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  • Faserbasierte Lösungen für die Produkte von Morgen

    www.ptspaper.de

    PTS-Forschungsbericht 12/18 Steuerung spezifischer Anforderungen von Papier-Nassvliesen für die Luftfiltra- tion mittels Wasserstrahlverfestigung (Papier-Nassvliese für Luftfiltration)

    R. Heidenreich, Dr. T. Schulze, F. Gebauer:

    Ansprechpartner

    Franziska Gebauer

    Telefon: 03529-551 697 / 696

    E-Mail: franziska.gebauer@ptspaper.de

  • R. Heidenreich, Dr. T. Schulze, F. Gebauer:

    Steuerung spezifischer Anforderungen von Papier-Nassvliesen für die Luftfiltration mittels Wasser- strahlverfestigung (Papier-Nassvliese für Luftfiltration) PTS-Forschungsbericht 12/18

    Papiertechnische Stiftung (PTS) Pirnaer Straße 37 D – 01809 Heidenau

    www.ptspaper.de

    Download-Information:

    Diese Studie steht auf der Homepage der PTS zum Download bereit: www.ptspaper.de/forschungsda tenbank

    Ansprechpartner:

    Franziska Gebauer Tel. (03529) 551-697 franziska.gebauer@ptspaper.de;

    Ralf Heidenreich Tel. (0351) 4081-720 ralf.heidenreich@ilkdresden.de

    Dr. Thomas Schulze Tel. (03672) 379 241 schulze@titk.de

    Papiertechnische Stiftung PTS, Institut für Zellstoff und Papier IZP Pirnaer Straße 37 01809 Heidenau

    Institut für Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH Bertolt-Brecht-Allee 20 01309 Dresden

    Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. Breitscheidstr. 97 D-07407 Rudolstadt

    Das Forschungsvorhaben IGF 18981BR der kooperierenden AiF- Forschungsvereinigungen Papiertechnische Stiftung (PTS) und ILK und TITK wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt.

    Unser Dank gilt außerdem den beteiligten Firmen für die Probenbe- reitstellung und für die freundliche Unterstützung bei der Projekt- durchführung.

    http://www.ptspaper.de/ http://www.ptspaper.de/forschungsdatenbank http://www.ptspaper.de/forschungsdatenbank mailto:franziska.gebauer@ptspaper.de mailto:ralf.heidenreich@ilkdresden.de mailto:schulze@titk.de

  • 1(35)

    PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 12/18

    STEUERUNG SPEZIFISCHER ANFORDERUNGEN VON PAPIER-NASSVLIESEN FÜR DIE LUFTFILTRATION MITTELS WASSER-STRAHLVERFESTIGUNG

    R. Heidenreich, Dr. T. Schulze, F. Gebauer Inhalt

    1 Zusammenfassung 2

    2 Abstract 3

    3 Einleitung 4

    4 Versuchsdurchführung 7

    5 Entwicklung von funktionalisierten Fibriden und Fasern und deren Risikoabschätzung für die Papierherstellung (vgl. Arbeitspaket 3) 8

    5.1 Papierkompatible Fibride 8

    5.2 Modifizierte cellulosische Fasern 8

    6 Erzeugung von Papier-Nassvliesen im Labormaßstab (vgl. Arbeitspaket 4) 11

    6.1 Bereitstellung und Charakterisierung von funktionalen Fibriden und ausgewählten Faserstoffen 11

    6.2 Erzeugung und Charakterisierung von Papier-Nassvliesen 12

    7 Veränderung von Papier-Nassvlieseigenschaften durch Wasserstrahlbehandlung (vgl. Arbeitspaket 5) 15

    8 Filterkonfektionierung & Prüfung (vgl. Arbeitspaket 6) 17

    9 Upscaling der Herstellung von funktionalisierten Fibriden (vgl. Arbeitspaket 7) 19

    10 Erzeugung von wasserstrahlverfestigten Papier-Nassvliesen im Technikumsmaßstab und deren Charakterisierung (vgl. Arbeitspaket 8) 20

    11 Erzeugung von Demonstratoren & Luftfilterprüfung (vgl. Arbeitspaket 9) 27

    12 Prüfung der Standzeiteigenschaften (vgl. Arbeitspaket 10) 29

    13 Schlussfolgerungen 31

    14 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 32

    Literatur 34

    http://www.ptspaper.de/

  • R. Heidenreich, Dr. T. Schulze, F. Gebauer: Papier-Nassvliese für Luftfiltration 2(35)

    PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 12/18

    1 Zusammenfassung

    Thema Steuerung spezifischer Anforderungen von Papier-Nassvliesen für die Luftfiltrati- on mittels Wasserstrahlverfestigung

    Ziel des Projektes

    Das Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Porosität von Papieren durch Umorientierung der Fasern mittels einer Wasserstrahlverfestigung in der Papier- maschine zu steuern. Diese sollen zu neuartigen und funktionalisierten Papierfil- termedien konfektioniert werden, mittels derer Luftfilter nach dem Tiefenfiltrati- onsprinzip aus nachwachsenden Rohstoffen mit vergleichbaren Gebrauchseigenschaften und Leistungsdaten wie kunststoff- bzw. glasfaserba- sierte Filtermedien erzeugt werden können. Diese neuartigen Luftfiltermedien sollen einen vergleichsweise geringen Druckverlust bei hoher Schichtdicke und Filterwirkung sowie großer Staubspeicherfähigkeit aufweisen.

    Wesentliche Ergebnisse und Schlussfolgerun gen des Projektes

    Die Ergebnisse des Projektes zeigten, dass es möglich ist über eine gesteuerte Rohstoffauswahl, Trocknungsauswahl und definierte Wasserstrahlbehandlung Filtrationsmaterialien zu erzeugen, die mit herkömmlich verwendeten Kunststoff- und Glasfaserfiltern vergleichbar sind. Der Abfall des Druckverlustes konnte infolge der Wasserstrahlbehandlung gesenkt werden. Die Fraktionsabscheide- grade der Papier- Nassvliese lagen in einem sehr zufriedenstellenden Bereich.

    Die Mikrobielle Beständigkeit der Papier-Nassvlies-Filter war durch den Einsatz funktionalisierter Kupfer- und Silber- Fibride sehr gut.

    Es ist somit für die, überwiegend im kmU-Bereich befindlichen, Spezialpapier- und Filterhersteller einen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber Wettbewerbern zu generieren, wenn die neu entwickelten Papier-Nassvliese erzeugt und eingesetzt werden.

    Mit der Nutzung der Wasserstrahltechnologie im Bereich der Siebpartie einer Papiermaschine wird eine neue Technologie eingesetzt, die in diesem Bereich noch nicht zu finden ist. Lediglich im Hygienepapierbereich werden die Verfahren Nassvlieslegung und Wasserstrahlbehandlung industriell genutzt.

    Nach den ersten Rückmeldungen seitens der Projektbegleiter ist davon auszu- gehen, dass sowohl Papierhersteller, als auch Filterhersteller und Anwender großes Interesse an Produkten aus dem entwickelten Material haben. Eine Umsetzung in die Praxis ist in der Folgezeit zum Projekt zu erwarten.

    Diskussionen mit interessierten Firmen und Forschungseinrichtungen zeigten, dass noch weitere Themengebiete aufbauend auf diesem Projekt bearbeitet werden können. Weiterführende Forschungsarbeiten an diesem Gebiet, vor allem hinsichtlich Verbesserung der Eigenschaften für feinste Filtrationszwecke, sind denkbar.

    Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

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  • R. Heidenreich, Dr. T. Schulze, F. Gebauer: Papier-Nassvliese für Luftfiltration 3(35)

    PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 12/18

    2 Abstract

    Theme Controlling specific properties of paper wet laids for air filtration by means of hydro-entanglement.

    Project aims The project aim is to control the porosity of paper by reorienting its fibres through hydro-entanglement in the paper machine. The wet-laid nonwovens will be converted to novel and functionalized paper filter media that can be used to make deep filtration air filters from renewable raw materials and with perfor- mance characteristics and performance data comparable to synthetic- / glass- fibre-based filter media. The novel air filter media should offer high filtration efficiency and dust holding capacity as well as comparatively low pressure losses at high layer thickness.

    Essential results and conclusions of the project

    The results of the project showed that it is possible to produce filtration materials comparable to conventionally used synthetic and glass fiber filters through controlled raw material selection, drying selection and defined hydro- entanglement. The drop in the pressure loss could be lowered due to the hydro- entanglement. The fractional efficiencies of the paper wet laids were in a very satisfactory range.

    The microbial resistance of paper wet-laid filters was very good due to the use of functionalized copper and silver fibrids.

    It is thus possible for the specialty paper and filter manufacturers, which are predominantly in the small and medium-sized enterprise range, to generate an economic advantage over their competitors when the newly developed paper wet-laids are produced and used.

    With the use of the hydro-entanglement in the wire section of the paper machine a new method is apply which is not found in this area. Only during the production of hygienic papers the combination of hydro-entanglement is industrial used.

    After the first feedbacks of the project advisors it could be expected, that paper producers as well as filter manufactures and users have a main interest in products of this developed material. A practical implementation is expected in the following time of the project.

    Discussions with interested companies and research institutions showed that even more topics can be worked out based on this project. Continuative research work on this topic, especially increasing of properties for finest filtration functions, is possible.

    The aim of the project was achieved.

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  • R. Heidenreich, Dr. T. Schulze, F. Gebauer: Papier-Nassvliese für Luftfiltration 4(35)

    PTS-Forschungsbericht www.ptspaper.de PTS-FB 12/18

    3 Einl

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