相似；使用相同的附图标记。
如果使用陶瓷珠代替玻璃珠6，图4没有变化。不论是使用空心珠或非空心珠，图4也相同。
应该指出，图1-4中分别图示出了第一塑料颗粒6或玻璃珠6的相互接触或粘合位置12。第一塑料颗粒6和玻璃珠6分别以接近于“最接近的珠填装”的状态存在。然而，由于图1-4同时是通过第一塑料颗粒6或玻璃珠的截面图，所以许多粘合位置12处于附图平面之上或之下。
以下说明关于本发明过滤元件的材料规格的实施例实施例1将填充有40％玻璃纤维和平均尺寸为300μm的聚苯硫(PPS)(制造商的商品名RYTON GF40)塑料颗粒与环氧树脂(主要成分的制造商的商品名ARDALIT)的细粒塑料原料混合。环氧树脂原料的平均粒径为15μm。混合物由80％填充的PPS和20％环氧树脂组成，所有的百分比都是重量百分比。
将混合物装到模具中。模具在加热炉中逐步加热到100℃达30分钟，使粘合剂流动。环氧树脂塑料原料在约100℃的温度下熔融。按此方式，形成接触结合。随后加热到160℃，保持至少30min使粘合剂交联。粗过滤元件达到最终机械和热稳定性。然后从打开的模具中取出粗过滤元件。当将粗过滤元件置于手中时，可以看到PPS颗粒在接触点被环氧树脂相互粘接。
PPS的最大连续使用温度为180℃，环氧树脂的最大连续使用温度为180℃。过滤元件能够抵抗SO2，H2O，H2S，并对HCl有一定耐性。除此之外，也耐水解。
测量表明，粗过滤元件具有良好的孔隙率以允许流体在其中流动，或具有足够低的流动耐性，在4-点弯曲测试中测量到具有足够的机械强度。密度是935kg/m3。
另外，可以用含30％矿物填料的聚苯硫(PPS)(制造商的商品名RYTON MV30)的塑料颗粒进行实施例。结果十分相似。
此外，应该指出，以粒状形式给出PPS(其中含有填料纤维或粒状填料颗粒的粒状颗粒)，并使用冲击式破碎机在过滤元件的制造设备中研磨，从而得到所述的平均粒径。颗粒是杆状的。这同样也适用于作为粘合剂的塑料原料中，其通过适当的压碎和混合过程与基本成分的材料均质化(参照图1)。
过滤元件可以具有例如扁平盒结构，包括内腔并在四个较小限定区域的一个区域处开口。扁平盒的较大两侧可以按波纹或锯齿方式延展。扁平盒形状的过滤元件通常设计为从外侧向内侧流动，从而在扁平盒的外侧涂覆可能的涂层。过滤装置通常含有多个扁平盒形状的过滤元件，它们以并列的方式安装在用于使过滤装置的清洁空间和过滤装置的流入空间相分离的隔板上。另外，可以具有管状过滤元件，其可能的横截面是空心圆柱或具有按波纹或锯齿方式延展的圆柱壁。
扁平盒过滤元件或管状过滤元件的另一种选择是以圆锥形延展的形状。
实施例2将平均尺寸为250μm的聚砜(PSU)(制造商的商品名RADEL)塑料颗粒与环氧树脂(主要成分是制造商的商品名ARDALIT)的细粒塑料原料混合。环氧树脂原料的平均粒径为15μm。混合物由80％PSU和20％环氧树脂组成，所有的百分比都是重量百分比。
与实施例1不同的，PSU未被填充，即没有玻璃纤维作为填料。
粘合过程以与实施例1中相同的方式进行。过滤元件的最大连续使用温度为180℃，能够抵抗H2S和H2O，对SO2的耐性略微受限，对HCl的耐性受限。除此之外，也耐水解。
测量表明，粗过滤元件具有良好的孔隙率以允许流体在其中流动，或具有足够低的流动耐性，在4-点弯曲测试中测量到具有足够的机械强度。密度是640kg/m3。
实施例3将尺寸为150-300μm的聚酰胺(PA)(制造商的商品名VESTOSINT)塑料颗粒与环氧树脂(主要成分是制造商的商品名ARDALIT)的细粒塑料原料混合。环氧树脂原料的平均粒径为15μm。混合物由79％PA和21％环氧树脂组成，所有的百分比都是重量百分比。
PA未被填充，即没有玻璃纤维作为填料。
形成外径为50mm、内径为32mm的管状过滤元件。
粘合过程以与实施例1中相同的方式进行。过滤元件的最大连续使用温度为130℃，并且在此温度下能够耐H2S、H2O、SO2、HCl和水解。
测量表明，粗过滤元件具有良好的孔隙率以允许流体在其中流动，或具有足够低的流动耐性，在4-点弯曲测试中测量到具有足够的机械强度。密度是983kg/m3。
实施例4将平均尺寸＜300μm的非空心玻璃珠(制造商的商品名SPHERIGLASS 2530)与环氧树脂(主要成分是制造商的商品名ARDALIT)的细粒塑料原料混合。环氧树脂原料的平均粒径为15μm。混合物由97％玻璃珠和3％环氧树脂组成，所有的百分比都是重量百分比。
粘合过程以与实施例1中相同的方式进行。
过滤元件的最大连续使用温度为180℃，并且能够耐SO2、H2O、H2S、HCl和水解。
测量表明，粗过滤元件具有良好的孔隙率以允许流体在其中流动，或具有足够低的流动耐性。机械强度极好，比实施例1和实施例2更好。密度是1630kg/m3。
也可以使用空心玻璃珠或非空心陶瓷珠或空心陶瓷珠进行实施例4。在空心玻璃珠或空心陶瓷珠的情况下，得到的过滤元件密度自然明显低于1630kg/m3；机械强度也有点过低。其他性能基本上未变。
权利要求
1.具有固有稳定性并且是多孔的以允许流体在其中流动的过滤元件，所述过滤元件(a)适于在50-200℃的温度范围内连续使用，(b)和/或具有良好的耐酸性，特征在于所述过滤元件包括含有第一材料颗粒的基本成分；并且所述第一材料颗粒由粘合剂粘合在一起，所述粘合剂-在对所述基本成分进行包括加热到粘合温度的处理前，是粒状塑料原料，-其在处理温度下进入流动态，-作为热固性塑料材料固化或作为热塑性材料固化。
2.如权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述第一材料颗粒是塑料颗粒。
3.如权利要求2所述的过滤元件，其特征在于，将至少一种下述塑料材料用于第一材料塑料颗粒-聚酰胺，尤其是芳族聚酰胺，-聚砜，-聚硫化物，尤其是聚苯硫，-聚酰亚胺，-聚甲基丙烯酸酯，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯。
4.如权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述第一材料颗粒是无机颗粒。
5.如权利要求4所述的过滤元件，其特征在于，所述无机颗粒是玻璃颗粒的形式，优选是实心玻璃珠和/或空心玻璃珠，或陶瓷颗粒的形式，优选实心陶瓷珠和/或空心陶瓷珠。
6.如权利要求1-5任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述粘合剂是-环氧树脂，-酚醛树脂，-聚酯树脂，-三聚氰胺树脂，-硅树脂，或-聚氨酯树脂。
7.如权利要求1-6任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述热固性塑料是在处理后被后活化的。
8.如权利要求1-7任一项所述的过滤元件，其特征在于，用于处理的所述第一材料颗粒的平均尺寸是50-500μm，优选100-350μm。
9.如权利要求1-8任一项所述的过滤元件，其特征在于，用于处理的作为粘合剂的塑料原料颗粒的平均尺寸是5-50μm，优选10-30μm。
10.如权利要求1-9任一项所述的过滤元件，其特征在于，在处理中，含有塑料颗粒的基本成分和作为粘合剂的塑料原料的重量比为2.3∶1-9.0∶1，优选4.0∶1-5.6∶1。
11.如权利要求1-9任一项所述的过滤元件，其特征在于，在处理中，含有非空心玻璃颗粒和/或非空心陶瓷颗粒的基本成分和作为粘合剂的塑料原料的重量比为25∶1-34∶1。
12.如权利要求1-11任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述基本成分包括填料，优选纤维和/或粒状填料。
13.如权利要求1-12任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤元件在其流入表面上包括比过滤元件的支撑成分部分孔径小的涂层。
14.如权利要求13所述的过滤元件，其特征在于，所述涂层由纤维和/或颗粒构成。
15.如权利要求1-14任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤元件适合连续使用的温度是80-200℃，优选100-200℃，最优选120-200℃。
16.如权利要求1-15任一项所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤元件对通常在燃烧气体中产生的酸具有良好的耐性。
17.如权利要求1-16任一项所述的过滤元件的用途，其用于过滤燃烧气体。
18.如权利要求1-16任一项所述的过滤元件的用途，其用于从气流中分离产品，并优选用于-洗涤剂工业的喷雾干燥器，-流化床干燥器，-食品工业的干燥器，-煅烧炉，-热解颗粒生产。
19.如权利要求1-16任一项所述的过滤元件的用途，其用于从气流中循环材料，优选用于在催化的流化床反应器中循环催化剂。
20.如权利要求1-16任一项所述的过滤元件的用途，其用于废气清洗，优选用于-金属浴器，-金属熔炉，-液态玻璃浴，-熟料冷却器，-用于光波导生产的炉，-食品工业中的烘烤设备。
21.如权利要求1-16任一项所述的过滤元件的用途，其用于过滤液流。
全文摘要
本发明提供一种具有固有稳定性并且是多孔的以允许流体在其中流动的过滤元件，所述过滤元件(a)适于在50－200℃的温度范围内连续使用，(b)和/或具有良好的耐酸性，特征在于所述过滤元件包括含有第一材料颗粒的基本成分；并且所述第一材料颗粒由粘合剂粘合在一起，所述粘合剂－在对所述基本成分进行包括加热到粘合温度的处理前，是粒状塑料原料，－其在处理温度下进入流动态，－作为热固性塑料材料固化或作为热塑性材料固化。
文档编号B01D39/20GK1921921SQ200480041434
公开日2007年2月28日 申请日期2004年12月7日 优先权日2003年12月8日
发明者瓦尔特·赫尔丁, 于尔根·贝特克, 斯特凡·哈耶克, 沃尔夫冈·拉伯 申请人:赫尔丁过滤技术有限公司