DE68922264T2

DE68922264T2 - Membranbaueinheit.

Info

Publication number: DE68922264T2
Application number: DE68922264T
Authority: DE
Inventors: Hove Roelf Johannes Ten
Original assignee: Stork Friesland BV
Current assignee: X Flow BV
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-06
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: ATE121312T1; US5034129A; EP0362917A1; JPH02125726A; NL8802225A; DE68922264D1; EP0362917B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Membranbaueinheit, die mit einem Träger versehen ist, der eine Schicht einer makromolekularen Substanz mit Membranwirkung trägt.
Eine derartige Membran ist bekannt.
Ein Vliesstoff wird normalerweise als Träger bei der Herstellung von Membranen verwendet. In der Praxis wurde jedoch festgestellt, daß die Qualität der Membran weitgehend von leichten Fluktuationen in der Qualität des als Träger verwendeten Vliesstoffes abhängt. Insbesondere die Struktur, Homogenität, Faserkohäsion, Porosität, das Streck-/Zieh-Verhältnis und die Streck-/Zugfestigkeit des zu verwendenden Vliesstoffes sind wichtig.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die oben genannten Nachteile durch Verwendung eines Kompositträgers beseitigt werden können, der eine Schicht mit offener kohäsiver Struktur, die aus einem gewirkten oder gewebtem Textilprodukt besteht, sowie eine tragende Schicht umfaßt.
Die erfindungsgemäße Membranbaueinheit ist in Anspruch 1 definiert.
Die makromolekulare Substanz ist vorzugsweise ein Polymer, wie z.B. ein Polysulfon. Dieses Polymer hat sich zur Herstellung von Membranen als sehr geeignet erweisen.
Andere für diesen Zweck verwendbare Polymere sind Celluloseacetat, Polyethersulfon, Polyacrylnitril, Polyhydantoin, Polyvinylchlorid, Modacryl, Polyamid u.dgl.
Der in der Membranbaueinheit vorliegende Kompositträger kann eine Packungsdichte haben, die sich in Richtung auf die Oberfläche ohne Membranwirkung hin erhöht.
Es wird angemerkt, daß die Packungsdichte das Trägervolumen pro Volumeneinheit bedeuten soll.
Ein Teil des Trägers hat eine regelmäßige homogene Struktur.
Es wird ein gewirktes oder gewebtes Textilprodukt, insbesondere eine gewebte oder gewirkte Anordnung von Polyesterfäden, verwendet.
Die tragende Schicht hat zweckmäßigerweise eine asymmetrische Struktur.
Die tragende Schicht ist ein Vliesstoff, insbesondere ein solcher aus Kunststoff. Die die flauschige Oberfläche bildenden Fasern können damit offensichtlich eine äußerst gute Verankerung der makromolekularen Substanz sicherstellen.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Verwendung eines doppelschichtigen Vliesstoffes als Membranträger aus der EP-A-0 081 869 bekannt ist. Die zwei Vliesstoffe sind dort jedoch mittels eines Klebstoffes, insbesondere eines Schmelzklebstoffes, miteinander verbunden. Dieser bekannte Membranträger liegt in Form eines Schlauches vor, in dem die Vliesstoffe durch Schweißungen relativ zu einander gegen eine Verschiebung in solcher Weise fixiert sind, daß die Schweißung des äußeren Vliesstoffschlauches derjenigen des inneren Vliesstoffschlauches entgegengesetzt ist.
Im Gegensatz zu diesem bekannten doppelschichtigen Vliesstoff ist gefunden worden, daß man eine gute Haftung zwischen dem Träger und der tragenden Schicht in Abwesenheit eines Klebstoffes erhalten kann. Überraschenderweise wurde tatsächlich gefunden, daß die tragende Schicht mittels der makromolekularen Substanz, die auch zur Ausbildung der Membran verwendet wird, mit den anderen Teilen des Kompositträgers verbunden wird, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Polymerlösung, aus der die Membran gebildet wird, während deren Bildung durch den Kompositträger mit offener kohäsiver Struktur dringen kann und als Bindemittel wirkt. Bei der Herstellung eines Schlauches ist es daher nicht nötig, daß die Teile des Kompositträgers mittels Schweißungen aneinander fixiert werden, wie dies in der EP-A-0 081 869 gefordert wird. Die Schweißungen können bei einem Schlauch, der aus der erfindungsgemäßen Membranbaueinheit hergestellt ist, insbesondere übereinander oder in einer relativen Versetzung zueinander liegen.
Es wird darauf hingewiesen, daß man eine besonders gute Haftung erreichen kann, wenn die Schicht mit offener kohäsiver Struktur auf der weniger glatten Seite des als tragende Schicht verwendeten Vliesstoffes angeordnet ist.
Die auf dieser Seite hervortretenden Fasern können dann für eine zusätzliche Verankerung sorgen.
Zum Vergleich wird darauf hingewiesen, daß eine Membran, die einen Vliesstoff umfaßt, auf der eine Polysulfonschicht aufgebracht ist, Druckunterschiede von maximal 0,3 bar während des Rückspülens aushalten kann; eine erfindungsgemäße Membran, die einen Vliesstoff umfaßt, der mit einer Schicht mit offener kohäsiver Struktur und einer Sulfonschicht versehen ist, kann dagegen mindestens 1 bar aushalten.
Es wurde auch gefunden, daß die regelmäßige homogene Struktur des Trägers dazu führt, daß die darauf ausgebildete schwammartige Polymerschicht, z.B. Polysulfon, weniger Mängel aufweist und daher regelmäßiger ist.
Die Dicke der tragenden Schicht beträgt vorzugsweise 20 bis 60 % der Gesamtdicke des Kompositträgers, während die Membranbaueinheit vorzugsweise schlauchartig ist.
Die Erfindung wird im einzelnen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Membranbaueinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Membranbaueinheit in perspektivischer Ansicht, in der Teile des äußeren Schlauches entfernt sind;
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II;
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Membranschlauches mit dem Kompositträger gemäß der Erfindung;
Fig. 5 zeigt schematisch die Herstellung einer flachen Membranbaueinheit.
Obgleich die Erfindung in den Figuren 2 bis 4 mit Bezug auf eine schlauchartige Membranbaueinheit veranschaulicht wird, ist die Erfindung nicht auf die schlauchartige Form beschränkt, und man kann auch eine flache Membranbaueinheit bilden.
Die Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Membranbaueinheit gemäß der Erfindung; diese umfaßt eine Schicht 2 mit offener kohäsiver Struktur, auf die eine Schicht 6 aus einer makromolekularen Substanz, insbesondere einem Polymer, mit Membranwirkung aufgebracht ist. Diese Schicht 6 hat eine schwamartige Struktur. Das Membranmaterial dringt beim Aufbringen auf Schicht 2 teilweise durch die in der offenen Struktur vorliegenden Öffnungen, wie z.B. 4. Wie angegeben, ist die Schicht 2 auf der von Schicht 6 abgewandten Seite mit einer tragenden Schicht 3 versehen.
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Schlauch mit einem Kompositträger gemäß der Erfindung, der einen äußeren Schlauch oder eine tragende Schicht 3, hergestellt aus einem Vliesstoff, umfaßt und mit einer durch Ultraschallschweißung erhaltenen Längsschweißnaht oder einer spiralförmigen Schweißung 5 versehen ist. Diese Schweißung erstreckt sich hier in den inneren Schlauch oder die Schicht 2 hinein. In Abhängigkeit von der Herstellung der schlauchartigen Membranbaueinheit kann die Schweißung der tragenden Schicht jedoch auch relativ zu derjenigen von Schicht 2 versetzt sein.
Im Inneren des äußeren Schlauches oder der tragenden Schicht 3 befindet sich ein innerer Schlauch oder eine Schicht 2 aus einem gewebten oder gewirkten Textilprodukt, wie Polyesterfasern, von etwa 0,12 mm Dicke. Diese Schicht hat eine offene kohäsive Struktur.
Eine Membranschicht 6 mit einer Oberflächenschicht 7 für Membranfiltrationszwecke, die z.B. aus Celluloseacetat oder Polysulfon u.dgl. hergestellt ist, ist auf der Innenseite von Schicht 2 angeordnet.
Das Membranmaterial geht teilweise durch die offene Struktur des inneren Schlauches oder der Schicht 2 hindurch (als 6' angezeigt) und wirkt als Bindemittel zwischen Schicht 2 und der tragenden Schicht 3, so daß das Material dieser zwei Schichten miteinander verbunden wird.
Weil das Material von Schicht 2 ein gewirktes oder gewebtes Textilprodukt ist, ist es klar, daß dieser Schlauch es verhindert, daß lose Fasern, die von der tragenden Schicht 3 freigesetzt werden können, wenn diese aus einem Vliesmaterial hergestellt ist, in die Membranschicht 6 eindringen.
Ein solcher Vliesstoffschlauch hat den großen Vorteil, daß er während des Membranersatzes bzw. -austauschs leichter ersetzt werden kann als ein Vliesstoffschlauch, der aus einem Vliesstoff mit einer Dicke hergestellt ist, die der Dicke des für Schicht 2 oder die tragende Schicht 3 verwendeten Vliesstoffes entspricht, weil sich eine größere Starrheit bei Verwendung der gleichen Menge an Textilprodukt ergibt
Schließlich wird auch darauf hingeweisen, daß die Beständigkeit dieser Schläuche gegen äußeren Überdruck erheblich größer ist als die der bekannten Vliesstoffschläuche mit Längsnahtschweißung oder Spiralschweißung, die mit einem einzigen Vliesstoff der gleichen Dicke versehen sind.
Weil das Membranmaterial auch als Bindemittel zwischen Schicht 2 und der tragenden Schicht 3 wirkt und weil diese zwei Schichten daher bereits entlang ihrer gesamten Oberflächen zusammen verbunden sind, können die Schweißungen, die für die schlauchartige Form in der tragenden Schicht 3 und der Schicht 2 erforderlich sind, an irgendeiner Stelle relativ zueinander angeordnet sein.
Überraschenderweise führt die relativ offene Struktur des gewebten oder gewirkten Stoffes des Trägers zu einer durch Ultraschallschweißen gebildeten sehr glatten Schweißung und läßt keinerlei Schäden der jeweiligen Membrane entstehen, wie sie in einem Vliesstoffschlauch mit einer einzigen Schicht der gleichen Dicke auftreten können.
Wie in Figur 4 gezeigt, wird eine Membran in Form eines Schlauches erfindungsgemäß hergestellt, indem man ein gewebtes oder gewirktes Textilprodukt 11 zur Ausbildung des inneren Schlauches oder der Schicht 2 auf einem Dorn anordnet.
Eine weitere Schicht 12 wird dann auf die Außensseite von Schlauch 2 zur Ausbildung der äußeren oder tragenden Schicht 3 aufgebracht. Diese Schichten 12 und 11 sind aus Polyester- oder Polypropylenfasermaterial, es können aber auch thermoplastische Fasermaterialien hierfür verwendet werden, während die Dicke von Schicht 11 z.B. 0,12 mm und die von Schicht 12 z.B. 0,20 mm betragen. Schicht 12 kann ein Vliesstoff oder ein gewebter oder gewirkter Stoff sein.
Ein Ultraschallschweißelement 10 ergibt eine spiralförmige oder längliche Schweißung im wesentlichen in Schicht 12, wobei sich die Schweißung bis zu Schicht 11 von Schlauch 2 erstreckt, wie in Figur 3 gezeigt.
Schließlich wird der so erhaltene Schlauch einem Membranaufbringelement zugeführt, das mit einem inneren torpedoförmigen Element 9 versehen ist, durch welches eine Membran der gewünschten Dicke auf die Innenseite des Schlauches aufgebracht werden kann.
Die membranbildende Substanz, eine Polymerlösung, dringt durch die offene Struktur der inneren Schicht 2 in die poröse Struktur des äußeren Schlauches 3 ein und wirkt dort als Bindemittel zwischen den zwei Schläuchen.
Die membranbildende Substanz ist z.B. eine Polysulfonlösung, obwohl selbstverständlich auch Lösungen von Polyamid, Modacryl, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Celluloseacetat, Polyethersulfon, Polyhydantoin, Polyetherimid, Polyvinylidenfluorid und ähnlichem verwendet werden können.
Dem Fachmann ist klar, daß die Erfindung nicht auf eine Membranbaueinheit in Form eines Schlauches beschränkt ist, sondern daß auch eine Membranbaueinheit in Form einer Folie hergestellt werden kann.
Eine derartige Herstellung ist in Figur 5 schematisch dargestellt.
Im einzelnen hat die Vorrichtung eine Vorratseinrichtung 13 für das Trägermaterial, z.B. eine Rolle, und eine Trägerzuführungseinrichtung 14. Wie oben beschrieben, umfaßt der Kompositträger auf der einen Seite einen gewirkten oder gewebten Stoff, der insbesondere aus Polyesterfäden hergestellt ist, und auf der anderen Seite eine tragende Schicht, vorzugsweise einen Vliesstoff. Zur Aufbringung der Membranschicht auf die tragende Schicht 2 wird die Kombination aus Schicht 2 und tragender Schicht 3 von der Trägerzuführungseinrichtung zugeführt, und hierzu sind Trägerpositionierungseinrichtungen 14a und 14b vorhanden. Die Membran wird auf Schicht 2 auf der von der tragenden Schicht 3 abgewandten Seite ausgebildet, indem man eine flüssige Lösung eines membranbildenden Materials aus einem Vorratstank 16 bis zur gewünschten Dicke aufbringt, wobei die Schicht 3 durch eine Unterlage 15 nahe des Vorratstankes 16 getragen wird. Um eine Membranschicht von im wesentlichen der gleichen Dicke zu erhalten, ist stromabwärts von Tank 16 eine Abstreichvorrichtung 19 vorgesehen. Die Lösung des membranbildenden Materials dringt auch in die Schicht 2 ein. Das Ganze wird dann durch ein membranbildendes Bad 17 geleitet, in welchem die fertige Membran aus der auf die tragende Schicht 2 aufgebrachten Lösung gebildet wird. Schließlich wird die gesamte Kombination auf eine Rolle 18 aufgewickelt oder zur weiteren Bearbeitung verwendet.
Es muß angemerkt werden, daß die Schichten 2 und 3 in einer an sich bekannten Weise zusammen auf die Rolle 13 aufgewickelt werden.

Claims

1. Membranbaueinheit, die mit einem Kompositträger versehen ist, der eine Schicht eines Polymers mit Membranwirkung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompositträger aus einer einfachen Übereinanderlagerung von Schichten besteht, die auf der einen Seite eine Schicht (2) mit offener kohäsiver Struktur, wodurch sich die Schicht (6) des Polymers durch die Schicht mit offener kohäsiver Struktur hindurcherstreckt, welche Schicht (2) aus einem gewirkten oder gewebten Textilprodukt besteht, und auf der anderen Seite eine tragende Schicht (3) auf der von der Schicht mit Membranwirkung abgewandten Seite umfaßt, die aus einem Vliestextilprodukt hergestellt ist, und Schicht (2) des Trägers eine regelmäßige homogene Struktur hat, Schicht (3) mittels des Polymermaterials nur an die restlichen Teile des Kompositträgers gebunden ist, während Schicht (2) die weniger glatte Seite von Schicht (3) berührt.

2. Membranbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompositträger eine Packungsdichte hat, die sich in Richtung auf die Oberfläche ohne Membranwirkung hin erhöht.

3. Membranbaueinheit nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) mit offener kohäsiver Struktur aus einer gewirkten oder gewebten Anordnung von Polyesterfäden besteht.

4. Membranbaueinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die tragende Schicht (3) eine größere Packungsdichte als Schicht (2) hat.

5. Membranbaueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tragende Schicht (3) eine asymmetrische Struktur hat.

6. Membranbaueinheit nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der tragenden Schicht (3) 20 bis 60 % der Gesamtdicke des Kompositträgers beträgt.