CZ2002184A3 - Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy - Google Patents
Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2002184A3 CZ2002184A3 CZ2002184A CZ2002184A CZ2002184A3 CZ 2002184 A3 CZ2002184 A3 CZ 2002184A3 CZ 2002184 A CZ2002184 A CZ 2002184A CZ 2002184 A CZ2002184 A CZ 2002184A CZ 2002184 A3 CZ2002184 A3 CZ 2002184A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- fibers
- fiber
- microporous membrane
- porosity
- hollow fibers
- Prior art date
Links
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 14
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 13
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 13
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 11
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 7
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 claims 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 21
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 12
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 13
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 8
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000010622 cold drawing Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 2
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 description 2
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 210000004177 elastic tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 1
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0002—Organic membrane manufacture
- B01D67/0023—Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
- B01D67/0025—Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by mechanical treatment, e.g. pore-stretching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/26—Polyalkenes
- B01D71/261—Polyethylene
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/26—Polyalkenes
- B01D71/262—Polypropylene
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/24—Formation of filaments, threads, or the like with a hollow structure; Spinnerette packs therefor
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/24—Formation of filaments, threads, or the like with a hollow structure; Spinnerette packs therefor
- D01D5/247—Discontinuous hollow structure or microporous structure
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F6/04—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyolefins
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F6/04—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyolefins
- D01F6/06—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyolefins from polypropylene
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/44—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
- D01F6/46—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polyolefins
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
- B01D2325/0283—Pore size
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
- Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2904—Staple length fiber
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy
Oblast techniky
Vynález se týká mikroporézních membránových dutých vláken s fyzikálně mechanickými a filtračními vlastnostmi proměnnými v průběhu délky vláken od vysoké filtrační kapacity střední části po zvýšené pevnostní vlastnosti koncových částí. Tato membránová dutá vlákna ve formě svazků, záclon nebo jiném uspořádání jsou využitelná pro filtraci kapalin a plynů nebo jiné membránové aplikace.
Dosavadní stav techniky
Porézní struktury v dutých vláknech z krystalizujících polymerů jsou vytvářeny dloužením tzv. prekurzoru, to znamená neporézního vlákna, ve kterém je během procesu zvlákňování vytvořena speciální krystalická struktura, označovaná jako tvrdě elastická (hard elastic structure). Taje zvláštní nejen pro svoji neobyčejně vysokou elasticitu vláken nebo fólií ji obsahujících, ale i pro schopnost tvořit mikroporézní struktury při jejich dloužení nad určitou mez. Mechanismus vzniku tvrdě elastické struktury byl studován a popsán v mnoha odborných publikacích během 60. a 70. let minulého století. Jako příklad lze uvést práci Samuelse, podrobně popisující podmínky přípravy PP vláken s vysokým obsahem tvrdě elastické struktury, vliv tepelného následného zušlechtění na míru elasticity vláken , závislost souhrnného objemu pórů na velikosti deformace za pokojové teploty a další poznatky včetně teoretického výkladu pozorovaných jevů. Popsal rovněž vliv tepelného namáhání vláken protažených za pokojové teploty a vystavených teplotám ve fixovaném protaženém stavu. Poukázal na skutečnost, že takto připravená vlákna mají výbornou pevnost.
Zmíněná práce, stejně jako řada dalších, byla zaměřena především na možnost přípravy polymerních vláken o výborných mechanických vlastnostech, přičemž tvorba dutin byla považována spíše za nežádoucí doprovodný jev. Bylo rovněž poukázáno na skutečnost, že podobné chování vykazují nejen vlákna z polypropylénu, ale i z dalších polymerů, jako je polyetylén, polymetylpenten, polybuten a další.
♦ 4* 4« 4 44 «4 « «4·· >444 » 444 4 4 4 4 4 4
444 444
444 44 44 444 44 4444
Souběžně s vývojem vysoce elastických vláken však byla postupně pozornost věnována i praktickému využití mikropórů vznikajících při dloužení polymerů obsahujících tvrdě elastickou strukturu, to znamená přípravě polymerních membrán. Základní princip přípravy mikroporézních membrán technologií dloužení byl poprvé popsán v USP 3.558.764, uvádějícím způsob přípravy mikroporézní folie metodou dloužení neporézní folie z polypropylénu nebo jiných krystalizujících polymerů. V 70.letech byla tato technologie intenzívně rozvíjena v různých detailech a dále patentována.
Obdobný mechanismus tvorby pórů v dutém vláknu z polypropylenu metodou dloužení byl poprvé zmíněn v USP 4.055.696 ( Kamada et al. z Mitsubishi Rayon). Podobný způsob přípravy membrán z polyetylénu byl patentován autory Shindo et al. v USP 4.405.688 a USP 4.541.981. Mikroporézní dutá vlákna s extrémně velkými póry a vysokou porezitou připravená z polyetylénu a polypropylénu byla popsána v USP 5.294.338 a USP 5.547.756. Naopak dutá vlákna s velmi malými póry a současně jejich vysokou hustotou byla popsána v USP 5.013.439.
Všechny citované patenty jsou založeny na metodě dloužení vláken či fólií obsahujících tvrdě elastickou strukturu, kdy póry jsou vytvářeny ve dvou krocích: tzv. studeném dloužení prováděném při pokojové teplotě nebo při teplotě pod 370 K, a tzv. horkém dloužení, prováděném při teplotě poměrně blízké teplotě tání daného polymeru. Ve všech případech je proces vzniku porézních struktur popsán jako kontinuální, kdy vznikající porézní duté vlákno nebo fólie vykazuje homogenní parametry ve směru dloužení. Vlákno nebo fólie jsou odvíjeny z cívky, podrobeny studenému a teplému dloužení a opět navíjeny na cívku. Dalším jejich odvíjením jsou pak připravovány svazky nebo záclony, přičemž dalším zpracováním těchto svazků jsou připravovány nej různější typy modulů vhodných pro filtraci kapalin a plynů nebo jiné membránové aplikace.
Jedním z největších problémů, na které naráží membránové filtrační procesy, je vytváření různých vrstev nečistot na povrchu membrány (tzv. filtrační koláč). Tyto vrstvy musí být kontinuálně nebo periodicky odstraňovány, má-li být proces dlouhodobě udržitelný na požadovaném výkonu či průtoku.
Jednou z nejvíce využívaných filtračních aplikací jsou tzv. vnořené či ponořené systémy (tank-submerged type membrane filtration), kdy do nádrže s nečistou kapalinou jsou volně ponořeny svazky nebo záclony dutých vláken opatřených na jednom nebo obou koncích vhodnými koncovkami, umožňujícími odsávat z vnitřních dutin vláken kapalinu prošlou přes jejich porézní stěnu. Sacím čerpadlem nebo podtlakem vyvolaným gravitačně je přes
• · 0 · • · · • · ·
0 0
0· ···· mikroporézní stěny vláken odsávána čistá kapalina a nečistoty zůstávají v nádrži. Aby nečistoty neulpívaly na povrchu vláken, jsou vlákna vystavena různým metodám agitace, to znamená nuceného pohybu zajišťujícího odpadávání nečistot. Agitace může být realizována několika způsoby, např. mechanickým periodickým nuceným kmitáním konců svazků, intenzivním prouděním kapaliny anebo vystavením vláken proudu hrubších bublin vzduchu. Agitace musí být natolik rasantní, aby byl zajištěn dlouhodobý filtrační proces bez výraznějšího zanášení pórů. V každém z uvedených agitaČních procesů jsou vlákna mechanicky namáhána, a to zejména v blízkosti koncovek. Toto namáhání může být tak velké, že může být překročena únavová mechanická pevnost vláken.
Únavová pevnost vláken výrazně klesá se zvyšující se porezitou. Podobně výrazně na porezitě závisí i odolnost dutých vláken proti ohybu o malém poloměru, nazývaná odolností proti zalomení. Při velmi rasantní agitaci mohou hydrodynamické síly způsobit natolik ostré zahnutí vláken, že v daném místě dojde k poškození struktury membrány a případně i vzniku trhliny či dokonce přetržení vlákna. Každé takové poškození membrány způsobuje selhání filtračního elementu. Z těchto důvodů nemůže být u membrán s konstantní vysokou porezitou použita agitace libovolně rasantní. Současně je však vysoká porezita žádoucí pro dosažení vysokých měrných filtračních výkonů či průtoků, určujících ekonomiku filtračního procesu. Jedná se tedy o protichůdné požadavky a doposud bylo proto nutné volit určitý kompromis.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky a nevýhody dosavadních typů mikroporézních dutých vláken do značné míry odstraňují mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi podle vynálezu a způsob jejich přípravy. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vlákna, tvořená stěnami se soustavou štěrbinových mikropórů orientovaných ve směru délky vláken, mají velikost a hustotu štěrbinových mikropórů konstantní v příčném řezu vlákna a proměnnou v průběhu délky vlákna tak, že směrem ke koncům vlákna se velikost a hustota štěrbinových mikropórů snižuje.
Mikroporézní membránová dutá vlákna podle vynálezu mohou mít střední část s porezitou 20 až 90 %, s výhodou 40 až 60 %, a koncové části vláken pak s porezitou 10 až 50 %, s výhodou 20 až 40 %. Přitom střední část vláken o vyšší porezitě má délku 0,1 až lOm, s výhodou 0,5 až 2,0 m, koncové části vláken o nižší porezitě pak mají délku 0,02 až 0,5 m, s výhodou 0,1 až 0,2 m.
: :··. ,:. ......
.:. *··* *··* ... ·· ····
Mikroporézní membránová dutá vlákna podle vynálezu jsou vyrobena z polyolefinů, především z polyetylénu, polypropylénu nebo jejich směsí.
Podstata způsobu přípravy mikroporézních membránových dutých vláken podle vynálezu spočívá v tom, že zvlákňováním taveniny polymeru se připraví duté neporézní vlákno - prekurzor, který se v neprotaženem stavu žíhá při teplotě ne menší než 40 K pod teplotou tání polymeru po dobu alespoň 0,5 li, toto vlákno se dlouží o 7 až 50 % za normální teploty rychlostí nejméně 20 % za minutu, následuje dloužení za normální či zvýšené teploty v komoře umožňující délkově periodické tepeiné stínění vlákna o alespoň -2 K, přičemž toto dloužení probíhá rychlostí do 50 % za minutu, vzniklý produkt se stabilizuje při teplotě nižší nebo rovné teplotě tepelného stínění, načež se vlákna rozřežou v místech tepelného stínění a paralelně se uspořádají, nejčastěji do svazků nebo záclon.
Tato vlákna jsou do svazků nebo záclon organizována tak, že v okolí koncovek mají vlákna v důsledku tepelného stínění a menšího dloužení nižší porezitu a menší póry, jsou tedy v těchto místech mechanicky podstatně odolnější proti únavovému poškození nebo případnému zalomení. Tento efekt je tím cennější, čím je výraznější výše zmíněná agitace vláken při filtračním procesu, neboť ta jsou mechanicky nejvíce namáhána právě v oblasti koncovek. Naproti tomu zbývající a podstatná část délky vláken má porezitu i velikost pórů vyšší. Filtrační element takových vlastností může proto dosahovat vysokých výkonů či toků a současně být odolným proti mechanickému poškození únavovým lomem v koncích vláken.
V závislosti na délkovém intervalu tepelného stínění je možno modifikovat délku L střední části vlákna o vysoké pořezi tě k délce 1 koncové části o menší porezitě, což znamená možnost délkové variability konstrukce filtračních modulů, svazků nebo záclon při zachování NCP (non-constant porous) principu, tedy podstaty vynálezu.
V rámci způsobu přípravy mikroporézních dutých vláken podle vynálezu je možno provádět dloužení HDPE dutých NCP vláken i za normální pokojové teploty, pokud je rychlost dloužení velmi nízká a současně jsou místa se sníženou porezitou chlazena na teplotu nižší oproti okolí.
Pro způsob přípravy dutých vláken podle vynálezu mohou být využity všechny polymery, které vykazují schopnost tvorby tzv. tvrdě elastické struktury, případně i jejich směsi, to znamená nejen polyetylén a polypropylén, ale i polymetylpenten a další.
Příprava membránových dutých vláken o proměnné porezitě v průběhu délky je založena na poznatku, že velikost pórů a porezita vznikající během dloužení jsou silně závislé nejen na celkovém stupni dloužení, e.e i na teplotě. V místě, kde je během dloužení udržována snížená teplota, vykazuje vlákno sníženou porezitu a tedy zvýšenou mechanickou odolnost. Tato citlivost na místní snížení teploty není u různých polymerů stejná. Je výrazně vyšší u HDPE a naopak nižší u PP. Tyto rozdíly souvisí s rozdílným chováním polymerů během dloužení, to znamená zejména se strmostí jejich tahových křivek (závislost napětí na deformaci) získaných za různých teplot.
Hlavním přínosem řešení mi kro porézních membránových dutých vláken podle vynálezu je nejen odstranění nedostatku - nu: stí hledání optimální porezity a velikosti pórů s ohledem na požadovanou rasantnost agitace vláken během filtračního procesu, ale i získání velmi efektivního způsobu přípravy filtračních svazků, záclon nebo modulů o požadovaných parametrech bez nutnosti úpravy výrobního souboru. Prostým nastavením výchozí a konečné periody opakování míst se sníženou porezitou, volbou teplotního profilu a rychlosti dloužení lze na jediném zařízení připravovat \’CP membránu typu duté vlákno o různé velikosti pórů i porezitě , jakož i o různé konečné délce svazků membrán z nich později připravených, při zachování výhody mechanicky velmi odolných konců.
Příklady provedení vynálezu
V následujících příkladech je pro tes: tvání vlastností membrán používáno metod:
pro měření průměru a tloušťky vláken mikroskopie kalibrované pomocí objektivového mikrometrického standardu
- pro měření propustnosti pro vzduch volumetrické metody stanovení objemu vzduchu prošlého za určitý čas 5cm kouskem membrány utěsněné voskem do koncovky tlakové hadičky při zaslepeném druhém konci vzorku membrány při tlaku vzduchu 50 kPa tlakovaného dovnitř vlákna
- pro měření propustnosti pro s odu byly použity reálné moduly o celkové ploše vnitřního povrchu vláken 0,5 m2 ponořených do nádoby s pitnou vodou a odsávaných na obou koncích odstředivým čerpadl. n v sacím režimu při podtlaku -75kPa pro hodnocení odolnosti pro· i ohybu bylo použito jednoduché praktické zkoušky, při které je z kousku vlákna utvořena smyčka překřížením obou konců, která je oběma « tt • * · · • · · konci utahována nad rastrem s milimetrovým krokem, přičemž jako kriterium odolnosti je brán průměr, při kterém do jde v některém místě ke zborcení vlákna.
Příklad 1
HDPE prekurzor byl připraven vytlačováním polymeru Borealis HE 8361 ( hustota 963 kg/m3, tavný index 0,5) při teplotě vytlačování 210°C a teplotě vytlačovací hlavy 150°C přes hubici o průměru 4 mm a trn o průměru 3,2 mm bez vnějšího chlazení při výtokové rychlosti 33 cm/min. Vlákno bylo odtahováno rychlostí 140 m/min a navíjeno na cívku.
Výsledný prekurzor měl vnější průměr 320p.m a tloušťku stěny 40μηη.
Cívka s prekurzorem byla temperována 12 hod při teplotě 120°C.
Studené dloužení 15% bylo proveden o při normální teplotě rychlostí 35%/min.
Teplé dloužení bylo provedeno tak. že část L byla dloužena při 75°C rychlostí 15%/min při konečném dloužícím poměru 150%, část 1 byla udržována na teplotě 70°C.
Fixace byla provedena při teplotě 70cC po dobu 1 hod.
Po rozřezání a uspořádání vláken byl získán svazek PE filtrační membrány, mající v části L porezitu 55%, propustnost pro vzduch 130 L/m2sb a odolnost proti ohybu 16 mm. V části 1 měl svazek porezitu 37%, propustnost pro vzduch 67L/m2sb (litrů na metr čtvereční za sekundu při tlaku jeden bar) a odolní st proti ohybu 2 mm. Tahová pevnost vláken byla v obou případech 1,7 N.
Délka části L (filtrační) byla 600 mm délka části 1 (kotvicí) pak 100 mm.
Z uvedeného svazku 1300 vláken byl tmelením PUR tmelem zhotoven filtrační modul délky 750 mm, který vykazoval propustnost pro vodu 600 L/MHB (litrů na metr čtvereční za hodinu při tlaku jeden bar).
Příklad 2
PP prekurzor byl připraven vytlačováním polymeru Mosten 58312 (tavný index 2,5) při teplotě vytlačování 215 °C a teplotě vytlačovací hlavy 205°C přes hubici o průměru 8 mm a trn o průměru 7 mm při výtokové rychlostí 14 cm/min. Vlákno bylo odtahováno rychlostí 100 m/min a navíjeno na cívku s minimák.ím potřebným tahem.
• ·· 99 9 99 ·· • · * ···· · ♦ · » · ·· ·· · ·· · ······ · · · 9 9
9 9 9 9 9 9 9 9
999 99 99 999 9· 9999
Cívka s prekurzorem byla temperová ia 12 hod při teplotě 145°C.
Studené dloužení 10% bylo provede:'o při rychlosti dloužení 35%/min.
Teplé dloužení bylo provedeno tak, že část L byla dloužena při teplotě 130°C rychlostí 5%/min do konečného dloužícího poměru 15o%, část 1 byla udržována na teplotě 120°C.
Fixace byla provedena při teplotě 12t °C po dobu 30 min.
Po rozřezání a uspořádání byl získán svazek PP membrány o vnějším průměru 295pm, mající v Části L porezitu 54 %, propustnos; pro vzduch 95 L/m2sb a odolnost proti ohybu 22 mm.V části 1 měl svazek porezitu 32 %, propustnost pro vzduch 39 L/m2sb a ohybovou odolnost 6 mm. Tahová pevnost vláken byla v onou případech 2N.
Délka části L byla 600 mm, délka čár ti 1 120 mm.
Z uvedeného svazku 1400 vláken byl tmelením získán filtrační modul délky 750 mm, který vykazoval propustnost pro vodu 400 L/MHB.
Příklad 3
Ze směsi 80% HDPE Borealis HE 8361, 10% HDPE Mobil HMA 014 (hustota 964 kg/m3 a tavný index 4) a 10% P? Mosten 58312 byl připraven prekurzor při teplotě vytlačování 220°C a teplotě vytlačc ací hlavy 175 °C přes hubici o průměru 15 mm a trn o průměru 11 mm bez vnějšího chlazení při výtokové rychlosti 4,2 cm/min. Vlákno bylo odtahováno rychlostí 55 m/min bez vnějšího chlazení.
Výsledný prekurzor měl vnější prům V 520pm a tloušťku stěny 80μιη.
Cívka s prekurzorem byla temperová ía 16 hod při teplotě 120°C.
Studené dloužení 20% bylo provede 10 při normální teplotě rychlostí 50%/min.
Další dloužení bylo provedeno tak. že část L byla dloužena za normální teploty 23°C při konečném celkovém dloužení 250% rychlostí dloužení 0,003%/min, část 1 byla udržována na teplotě 20°C ( okolní teplota v místnosti byla 17°C).
Po rozřezání a uspořádání memi rány a její rozměrové stabilizaci byl získán svazek polyolefinícké membrány o průměru 460pm, mající v části L porezitu 46% a propustnost pro vzduch 68 L/m2sb a odolnost proi ohybu 32 mm. V části 1 měl svazek porezitu 32% a propustnost pro vzduch 27 L/m2sb a odolnost proti ohybu 14 mm. Tahová pevnost vláken byla
5N.
• ·
Délka části L byla 1800 mm, délka časti 1 pak 150 mm.
Z uvedeného svazku 500 vláken byl tmelením zhotoven filtrační modul délky 2000 mm, který vykazoval propustnost pro vodu 35C L/MHB.
Příklad 4
Polyolefmický prekurzor byl p řipraven za podmínek dle příkladu 3 s tím, že ke směsi polyolefmů byla přimíchána titanová běloba TiO2 rutilového typu vysoké jemnosti částic (deklarováno 0,23um) v koncentraci 0,7% hmotnostních. Ostatní podmínky přípravy prekurzoru zůstaly nezměněny. Výhledný prekurzor měl vnější průměr 540 gm a tloušťku stěny 80 gm.
Cívka s prekurzorem byla temperoví, na 12 hod při 120°C.
Studené dloužení 20% bylo provede ό za normální teploty.
Teplé dloužení do celkového dloužícího poměru 300% bylo provedeno tak, že část L byla udržována na teplotě 85°C, část 1 na teplotě 80°C.
Fixace byla provedena 30 min při teplotě 80°C.
Vzniklý svazek 400 vláken měl v čásii L porezitu 58% a propustnost pro vzduch 124 L/ m2sb, v části 1 měl porezitu 41% a propustnost pro vzduch 76 L/ m2sb. Tahová pevnost vláken byla 4 N.
Délka části L byla 1500 mm, délka časti 1 byla 120 mm.
Filtrační modul délky 1600 mm vykazoval propustnost pro vodu 900 L/MHB.
Claims (5)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi, tvořená stěnami se soustavou štěrbinových mikropórů orientovaných ve směru délk. vláken, vyznačující se tím, že velikost a hustota štěrbinových mikropórů je konstantní v příčném řezu vlákna a proměnná v průběhu délky vlákna tak. že směrem ke koncům vlákna se velikost a hustota štěrbinových mikropórů snižuje.
- 2. Mikroporézní membránová dutá vlákna podle nároku 1,vyznačující se tím, že střední část vláken má porezitu 20 až 90 %, s výhodou 40 až 60 %, a koncové části vláken pak mají porezitu 10 až 50 %, s výhodou 20 až 40 %.
- 3. Mikroporézní membránová dutá vlákna podle nároku 1,vyznačující se tím, že střední část vláken o vyšší porezitě má délku 0,1 až 10 m, s výhodou 0,5 až 2,0 m, a koncové části vláken o nižší porezitě pak mají délku 0,02 až 0,5 m, s výhodou 0,1 až 0,2 m.
- 4. Mikroporézní membránová dutá vlákna podle nároku 1,vyznačující se tím, že jsou vyrobena z polyolefinů, především z polyetylénu, polypropylénu nebo jejich směsí.
- 5. Způsob přípravymikroporézních membránových dutých vláken podle nároku 1, vyznačující se tím, že zvlákňováním taveniny polymeru se připraví duté neporézní vlákno - prekurzo/, který se temperuje při teplotě ne menší než 40 K pod teplotou tání polymeru po dobu alespoň 0,5 h, toto vlákno se dlouží o 7 až 50 % za normální teploty rychlostí nejméně 20 % za minutu, následuje dloužení za normální či zvýšené teploty v komoře umožňující délkově periodické tepelné stínění vlákna o alespoň -2 K, přičemž toto dloužení probíhá rychlostí do 50 % za minutu, vzniklý produkt se stabilizuje fixací při teplotě stejné nebo nižší než byla teplota v místě tepelného stínění, načež se vlákna rozřežou v místech tepelného stínění a paralelně se uspořádají, nejčastěji do svazků nebo záclon.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2002184A CZ2002184A3 (cs) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy |
| AU2003235690A AU2003235690A1 (en) | 2002-01-16 | 2003-01-09 | Microporous holow fiber membrane with lengthwise variable mechanical and filtration properties and the method of their preparation |
| US10/501,585 US20050112371A1 (en) | 2002-01-16 | 2003-01-09 | Microporous hollow fiber membrane with lengthwise variable mechanical and filtration properties and the method of their preparation |
| PCT/CZ2003/000001 WO2003059496A2 (en) | 2002-01-16 | 2003-01-09 | Microporous holow fiber membrane with lengthwise variable mechanical and filtration properties and the method of their preparation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2002184A CZ2002184A3 (cs) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2002184A3 true CZ2002184A3 (cs) | 2003-09-17 |
Family
ID=5473648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2002184A CZ2002184A3 (cs) | 2002-01-16 | 2002-01-16 | Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050112371A1 (cs) |
| AU (1) | AU2003235690A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ2002184A3 (cs) |
| WO (1) | WO2003059496A2 (cs) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304206B6 (cs) * | 2012-11-12 | 2014-01-02 | Vysoké Učení Technické V Brně | Způsob zdrsnění dutých polymerních vláken |
| CZ305208B6 (cs) * | 2013-11-19 | 2015-06-10 | Vysoké Učení Technické V Brně | Způsob úpravy dutého vlákna pro výměníky tepla |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2365817A1 (en) | 2001-12-11 | 2003-06-11 | Pierre Cote | Methods of making stretched filtering membranes and membrane modules |
| WO2010108285A1 (en) | 2009-03-26 | 2010-09-30 | Asteia Technology Inc. | Non-braided reinforced hollow fibre membrane |
| US9061250B2 (en) | 2009-06-26 | 2015-06-23 | Bl Technologies, Inc. | Non-braided, textile-reinforced hollow fiber membrane |
| AU2011302393B2 (en) | 2010-09-15 | 2016-09-08 | Bl Technologies, Inc. | Method to make a yarn-reinforced hollow fibre membranes around a soluble core |
| US9321014B2 (en) | 2011-12-16 | 2016-04-26 | Bl Technologies, Inc. | Hollow fiber membrane with compatible reinforcements |
| US9643129B2 (en) | 2011-12-22 | 2017-05-09 | Bl Technologies, Inc. | Non-braided, textile-reinforced hollow fiber membrane |
| US9022229B2 (en) | 2012-03-09 | 2015-05-05 | General Electric Company | Composite membrane with compatible support filaments |
| US8999454B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-04-07 | General Electric Company | Device and process for producing a reinforced hollow fibre membrane |
| US9227362B2 (en) | 2012-08-23 | 2016-01-05 | General Electric Company | Braid welding |
| CN115430202B (zh) * | 2022-09-06 | 2023-10-27 | 苏州贝林微纤科技有限公司 | 一种大堆积密度纸纤维助滤剂及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3558764A (en) * | 1966-09-06 | 1971-01-26 | Celanese Corp | Process for preparing microporous film |
| JPS5215627A (en) * | 1975-07-09 | 1977-02-05 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Porous polypropylene hollow fibers and a process for manufacturing the m |
| ZA80465B (en) * | 1979-02-13 | 1981-08-26 | Celanese Corp | Process for preparing hollow microporous polypropylene fibers |
| US4405688A (en) * | 1982-02-18 | 1983-09-20 | Celanese Corporation | Microporous hollow fiber and process and apparatus for preparing such fiber |
| US4541981A (en) * | 1982-02-18 | 1985-09-17 | Celanese Corporation | Method for preparing a uniform polyolefinic microporous hollow fiber |
| JPS59196706A (ja) * | 1983-04-22 | 1984-11-08 | Dainippon Ink & Chem Inc | 不均質膜およびその製造方法 |
| US5084173A (en) * | 1985-05-27 | 1992-01-28 | Asahi Medical Co., Ltd. | Hydrophilic composite porous membrane, a method of producing the plasma separator |
| JPH0775622B2 (ja) * | 1985-07-16 | 1995-08-16 | テルモ株式会社 | 人工肺用中空糸膜、その製造方法およびその中空糸膜を用いた人工肺 |
| DE3803341A1 (de) * | 1988-02-04 | 1989-08-10 | Sartorius Gmbh | Fluidundurchlaessige stellen aufweisende poroese membranfilter und ihre verwendung |
| US5013439A (en) * | 1988-05-12 | 1991-05-07 | Hoechst Celanese Corporation | Microporous membranes having increased pore densities and process for making the same |
| US5698101A (en) * | 1990-07-09 | 1997-12-16 | Memtec Limited | Hollow fiber membranes |
| EP0513390B1 (en) * | 1990-11-28 | 1996-02-14 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Porous hollow fiber membrane of polyethylene and production thereof |
| US5232642A (en) * | 1991-02-08 | 1993-08-03 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Process of making porous polypropylene hollow fiber membrane of large pore diameter |
| JPH0780263A (ja) * | 1993-09-14 | 1995-03-28 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | ポリプロピレン多孔質中空糸膜の製造方法 |
| WO1998052683A1 (fr) * | 1997-05-19 | 1998-11-26 | Asahi Medical Co., Ltd. | Membrane hemocathartique en fibres creuses a base de polysulfone et ses procedes de production |
| DE60020675T2 (de) * | 1999-01-29 | 2006-05-04 | Mykrolis Corp., Bedford | Verfahren zur herstellung von hohlfiber-membranen |
-
2002
- 2002-01-16 CZ CZ2002184A patent/CZ2002184A3/cs unknown
-
2003
- 2003-01-09 AU AU2003235690A patent/AU2003235690A1/en not_active Abandoned
- 2003-01-09 US US10/501,585 patent/US20050112371A1/en not_active Abandoned
- 2003-01-09 WO PCT/CZ2003/000001 patent/WO2003059496A2/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304206B6 (cs) * | 2012-11-12 | 2014-01-02 | Vysoké Učení Technické V Brně | Způsob zdrsnění dutých polymerních vláken |
| CZ305208B6 (cs) * | 2013-11-19 | 2015-06-10 | Vysoké Učení Technické V Brně | Způsob úpravy dutého vlákna pro výměníky tepla |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2003059496A3 (en) | 2004-03-18 |
| AU2003235690A8 (en) | 2003-07-30 |
| WO2003059496A2 (en) | 2003-07-24 |
| US20050112371A1 (en) | 2005-05-26 |
| AU2003235690A1 (en) | 2003-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0050399B1 (en) | Microporous polyethylene hollow fibers and a process for preparing the same | |
| KR100991596B1 (ko) | 할라 막 | |
| CZ2002184A3 (cs) | Mikroporézní membránová dutá vlákna s podélně proměnnými mechanickými a filtračními vlastnostmi a způsob jejich přípravy | |
| EP1935480B1 (en) | Process for producing a porous multilayered hollow-fiber membrane | |
| EP1369168B1 (en) | Method for producing hollow fibre membranes | |
| Shilton et al. | The rheology of fibre spinning and the properties of hollow-fibre membranes for gas separation | |
| JP2014240071A (ja) | 異形多孔性中空糸膜、異形多孔性中空糸膜の製造方法、異形多孔性中空糸膜を用いたモジュール、ろ過装置、及び水処理方法 | |
| GB2041821A (en) | Process for Preparing Hollow Microporous Polypropylene Fibers | |
| JPH0775622B2 (ja) | 人工肺用中空糸膜、その製造方法およびその中空糸膜を用いた人工肺 | |
| JPH08506376A (ja) | 微孔性ｐｐｓ膜製造法 | |
| CN102348495A (zh) | 1，1-二氟乙烯系树脂中空丝多孔膜及其制造方法 | |
| JP5412938B2 (ja) | 中空糸モジュールおよびその製造方法 | |
| KR20190022546A (ko) | 복합 다공질 중공사막, 복합 다공질 중공사막 모듈 및 복합 다공질 중공사막 모듈의 운전 방법 | |
| EP1063004A1 (en) | Composite hollow fiber membrane and its manufacture | |
| JP2000288365A (ja) | 中空糸膜およびその製造方法 | |
| JP6939554B2 (ja) | 複合多孔質中空糸膜、複合多孔質中空糸膜の製造方法、複合多孔質中空糸膜モジュール及び複合多孔質中空糸膜モジュールの運転方法 | |
| WO2014148470A1 (ja) | 多孔性中空糸膜及び多孔性中空糸膜の製造方法 | |
| JPS6342006B2 (cs) | ||
| JPS5825371B2 (ja) | 異方性膜及びその製法 | |
| JPH11262764A (ja) | 浄水器 | |
| JPS62269706A (ja) | ポリオレフイン多孔質中空糸複合膜及びその製法 | |
| JP2004174408A (ja) | 中空糸膜の製造方法および製造装置 | |
| JP2932189B2 (ja) | 多孔質中空糸膜および中空糸膜型人工肺 | |
| JP2015171697A (ja) | 複合中空糸膜およびその製造方法 | |
| JP6051750B2 (ja) | ポリオレフィン多孔質中空糸膜及びその製造方法 |