Process for producing filter-materials

Abstract: 1. A process for manufacturing filter materials for oil and air filters used in motor vehicles by impregnating a paper or non-woven fabric substrate with resin and/or monomer and subsequently curing the substrate, characterized by impregnating the substrate with a solution or dispersion of at least one resin and/or curable by electron radiation and having a concentration of 1 to 50% by weight of resin and/or monomer, based on the weight of the solution or dispersion, thereafter removing the solvent and then effecting curing by electron radiation.

Description: VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES IMPRÄGNIERTEN PAPIER- ODER VLIESSUBSTRATS Die Erfindung betrifft die Imprägnierung von Vlies- oder Papiermaterialien mit härtbaren Harzen und deren anschliessende Härtung. Derart behandelte Vlies- oder Papiersubstrate weisen im Vergleich mit den unbehandelten Substraten verbesserte mechanische Eigenschaften und eine verbesserte chemische Widerstandsfähigkeit auf. Sie können auf verschiedenen Gebieten Einsatz finden und sind beispielsweise als Filtervliese oder Filterpapiere sowie zur Herstellung von Filtermaterialien, wie beispielsweise bl- und Luftfilter für Kraftfahrzeuge, besonders geeignet. Bisher wurden Filtervliese mit unvernetzten Phenolharzen getränkt, die anschliessend bei erhöhter Temperatur vernetzt bzw. gehärtet wurden. Eine derartige Verfahrensweise weist verschiedene Nachteile auf, die vorwiegend durch den aufwendigen Härtungsvorgang bedingt werden. So muss die Härtung bei hohen Temperaturen in der Grössenordnung von 160 bis 180 C erfolgen, ausserdem werden Härtungszonen von 30 bis 50 m Länge und Verweilzeiten von 60 bis 80 Minuten benötigt, was zu einem hohen Energieaufwand, zu einem hohen apparativen Aufwand und zu einer starken Umweltbelastung durch die bei der Äuskondensation freiwerdenden Phenolharzdämpfe führt. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein wirtschaftliches Verfahren zur Belegung von Vlies- und Papiersubstraten mit Harzen bereitzustellen, das bei geringem Energieaufwand und geringem apparativen Aufwand durchführbar ist und zu Endprodukten mit überlegenen Eigenschaften führt. Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass zur Erreichung dieses Ziels die Verwendung von durch Elektronen strahlen härtbaren Harzen geeignet ist. Bekanntlich können verschiedene Polymere durch energiereiche Strahlung, beispielsweise durch UV-Strahlung, 01-, B- und t-Strahlung vernetzt werden. Derartige Vernetzungsreaktionen wurden bisher beispielsweise bei der Härtung von Lacken ausgenutzt. Im Rahmen der Erfindung wurde nunmehr gefunden, dass die Elektronenstrahlhärtung auch auf die Belegung von Vliesund Papiersubstraten anwendbar ist, wobei es auch möglich wird, eine Teilbelegung unter Beibehaltung einer Restpermeabilität der behandelten Substrate zu erzielen. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von mit Harzen belegten Papier- oder Vliessubstraten, durch Imprägnieren der Substrate mit einem Harz- und/oder Monomer und anschliessende Härtung. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man das Substrat mit einer Lösung oder Dispersion mindestens eines durch Elektronenstrahlung härtbaren Harzes und/oder Monomeren tränkt und die Härtung durch Elektronenstrahlung bewirkt. Das Lösungsmittel wird vor dem Härten entfernt. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird das zu behandelnde Substrat zunächst mit einer Lösung oder Dispersion, bevorzugt einer Lösung, eines Harzes oder Monomeren in einer geeigneten inerten organischen Flüssigkeit getränkt. Als Monomere oder Harze kommen durch Elektronenstrahlung härtbare Verbindungen in Frage. Besonders geeignete Monomere sind polyacrylierte und/oder polymethacrylierte Polyole, wobei polyacrylierte Polyole wegen der grösseren Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt sind. Polyole, die den erfindungsgemäss verwendbaren Monomeren zugrundeliegen, können gerad- oder verzweigtkettig sein und in der Kette ein oder mehrere Heteroatome, z.B. in Form von Sauerstoffbrücken, enthalten. Sie weisen vorzugsweise 2 bis etwa 10, insbesondere 5 bis 9 und besonders bevorzugt 5 oder 6 Kohlenstoffatome auf. Sie enthalten bevorzugt 2 bis etwa 5 und insbesondere 2, 3 oder 4 Hydroxylfunktionen. Bevorzugte Beispiele für derartige Polyole sind: Trimethylolpropan, Pentaerythrit bzw. Pentaerythritol, Hexandiol, insbesondere Hexan-1,6-diol und Polyäthylenglykole oder Propylenglykole, wie Triäthylenglykol oder Tripropylenglykol. Die Hydroxylgruppen der genannten Polyole können gänzlich oder teilweise durch Acrylsäure und/oder Methacrylsäure verestert sein. Spezielle Beispiele für erfindungsgemäss einsetzbare Monomere sind Trimethylolpropantriacrylat, Hexandioldiacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Hexan-1 ,6-dioldiacrylat, Diäthylenglykoldiacrylat, Triäthylenglykoldiacrylat, Tetraäthylenglykoldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat, 2-Hydroxäthylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, Hexandiolmonoacrylat und Butandiolmonoacrylate und die entsprechenden Methacrylate oder gemischten Acrylat Methacrylate. Die Monomeren können allein oder im Gemisch, gegebenenfalls mit hoch- oder niedrigmolekularen Präpolymerisaten eingesetzt werden. Besonders geeignete Monomere sind Pentaerythritoltriacrylat bzw. Pentaerythritolacrylat-Gemische mit einem durchschnitt stichen Veresterungsgrad von 3 bis 3,3 und mit einer Viskosität von 600 bis 1200 mPa.s (gemessen bei 200C mit dem 3rookfield-Viskosimeter, Typ RVT). Als Harze kommen hoch- oder niedrigmolekulare Harze oder Oligomere in Frage, die in den verwendeten inerten organischen Flüssigkeiten löslich sind. Beispiele hierfür sind lösliche Polyurethanacrylate, gebildet aus den vorgenannten hydroxyfunktionellen Acrylatmonomeren. Bevorzugt liegt das Molekulargewicht solcher Harze oder Oligomerer im Bereich von 800 - 8000 und ihre Viskositäten gehen von 1000 - 50000 inPa.s. Der Gehalt an acrylisch und/ oder methacrylisch ungesättigten Monomereinheiten beträgt beispielsweise 2 - 6 pro Molekül. Derartige Harze werden nach üblichen Verfahrensweisen hergestellt, beispielsweise wie in der DE-OS 25 30 896 und der DE-OS 25 42 314 beschrieben. Beispielsweise wird ein Polyol mit einem Diisocyanat zur Reaktion gebracht. Der erreichte Gehalt an freien NCO-Gruppen wird dann abgesät tigt mit hydroxyfunktionellen Acrylat- oder Methacrylatnonomeren. Der Fachmann kann Mengen und Reaktionsbedingungen so wählen, dass die gewünschten Molekulargewichte und der gewünschte Gehalt an acrylisch und/oder methacrylisch ungesättigten Monomereinheiten erzielt werden. Die Viskositäten können beispielsweise durch entsprechende Verdünnung der Harze mit Monomeren variiert werden. Als Ausgangsmaterialien für die als Harze bzw. Oligomere beispielsweise verwendbaren Polyurethan-Acrylate können folgende Rohstoffe zum Einsatz kommen: Isocyanate wie: a) 4,4-Diphenylmethandiisocyanat b) Toluylendiisocyanat c) Hexamethylendiisocyanat d) 4,4-Dicyclohexylmethandiisocyanat Polyole wie: a) Polypropylenglykole, Poly äthylenglykole mit den Molekulargewichten 400, 1000, 2000, 3000, 4000 b) Polyester auf der Basis aliphatischer und aromati scher Dicarbonsäuren, vor zugsweise Adipinsäure und Sebacinsäure und difunk tionellen aliphatischen Alkoholen, wie Äthylen glykol und Neopentylgly kol, Diäthylenglykol, Hexandiol-1,6 sowie poly funktionellen Alkoholen wie Trimethylolpropan und Pentaerythritol. Hydroxyfunktionelle, 2-Hydroxyäthylacrylat mit NCO-Gruppen reaktive 2-Hydroxyäthylmethacrylat Acrylatmonomere und 2-Hydroxypropylacrylat Methacrylatmonomere wie: 2-Hydroxypropylmethacrylat Butandiolmonoacrylat Hexandiolmonoacrylat Pentaerythritoltriacrylat Die hergestellten Harze Hexandiol-1,6-diacrylat werden je nach benötigter Butandiol-1,4-diacrylat Viskosität mit Monomeren Triäthylenglykoldiacrylat verdünnt auf Konzentra- Tetraäthylenglykoldiacrylat tionen von 40 bis 80 % Dipropylenglykoldiacrylat mit: ¯ Tripropylenglykoldiacrylat Tetrapropylenglykoldiacrylat Im folgenden ist ein Beispiel für eine spezielle Rezeptur angegeben: : 1 Äquivalent Polypropylenglykol MG 400 2 Aquivalente Toluylendiisocyanat 80/20 1 1 Äquivalent 2-Hydroxyäthylacrylat Das hieraus erhaltene Produkt wird 50%ig in Hexandiol-1,6diacrylat gelöst. Harz - 980 Viskosität: 600 bis 1200 mPa.s Funktionalität: 2 Geeignete inerte organische Flüssigkeiten zur Auflösung oder Dispersion der Monomeren oder Harze sind übliche inerte organische Lösungsmittel, wie aliphatische Alkohole mit beispielsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methanol und Äthanol, aliphatische Ketone mit beispielsweise 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere Dimethylketon und Methyläthylketon, sowie Ester, insbesondere Essigsäurealkylester mit beispielsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylteil, z.B. Methylacetat und Äthylacetat. Diese Lösungsmittel können entweder allein oder im Gemisch eingesetzt werden. Das Monomere und/oder Harz wird in dem Lösungsmittel zur Tränkung der Vlies- bzw. Papiersubstrate in Konzentrationen von 1,0 bis 50 Gew.%, bezogen auf die Summe des Gewichts von Monomeren und/oder Harz und Lösungsmittel, eingesetzt. Die Lösungen enthalten somit 1,0 bis 50 Gew.teile Monomeres und/oder Harz und 99 bis 50 Gew.teile Lösungsmittel. Bevorzugte Bereiche liegen bei 2,0 bis 40 Gew.teilen Monomerem und/oder Harz und 98,0 bis 60 Gew.teile Lösungsmittel. Beispielsweise können 10, 20, 30, 40 oder 50 Gew.teile Monomeres und/oder Harz und 90, 80, 70, 60 bzw. 50 Gew.teile Lösungsmittel verwendet werden. Die Konzentration des Monomeren und/oder Harzes in dem Lösungsmittel hängt letztlich von dem gewünschten Belegungsgrad des Substrats mit dem Monomeren bzw. Harz ab. Das zu behandelnde Substrat kann in beliebiger Weise mit der Lösung bzw. der Dispersion des Monomeren und/oder Harzes in den genannten Lösungsmitteln imprägniert werden. Bevorzugt führt man eine Tauchbehandlung durch. Anschliessend an die Tauchbehandlung durchläuft das Substrat eine Abtropfzone sowie eine Trockenzone, in der je nach dem Lösungsmittel Temperaturen von etwa 120 bis 1400C eingehalten werden. Aus der Trocknungszone wird das Lösungsmittel in reinem Zustand zurückgewonnen und kann erneut für den gleichen Zweck oder für andere Zwecke eingesetzt werden. Die Menge des auf dem Substrat verbleibenden Harzes bzw. Monomeren ist unabhängig von der Tauchzeit in der Lösung und hängt lediglich von der Konzentration der verwendeten Lösung ab. Die Konzentration der eingesetzten Lösung richtet sich daher innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche nach dem gewünschten Belegungsgrad bzw. den gewünschten Eigenschaften, wie z.B. dem Permeationsgrad des herzustellenden Vlies- oder Filtermaterials. Bevorzugte Bereiche für die Belegung liegen je nach dem Verwendungszweck des Endproduktes bei 5 bis 45 Gew.%, insbesondere bei 5 bis 40 Gew.%, beispielsweise bei 10 bis 25 Gew.% oder bei 15, 25 oder 45 Gew.%, bezogen auf die Masse des Substrats. Je nach der Art des verwendeten Vlies stoffs oder Papier- bzw. Filterpapiermaterials ergeben im allgemeinen folgende Harz/Oligomer-Konzentrationen die im folgenden aufgeführten Belegungen (gemessen als Vliesmassenerhöhung in %): 2,5 %ig Harz/Oligomer (FK in LM) 5,0 % 5,0 %ig - do- 7,5 % - 10 % 7,5 %ig - do- 10,0 % - 15 % 10,0 %ig - do- 15,0 % - 25 % 12,5 %ig Harz/Oligomer (FK in LM) 25,0 % - 35 % 15,0 %ig - do - 35,0 % - 45 % FK = Festkörper (Harz/Oligomer) LM = inertes Lösungsmittel Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die so vorbehandelten Vlies- bzw. Papiermaterialien lagerungsstabil sind. So können beispielsweise behandelte Vlies- oder Papierbahnen in Form von Rollen transportiert und gelagert werden. Selbst wenn derartige Rollen in seitlich stehender Form über längere Zeiträume vor der Vernetzung gelagert werden, wird keine Wanderungstendenz des imprägnierten Materials aufgrund der Schwerkraft beobachtet, vielmehr verbleibt das aufgebrachte ungehärtete Monomere bzw. Harz in gleichmässiger Weise über das Substrat verteilt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, den Tränkungs- und den Härtungsvorgang zeitlich getrennt und gegebenenfalls an verschieden Orten durchführen zu können. Auch eröffnet sich die Möglichkeit, die so vorbehandelten Substrate vor der eigentlichen Härtung einer Zwischenverarbeitung zu unterziehen. Beispielsweise können die getränkten und abgetrockneten Mutterrollen mittels üblicher Schneideund/oder Faltwerkzeuge beliebig zu konfektionierten Produkten verarbeitet werden. Auch ist es möglich, schon jetzt Klebestellen mittels für diese Zwecke üblicher Klebstoffe auszubilden. Dabei bietet sich die Möglichkeit, Klebstoffe einzusetzen, die gleichzeitig mit den aufgebrachten Tränkharzen bzw. Tränkmonomeren durch die spätere Einwirkung von Elektronenstrahlen ausgehärtet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die getränkten Mutterrollen direkt, gegebenenfalls nach zwischenzeitlicher Lagerung, dem Härtungsvorgang zu unter ziehen und die eigentliche Konfektionierung zur endgültig gewünschten Form, z.B. durch Schneiden, Falten und/oder Kleben, nach dem Härtungsvorgang vorzunehmen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäss gehärteten Materialien besonders gut verarbeitbar sind. Sie lassen sich beispielsweise leicht zu gefalteten Formen verarbeiten, wobei im Vergleich mit den konventionell mit Phenolharzen behandelten und gehärteten Produkten die Neigung zur Bildung von Bruchstellen vermindert wird. Hierdurch wird neben der verbesserten mechanischen und chemischen Widerstandsfähigkeit auch die Bildung unerwünschter Stäube verhindert. Derartige Stäube stellen bei der Verarbeitung neben den sich hieraus ergebenden Reinigungsproblemen zusätzlich ein Gesundheitsrisiko dar, da phenolische Produkte zu den cancerogenen Substanzen zu rechnen sind. Die erfindungsgemäss getränkten Vlies- bzw. Papiermaterialien werden schliesslich vor oder nach einer möglichen Konfektionierungsbehandlung gehärtet. Die Aushärtung des ungesättigten Acrylatharzes erfolgt durch Radikalkettenpolymerisation, die zu einem Kettenwachstum mit hohem dreidimensionalem Verzweigungsgrad führt. Um die Radikalkettenpolymerisation zu bewirken, werden die der Tränk-, Abtropf- und Trocknungsbehandlung unterzogenen Substrate einer kurzfristigen Bestrahlung mit energiereichen Strahlen von geringer Dosis unterworfen. Man bedient sich hierzu bevorzugt einer Elektronen- bzw. B-Strahlung. Die Strahlung kann durch übliche Elektronenquellen erzeugt werden. Im allgemeinen bedient man sich ein- oder mehrstufiger Elektronenbeschleuniger. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, den Härtungsvorgang unter Verwendung der nachstehend beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung durchzuführen. Bei der Verwendung ein- oder mehrstufiger Elektronenbeschleuniger haben sich Beschleunigungsspannungen von etwa 150 bis 500 kV als geeignet erwiesen. Im allgemeinen lassen sich Beschleunigungsspannungen von 200 kV oder Be schleunigungsspannungen von 150 bis 200 kV mit gutem Erfolg einsetzen. Im Rahmen der Erfindung hat es sich gezeigt, dass die Eindringtiefe der Elektronenstrahlung vom spezifischen Gewicht des imprägnierten Substrats, also von Substrat + imprägniem tem Monomerem und/oder Harz, abhängt. So reicht beispielsweise eine Elektronenspannung von 150 bis 180 kV dazu aus, in ein erfindungsgemäss imprägniertes Substrat mit einem spezifischen Gewicht von 1 in eine Tiefe von etwa 120 iim bis 160 jim einzudringen. Die Härtungsgeschwindigkeit ist abhängig von der angewendeten Bestrahlungsdosis. Im allgemeinen haben sich Dosierungen von 0,1 bis etwa 16 Mrad, vorzugsweise 0,1 bis 10 Mrad, und besonders bevorzugt von 1 bis etwa 10 oder von 4 bis 8 Mrad als zufriedenstellend zur Erzielung günstiger Produktionsgeschwindigkeiten erwiesen. In der Praxis wird im allgemeinen das erfindungsgemäss imprägnierte Substrat, gegebenenfalls in konditionierter Form, bahnförmig unter einem Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, an einem Fenster vorbeigeführt, aus dem die Elektronenstrahlung austritt. Der Abstand des Substrats von dem Austrittsfenster liegt im allgemeinen bei 10 bis 50 mm. Bei dieser Arbeitsweise werden je nach der Nutzbreite des eingesetzten Elektronenbeschleunigers bei den vorstehend angegebenen Dosierungen Produktionsgeschwindigkeiten erzielt, die in der Praxis zwischen 30 und 60 m pro Minute liegen. Durch diese kurzen Reaktionszeiten bzw. hohen Produktionsgeschwindigkeiten gestaltet sich das erfindungsgemässe Verfahren besonders vorteilhaft. Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich auf sämtliche üblichen Vlies- und Papiermaterialien anwenden. So können beispielsweise erfindungsgemäss Vlies- und Papiermaterialien auf Cellulosebasis sowie auf Kunststoffbasis mit Harzen belegt werden. Geeignet sind beispielsweise Filter papiere auf Cellulose- oder Kunststoffbasis sowie Vliesmaterialien auf Cellulose- und Kunststoffbasis, wie sie für die Herstellung von ölfiltern in der Kraftfahrzeugindusfrie, von Luftfiltern in der Vergaser- bzw. Kraftfahrzeugindustrie oder von technischen Filtern für verschiedenste Zwecke, beispielsweise für hydraulische Systeme, sowie andere technische Zwecke, z.B. Klimaanlagen, verwendet werden. Als besonders günstig hat sich das erfindungsgemässe Verfahren bei Anwendung auf Produkte mit einem Cellulosegehalt oder auf Cellulosebasis erwiesen. Dabei stört ein Ligningehalt der Cellulose nicht. Ein besonderer Vorteil, der sich bei der Verwendung von Materialien auf der Basis reiner Cellulose ergibt, liegt darin, dass die erhaltenen Produkte praktisch weiss bleiben, so dass sich bei Verwendung der fertiggestellten Produkte als Filtermaterialim eine Indikatorwirkung auf eventuelle Verschmutzungen des Filters ergibt. Eine derartige Indikatorwirkung ist bei der konventionellen Belegung mit Phenolharzen nicht möglich, da mit Phenolharzen keine weisse Färbung beibehalten wird, sondern Verfärbungen bis zur dunkelbraunen Farbe auftreten. Ebenfalls lassen sich bestimmte, dem Verwendungszweck angepasste Einfärbungen der Filterpapiere herstellen, welche als Indikator bei grösserer Lagerhaltung fungieren können (Beispiel: Luftfilter blau, Ölfilter grün, Kraftstoff gelb). Durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise lassen sich je nach der Menge der Belegung der eingesetzten Substrate mit Harzen völlig imprägnierte undurchlässige Produkte bis zu Produkten herstellen, die in Abhängigkeit vom eingesetzten Ausgangs substrat und der Menge der Teilbelegung eine steuerbare Restpermeabilität aufweisen und somit beispielsweise als Filtermaterialien für die verschiedensten Zwecke, beispielsweise als Öl- oder Luftfilter in der Kraftfahrzeugindustrie sowie als Filter für weitere technische Zwecke, wie etwa hydraulische Systeme oder Klimaanlagen Verwendung finden können. Dabei erweisen sich die erfindungsgemäss belegten Substrate als widerstandsfähig gegen mechanische, chemische und Temperaturbeeinflussungen, Die auspolymerisierten Tränkharze liegen als Resite vor, d.h. sie sind in organischen Lösungsmitteln unlöslich und nicht mehr schmelzbar, was beispielsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen bei hohen Motortemperaturen günstig ist. Gegenüber der konventionellen Belegung mit Phenolharzen zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren vor allem durch den geringeren Energieaufwand, d.h. durch den Wegfall hoher Härtungstemperaturen und durch die Verringerung des apparativen Aufwands (es sind keine langen Ofenkanäle mehr erforderlich) sowie durch die erhöhte Durchsatzgeschwindigkeit aus. Darüber hinaus ergeben sich keine Gefährdung von Umwelt und Arbeitsplätzen durch die Entwicklung schädlicher Dämpfe, da bei der Polymerisation der erfindungsgemäss eingesetzten Tränkharze keine niedrigmolekularen Spalt- bzw. Reaktionsprodukte freigesetzt werden. Weitere Vorteile liegen darin, dass die erhaltenen getränkten Zwischenprodukte lagerungsstabil sind und keiner Massenwanderung unterliegen. Im Gegensatz zur bisherigen Belegung mit Phenolharzen lassen sich die eingesetzten Lösungsmittel leicht zurückgewinnen und können für verschiedenste Zwecke weiterverwendet werden. Die erhaltenen Produkte sind besonders stabil und unterliegen keinen Verfärbungen. Zudem fällt beim erfindungsgemässen Verfahren die thermische Belastung der Substrate weg. Es können daher empfindlichere Substrate als bisher eingesetzt werden. Veränderungen der eingesetzten Vliesmaterialien durch die ionisierende Wirkung der Elektronenstrahlen wurden nicht festgestellt. Eine kürzeste Behandlungszeit bei geringer Raumbeanspruchung der für das erfindungsgemässe Verfahren benötigten Anlage ergibt sich, wenn mindestens das Entfernen des Lö sungsmittels und die Elektronenbestrahlung des Substrats - gegebenenfalls auch das Tränken oder Beschichten mit dem Lösungsmittel bzw. mit einer Lösung aus Imprägnierund Lösungsmittel - bei vorzugsweise kontinuierlich durchlaufendem Substratband in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen vorgenommen wird. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine solche Vorrichtung schematisch dargestellt. In einem - in der Praxis mehrteiligen - Gehäuseaggregat ist A eine Zufuhr- oder Vorratskammer oder -station für ein zu behandelndes Materialband oder Substrat f, z.B. ein auf eine Vorratsrolle 10 aufgewickeltes Band aus einem Vlies- oder Papier-Filtermaterial, B ein Tauchbad zum Durchtränken des Substrats mit einem in einem Lösungsmittel gelösten Imprägniermittel bzw., sofern das Materialband f bereits mit Imprägniermittel beschichtet zugeführt wird, mit dem Lösungsmittel, C eine Kammer zum Wiederentfernen des Lösungsmittels unter Verwendung einer oder mehrerer Düsen 11, D ein die Bestrahlungsvorrichtung 12 mit Elektronenbeschleuniger 13, Scanner 14 und Bestrahlungskanal 15 enthaltendes Bestrahlungs-Gehäuseteil und E eine Auslaufkammer oder -station für das behandelte Material- oder Substratband f. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel wird das mit einer bestimmten Geschwindigkeit von der Vorratsrolle 10 ablaufende Materialband f kontinuierlich durch die Gehäuseteile oder -kammern bzw. -stationen A bis E hindurchgeführt. Im Tauchbad B wird das Substrat zunächst mit dem in einem geeigneten Lösungsmittel gelösten strahlenvernetzbaren Imprägniermittel, z.B. einem Acrylharz, durchtränkt. Das Lösungsmittel hat hierbei die Aufgabe, das Eindringen des Imprägniermittels in das Substrat zu ermöglichen und damit eine Transportfunktion für das Imprägniermittel zu erfüllen. Anschliessend wird das weiterlaufende durchtränkte Substrat in der Kammer C - gegebenenfalls nach Durchlaufen einer Abtropfzone - durch Anblasen mittels der Düsen 11, z.B. Heissluftdüsen, die von einem in oder am Gehäuseaggregat angeordneten Gebläse beliefert werden können, wieder von dem Lösungsmittel befreit. Es kann daher unmittelbar danach durch den mit einem Inertgas, z.B. Stickstoff, gefüllten Bestrahlungskanal 15 des Bestrahlungsgehäuseteils D geführt werden, in welchem das Imprägniermittel durch Elektronenbestrahlung vernetzt und das Substrat dadurch gehärtet und versteift wird. Als besonders wirtschaftlich hat sich für den vorerwähnten Zweck eine Elektronenbestrahlung mit einer Beschleunigungsspannung von 150 bis 200 kV erwiesen. Zur Beschleu nigung der Polymerisation und des dadurch bewirkten Erhärtungsvorganges ist eine grossflächige Bestrahlung mit in Laufrichtung verbreitertem, im Scanner 14 aufgefächertem Strahlbereich vorgesehen. Bei einer Bestrahlungsdauer von etwa 0,05 bis 0,5 sec kann dadurch eine Laufgeschwindigkeit des Materialbandes f von z.B. 30 bis 60 m/sec erreicht werden. Diese Bestrahlung reicht im allgemeinen aus, um eine Eindringtiefe mit einer Vernetzung von z.B. 120 bis 160 g/m2 in der imprägnierten Schicht zu erzielen. In der schematischen Zeichnung sind einfache Wege des Substratbandes f durch die Kammern B, C und E dargestellt. Durch zusätzliche Umlenkungen können diese Wege je nach Anforderung verlängert werden. Die Erfindung ist auch nicht unbedingt darauf beschränkt, dass das Material- oder Substratband erst im Tauchbad B oder in einer anderen geeigneten Auftragsvorrichtung mit dem Imprägniermittel unter Verwendung eines Lösungsmittels durchtränkt bzw. beschichtet wird. Ist das auf die Vorratsrolle 10 aufgespulte oder in sonstiger Weise zugeführte Material- oder Substratband bereits mit einem Imprägniermittel äusserlich beschichtet, braucht gegebenenfalls das Tauchbad B nur das erforderliche Lösungsmittel zu enthalten. Sofern das Band bereits in einem Zustand zugeführt wird, in dem es bereits mit einem gelösten Imprägniermittel behandelt worden ist, kann das Tauchbad B auch ganz entfallen. Auch kann A und/oder B ein Teil des gemeinsamen Gehäuseaggregats bilden. Beispiel 1 Nach der erfindungsgemässen Verfahrensweise wurde ein Filterpapier unter folgenden Bedingungen behandelt: Tränkharz: Pentaerythritoltriacrylat (durchschnittlicher Veresterungsgrad 3,3, Viskosität 600-900 mPa.s) Lösungsmittel: Athanol/Äthylacetat 1:1 Harzgehalt: 10 % Tauchzeit: 20 Sekunden Abtropfzeit: 10 Sekunden Abdampfzeit: 7 Minuten Gewichtszunahme des Papiers: 25 + 5 % Elektronenstrahler: 150 kV bei einer Nutzbreite von 20 cm Dosis: 6Mrad Inertisierung: Stickstoff Man erhält ein als Filtermaterial brauchbares Produkt, das keine Verfärbung aufweist. Bei den vorstehend angegebenen Zeiten für den Tauchvorgang, das Abtropfen und Abdampfen handelt es sich um Laborwerte, die in der industriellen Praxis verkürzt werden können. Beispiel 2 Herstellung eines Oligomeren, das für die Vliestränkung (Papier etc.) geeignet ist. a) Rezeptur: 1 Eg. Polypropylenglykol MG 1000 500 g 2 Eg. Toluylendiisocyanat 80/20 174 g 20 ppm Nitrobenzol 1 Eg. 4-Hydroxybutylacrylat 144,2 g (Butandiolmonoacrylat) 4 Eq. 818,2 g 60%ig gelöst in Hexandioldiacrylat: Pos. 1 .366,66 g Polypropylenglykol MG 1000 Pos. 2 127,60 g Toluylendiisocyanat -80/20 Pos. 3 105,74 g 4-Hydroxybutylacrylat Pos. 4 400,00 g Hexandioldiacrylat 1000,00 g b) Herstellungsvorschrift: Pos. 1 und Pos. 2 werden in einen 2 l-Dreihalskolben gegeben. Der Kolben ist ausgerüstet mit einem Kondensator (wassergekühlt), einem Rührwerk mit Patentstopfen, der es erlaubt, während des Herstellungsvorganges den Kolben mit Stickstoff abzudecken (wegen der NCO/Wasser Reaktion), sowie einem Thermometer für die Temperatur führung. Pos. 1 und 2 werden auf 750C unter Rühren für 2 Stunden erhitzt. Nun wird die NCO-Zahl bestimmt, NCO-Soll = 6,24 % i O, 1 %. Ist der NCO-Wert erreicht, werden 5 bis 20 ppm Nitrobenzol zugegeben (Thermostabilisator für 4-Hydroxybutylacrylat) und die Pos. 3 zugesetzt. Die Temperatur wird nun für 3 Stunden bei 750C gehalten. Nach 3 Stunden wird die NCO-Zahl bestimmt, NCO-Soll = 0,00 %. Ist kein freies NCO mehr vorhanden, wird die Pos. 4 zugegeben und gründlich gemischt. Nach dem Mischen wird der Reaktorinhalt auf ca. 400C abgekühlt und das Harz abgefüllt.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines imprägnierten Papier oder. Vliessubstrats unter Verwendung von Harz und/oder Monomer als Imprägnierungsmittel und mit dem Imprägnie ren nachfolgendem Härten des Substrats, dadurch gekenn zeichnet, dass man das Substrat mit mindestens einem durch Elektronenstrahlen härtbaren gelösten oder dis pergierten Harz und/oder Monomer tränkt oder beschich tet und danach die Härtung durch Elektronenbestrahlung bewirkt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man Harze und/oder Monomere auf der Basis von Acrylsäure- und/oder Methacrylsäureestern mit Polyolen einsetzt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass man das Imprägnierungsmittel vor dem Einsatz durch ein harzlösendes oder -dispergierendes, im we sentlichen als Transportmittel für das Harz und/oder Monomer dienendes Lösungsmittel löst oder dispergiert, hierauf das Lösungsmittel wieder entfernt und anschlies send das Substrat der Elektronenbestrahlung aussetzt. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösung oder Dispersion mit einer Konzentration von 1 bis 50 Gew.% und vorzugs weise 10 bis 50 Gew.% an Harzen und/oder Monomeren, bezogen auf das Gewicht der Lösung oder Dispersion, einsetzt. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit beschleunigten freien Elektronen bestrahlt wird, durch die eine min destens annähernd der Stärke des Substratbandes ent sprechende Eindringtiefe der Strahlung erreicht wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Dosis der Elektronenbestrahlung von 0,1 bis 16 Mrad und vorzugs weise von 1 bis 10 Mrad arbeitet. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungsbreite der Breite des Substratbandes - insbesondere zur effektiven Energieausnutzung - durch Fokussierung der Elektronen strahlen anpassbar ist. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung des Vliesstoff bandes - insbesondere zur Anpassung an verschiedene chemische Reaktionsmechanismen des Substrates - mitte ] s einer in Laufrichtung des Bandes verbreiterten Bestrak lung bzw. Strahlenwirksamkeit vorgenommen wird. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Lö sungsmittels und das Bestrahlen in unmittelbar aufein anderfolgenden Arbeitsgängen bei durch beide Arbeits gänge durchlaufendem Substratband vorgenommen wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Tränken oder Beschichten des Substrat bandes mit dem Lösungsmittel bzw. mit dem Imprägnier und dem Lösungsmittel in zusammenhängender Arbeits gangfolge mit dem Entfernen des Lösungsmittels und dem Bestrahlen bei durch alle diese Arbeitsgänge durch laufendem Substratband vorgenommen wird. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel mittels Anblasens des Substrats durch einen Luft- oder Gas strom, z.B. Heissluftstrom, entfernt wird. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Substrat ent fernte Lösungsmittel einer weiteren Verwendung zuge führt wird. 13. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (C) zum Entfernen des Lösungs mittels und die Vorrichtung (D) zum Bestrahlen des vom Lösungsmittel befreiten Substratbandes zu einem gemeinsamen baulichen Aggregat vereinigt sind. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame bauliche Aggregat auch die Vor richtung (B) zum Tränken oder Belegen des Substrats mit dem Lösungsmittel bzw. mit dem Imprägnier- und Lösungsmittel umfasst. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Führungsmittel, durch die das Substratband (f) in laufendem Zustande von einer Zufuhr- oder Vorrats stelle (10) - gegebenenfalls durch ein Tauchbad (B) oder einer entsprechenden Beschichtungsvorrichtung der Vorrichtung (C) zum Entfernen des Lösungsmittels und anschliessend der Vorrichtung (D) zum Bestrahlen zugeführt wird. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da durch gekennzeichnet, dass zum Entfernen des Lösungs mittels Düsen (11) zum Anblasen des Substratbandes (f) mittels Luft- oder Gasstrahlen vorgesehen sind. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, da durch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Elektronenbeschleuniger (13), ein Elektronenstrahl Ablenksystem (14) für zwei zueinander senkrechte Richtungen (in Laufrichtung und quer zur Laufrichtung des Substrates) sowie ein Elektronenstrahl-Austrittsfenster (Lenard-Fenster) zum aufgefächerten Bestrahlen des Substratbandes aufweist.

Inventors: ROMER, MANFRED, ZEH, WERNER, Römer, Manfred
Applicants: DURR ANLAGENBAU GMBH, WIKOLIN POLYMER CHEMIE GMBH
Application year: 1980
Main classification: D21H1
IPC codes: D21H19, B05C9, D06M101, D06M14, D21H25, D06M15