Filtertechnik für den Umweltschutz

Umwelt- und Ressourcenschutz sind zentralen Ziele unserer Zeit. Um den aktuellen Zustand zu dokumentieren, leistet Filtertechnik einen wertvollen Beitrag. So kamen bspw. im Umweltschutzprojekt Cleandanube Kerzenfiltergehäuse aus Edelstahl mit Rundgewinde und einsteckbarer Lochblechführungsstange zum Einsatz. Im dem anspruchsvollen Projekt durchschwamm der als „schwimmender Professor“ bekannte Wissenschaftler, Dr. Andreas Fath, öffentlichkeitswirksam die Donau von der Quelle bis zur Mündung, um auf die Verschmutzung dieser Lebensader Europas durch Mikroplastik aufmerksam zu machen. Denn die Donau spült an jedem Tag mehr als 4 t Plastik ins Schwarze Meer.

Mit 01WTGD-Kerzenfiltergehäusen, die mit MS-Edelstahlgewebekerzen bestückt wurden, welche gereinigt und wiederverwendet werden können, wurden die täglich gezogenen Wasserproben zur Analyse des Flusswassers auf Feststoffe wie Mikroplastik filtriert. So konnte der Anteil an Mikroplastik über den gesamten Verlauf der Donau analysiert und dokumentiert werden. Plastikmüll wird zu Mikroplastik und bedroht durch die Kombination aus Schadstoffen und Mikroplastik am Ende den Verursacher selbst. Denn viele der in die Gewässer eingeleiteten Chemikalien lagern sich an Mikroplastik an. Gelangen in Muscheln, Krebse und Fische. Der Mensch kann sie am Ende der Nahrungskette aufnehmen. Während das Mikroplastik wieder ausgeschieden wird, verbleiben die Chemikalien im Organismus und können sich dort anreichern.

Unbedenkliche Alternativen

Ein wichtiger Ansatz ist es daher, gerade auch in der täglichen industriellen Anwendung, Abfallvermeidung und Ressourcenschutz als zentrale Themen dauerhaft zu betrachten und im Fokus zu halten. Das hat jüngst auch die UN mit ihren Social Development Goals (SDGs) bekräftigt. In den hier formulierten 17 ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Nachhaltigkeitszielen mit 169 Unterzielen sind unter anderem verbesserte Produkte, Energieeinsparungen, optimierte Prozesse und der Einsatz innovativer Materialien genannt.

Viele der Einzelziele sind nicht neu. So spiegeln sich die Anstrengungen der Filterbranche seit längerer Zeit in der Verwendung unbedenklicher Filtermaterialien und einer entsprechenden Materialsubstitution wider. Aus ökologischen Gründen wurden bspw. Phenolharze in Filterkerzen in den zurückliegenden Jahren durch alternative Filtermaterialien ersetzt. Phenolharz gehört zu der Obergruppe der Formaldehydharze und zu den ältesten Kunststoffprodukten. Der Werkstoff ist verwindungssteif und wärmebeständig. Wegen seiner positiven Eigenschaften (hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit) wurde das Material über Jahrzehnte für anspruchsvolle Filtrationsaufgaben genutzt. Formaldehydharze sind inzwischen bekannt als die am häufigsten auftretende Quelle für Formaldehyd-Emissionen im Innenraum. Und auch der Herstellungsprozess ist umweltproblematisch.

Die positiven Filtereigenschaften des Phenolharzes, wie bspw. die hohe Temperatur- und Druckbeständigkeit sowie die Beständigkeit gegen aggressive Chemikalien können auch andere, in der Herstellung umweltverträglichere Kunststoffe erfüllen, wie bspw. Polyamide (PA). Es handelt sich um lineare Polymere mit sich regelmäßig wiederholenden Amidbindungen entlang der Hauptkette. Man kennt sie als Perlon- oder Nylonstrümpfe der 1950er-Jahre. Denn die bekanntesten Handelsnamen der Fasern heißen Perlon und Nylon.

Kerze komplett aus Nylon

Polyamid-Filterkerzen können die Vorteile der ehemaligen Phenolharzkerzen in Bezug auf thermische und chemische Beständigkeit abbilden. Wobei die Filtermatrix (mehrdimensionale innere Struktur) einer PA-Filterkerze eine völlig andere ist als die einer Phenolharzkerze. Die immer gewünschte, offenere Porenstruktur und technische Reproduzierbarkeit ist bei der Polyamid-Filterkerze deutlich besser. Die offene Porenstruktur sorgt für das Schmutzaufnahmevolumen im Inneren der Filtermatrix.

Aufbauend auf dem Rohstoff Nylon entwickelte der Filtersystemhersteller Wolftechnik die WFNMB Tiefenfilterkerze als Alternative zur Phenolharzkerze. Die Kerze ist von außen nach innen mit einer abgestuft feiner werdenden Porenstruktur aufgebaut (Tiefenstruktur) und besitzt einen Nylon-Stützkern. Dadurch ist die Stabilität der WFNMB auch bei höheren Temperaturen und hochviskosen Medien gewährleistet. Die besondere chemische Beständigkeit von Nylon erlaubt den Einsatz insbesondere auch bei Lösemitteln, Farben und Lacke sowie bei Temperaturen bis zu 120 °C.

Durch die spezielle Struktur der Tiefenfilterkerze ergibt sich eine lange Standzeit, hohe Schmutzaufnahmekapazität und hohe Durchsatzleistung bei geringem Differenzdruck. Die sehr stabile Filtermatrix der WFNMB Tiefenfilterkerze wird im Melt-Blow-Verfahren hergestellt. Bei der Technologie wird der Rohstoff im Extruder geschmolzen und über eine Düse mit Druck und Heißluft ausgetragen. Dabei entsteht ein feinporiges Mikrofaservlies.

Polyester schlägt Polyamid

Grundsätzlich könnten alle den Thermoplasten zugehörenden Stoffe entsprechend zu Tiefenfilterelementen verarbeitet werden. Weil Nachhaltigkeit in Bezug auf die Ressource eine immer wichtigere Rolle spielt, floss diese Erkenntnis in die Entwicklung hochwertiger Filterelemente ein. Polyester erwies sich gegenüber Polyamid als nachhaltiger und besser in der Verarbeitung und für die Filtration geeignet. Aus diesem Grund baut Wolftechnik heute als Alternative zu Phenolharz auf PBT und PET anstelle von Polyamid. Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyethylenterephthalat (PET) sind thermoplastische Kunststoffe aus der Familie der Polyester.

Die CPH-Tiefenfilterkerze von Wolftechnik besteht zu 100 % aus Polyesterfasern und besitzt alle Vorteile der Nylon-Tiefenfilterkerze wie eine hohe thermische Beständigkeit (bis 120 °C) und sehr gute chemische Beständigkeit gegenüber Lösemitteln. Die Tiefenfilterkerze ist mit einer festen Filtermatrix ausgestattet und gewährleistet reproduzierbare Filtrationseigenschaften für hochwertige Anwendungen. CPH-Tiefenfilterkerzen sind auch mit Adapter und Endkappen aus Polyester Code 3, Code 8 und Code 7 lieferbar. Hohe Durchsatzleistung sowie eine lange Standzeit sind weitere Eigenschaften der CPH-Tiefenfilterkerze. Typische Anwendungsgebiete sind die Filtration von Heißwasser > 80 °C, Lacken, Farben und Tinten, Lösemitteln, Magnetdispersionen, Feinchemikalien, Kosmetika sowie Lebensmitteln und Getränken.

Melt-Blow-Kerze mit Recyclinganteil

Umwelt- und Ressourcenschutz schließt ökologische Produktionsverfahren sowie Abfallvermeidung ein. Um die 17 Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) der Vereinten Nationen mittelfristig zu erfüllen, ist Wolftechnik noch einen Schritt weitergegangen. Als einer der ersten Hersteller weltweit brachte der Filtersystemhersteller im Herbst 2022 eine Polypropylen-Tiefenfilterkerze mit 20 % Recycling-Anteil für industrielle Fest-Flüssig-Filtration auf den Markt. Bei der Entwicklung der WFMBR Melt-Blow-Filterkerze standen neben den ökologischen Aspekten genauso der Anwendernutzen und -freundlichkeit im Fokus. So wirkt sich der Recyclinganteil nicht nachteilig auf die Eigenschaften wie Qualität und Filterleistung der Filterkerze aus. Zudem verfügt die Tiefenfilterkerze über alle wichtigen EU-Zertifikate, wie FDA CRF21 Zertifikat, Lebensmittel-Konformitätserklärung, REACH-Konformitätserklärung und RoHS-Konformitätserklärung.

Die WFMBR Melt-Blow-Filterkerze markiert den Beginn einer Entwicklung hin zu einem Maximum an Ressourcen- und Umweltschutz im Bereich der Filterelemente. Grundsätzlich hätte bspw. auch recyceltes Nylon dieselben Vorteile wie Recycling-Polyester oder -Polypropylen (PP). Ausgewählt wurde PP, ein durch Kettenpolymerisation von Propen hergestellter thermoplastischer Kunststoff, weil es derzeit das Produktmaterial mit dem mengenmäßig größten Anteil in der Produktion von Filterelementen darstellt. Denn eine der Herausforderungen der innovativen Entwicklung bestand darin, die verwertbare Rezyklatmenge für einen stabilen Fertigungsprozess auch vorrätig zu halten. So wären theoretisch bis zu 50 % Rezyklat technisch möglich, aber die Stoffmenge sind noch nicht zuverlässig verfügbar. Aktuelle Forschungen beschäftigen sich deshalb intensiv mit diesem Thema, auch um die Kosten des Recyclingprozesses weiter zu senken.

 

Tiefenfilterkerze mit 4 Filterstufen

Die neue WFMBR Melt-Blow-Kerze löste Ende 2022 die bekannte WFMB Melt-Blow-Kerze ab. Die WFMBR Tiefenfilterkerze mit Recyclinganteil besteht komplett aus PP und ist frei von Bindemitteln und Klebstoff. Sie wird im Melt-Blow-Verfahren hergestellt, wobei mit vier verschiedenen Sprühdüsen feinere und gröbere Endlosfäden zu einer Multi-Layer-Struktur verarbeitet werden. Im Inneren der Tiefenfilter-Struktur sind die feinen Layer, außen die Groben. Durch diese vierlagige Abstufung können die groben Partikel in den äußeren Schichten und die feineren Partikel in den Inneren zurückgehalten werden. Das ermöglicht die hervorragenden Produkteigenschaften der WFMBR.

Wahlweise ist die Tiefenfilterkerze mit beidseitig offenen Enden (DOE) oder mit den gängigen Adapterbauformen (Code 0, Code 5, Code 7, Code B) und in Filterfeinheiten von 0,5 bis 100 μm nominal lieferbar. In Längen von 47/8“ bis 40“ gibt es sie neben der Standardversion (Ø 63 mm) auch in einer Big-Version mit Ø 110 mm.

Geeignet für Temperaturen bis zu 80 °C bietet die Tiefenfilterkerze ein breites Einsatzspektrum. Zum Beispiel als Feinfilter für Kühlkreisläufe, Vorfilter für RO DI-Wasseraufbereitungsanlagen, zur Säuren- und Laugen-Filtration in der Elektronikindustrie, für Fotochemikalien, für Spülbäder in Teilereinigungsanlagen, für leichtviskose Flüssigkeiten und als Feinfilter für Pflanzenöl.

 

Autor: Peter Krause, Geschäftsführer, Wolftechnik