DE19604573A1

DE19604573A1 - Membran/Träger-Anordnung

Info

Publication number: DE19604573A1
Application number: DE19604573A
Authority: DE
Inventors: Michael Robert Gildersleeve; Tony Alex; Thomas Charles Gsell; Peter John Degen
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1996-08-22
Also published as: JPH08243359A; ITTO960039A0; FR2730421B1; GB2297945B; ITTO960039A1; US5989432A; TW305890B; GB9600596D0; FR2730421A1; IT1284337B1; GB2297945A; CA2160282A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membran/Träger-Anord nung, d. h. eine an einem Trägermaterial haftende Membran. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Her stellung einer solchen Membran/Träger-Anordnung sowie Verfahren zur Verwendung einer solchen Membran/Träger-Anordnung.

Filtrationsmedien werden schon seit vielen Jahren für das Fil trieren von feinen Partikeln aus Fluiden, insbesondere Flüssig keiten, verwendet. Solche Filtrationsmedien sind in einer Viel zahl von Materialien erhältlich, um filtrationsspezifische An forderungen zu erfüllen. Mikroporöse Membranen wie die in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,340,479 beschriebenen sind für das Filtrieren von feinen Materialteilchen aus Fluiden besonders gut geeignet.

Viele Filtrationsmedien wie etwa mikroporöse Membranen besitzen die Fähigkeit, feine Partikel zu entfernen, weisen jedoch un glücklicherweise eine fehlende mechanische Festigkeit auf, z. B. sind sie verhältnismäßig bruchempfindlich. Infolgedessen wird oft ein Trägermaterial mit einem solchen Filtrationsmedium kom biniert, um dem Filtrationsmedium ein adäquates Maß an mechani schem Halt zu geben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Filtrationsmedium in einer Umgebung mit hohen Scherkräften oder gepulster Strömung verwendet oder einem hohen Rückströ mungsdruck unterworfen wird.

Es sind viele Versuche unternommen worden, Filtrationsmedien, insbesondere mikroporöse Membranen, mit geeigneten Trägermate rialien zu kombinieren. Diese Versuche umfassen die Herstellung eines Filtrationsmediums direkt auf ein Trägermaterial, thermi sches Laminieren eines Filtrationsmediums direkt auf ein Trä germaterial sowie die Verwendung eines Klebstoffes zum Befesti gen eines Filtrationsmaterials an einem Trägermaterial. Jedes dieser Verfahren weist Probleme auf, beispielsweise eine schwa che Haftung zwischen Filtrationsmedium und Träger, erhebliche Blockierung der Poren des Filtrationsmediums, Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Filtrationsmediums und die Einführung von möglichen Quellen von Verunreinigungen.

Einen Träger umfassende Filtrationsanordnungen sind durch ther misches Verbinden eines Faservlieses aus im Schmelzblasver fahren hergestellten Fasern mit einer Folie gefertigt worden. Dieses Verfahren beinhaltet entweder das Pressen einer nicht gewebten Matte aus Fasern gegen eine erwärmte Folie, vorzugs weise bei der Herstellung der Folie, oder das Schmelzblasen der Fasern direkt auf die Folie, welche Raumtemperatur oder eine erhöhte Temperatur aufweisen kann. Dieses Verfahren kann allge mein eher für nichtgewebte Fasermatten und schmelzextrudierte Folien aus demselben Material verwendet werden als für mikro poröse Filtrationsmembranen, welche durch dieses Verfahren leicht verzerrt oder verstopft werden könnten.

Membran/Träger-Anordnungen können auch durch das gleichzeitige Ausformen und integrale Befestigen einer Membran an der Ober fläche eines Substrats hergestellt werden. Dieses Verfahren ist jedoch durch die Anforderung, daß die Membran in einem einzigen Schritt von einer flüssigen Suspension auszufällen und an dem Substrat zu befestigen sei, stark eingeschränkt. Desweiteren können sich solche poröse Medien während einem Rückströmen bei niedrigem Druck in Schichten aufspalten, oft schon bei einem Differentialdruck von weniger als ungefähr 70 kPa. Außerdem werden manche Membranen, welche wirkungsvoll in Filteranwendun gen verwendet werden können, nicht aus einer flüssigen Suspen sion hergestellt. Polytetrafluoroethylen (PTFE) zum Beispiel wird typischerweise als ein Pulver hergestellt, das dann extru diert wird, um eine Folie zu bilden, und die Folie wird zur Bildung einer porösen Membran biaxial gereckt.

Eine Membran kann auch durch ein Verfahren an einem Substrat befestigt werden, welches das Aufbringen eines Lösemittels um faßt, gegen welches die Membran passiv ist, doch welches das Trägermaterial auflöst. Die Membran wird mit dem Lösemittel ge tränkt und dann mit dem Trägermaterial in Kontakt gebracht. Der Kontakt der getränkten Membran mit dem Trägermaterial löst einen Teil des Trägermaterials auf, welches dann nach Entfernen des Lösemittels integral an der Membran befestigt ist. Dieses Verfahren hat den schwerwiegenden Mangel, daß es extrem schwie rig sein kann, eine gleichmäßige Verteilung von Lösemittel über die ganze Membran hinweg zu dem Zeitpunkt beizubehalten, an welchem sie auf das Trägermaterial aufgebracht wird. Einfaches Eintauchen oder jedes Verfahren, welches die Handhabung der nassen Membran einschließt, hinterläßt unweigerlich in manchen Bereichen der Membran mehr Lösemittel als in anderen. Als Folge davon kann in manchen Bereichen des Kontakts eine übermäßig starke Bindung entstehen, während in anderen Bereichen die Bin dung zwischen der Membran und dem Trägermaterial unzureichend sein kann. Außerdem wird die Handhabung der Membran durch die rasche Verdunstung des Lösemittels erschwert, so daß ein be trächtlicher Verlust an Lösemittel innerhalb weniger Sekunden auftreten kann, wodurch der Versuch, eine einheitlich sichere Bindung zu erhalten, noch schwieriger gemacht wird. Ferner kann beim Verdunsten des Lösemittels während des Auflöse- und Bin dungsprozesses eine Wanderung von aufgelöstem Trägermaterial in die Poren der Membran stattfinden, so daß sich gelöstes Träger material in der Membran ablagern kann, wodurch wenigstens ein teilweises Verstopfen (d. h. Verändern der Porengröße und Ver mindern der Durchlässigkeit) der Membran eintritt.

Somit besteht weiterhin ein Bedarf für ein Verfahren zum Ver haften einer Membran mit der Oberfläche eines Trägermaterials, insbesondere eines steifen Trägermaterials, wobei dieses Ver fahren ein sicheres Haften der Membran an dem Trägermaterial gewährt, ohne im wesentlichen weder die Membran noch das Trä germaterial nachteilig zu beeinflussen. Die vorliegende Erfin dung sucht ein solches Verfahren und die daraus hervorgehende Membran/Träger-Anordnung zu bieten. Diese und andere Zielset zungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie zusätzli che erfindungsgemäße Merkmale werden in der hier dargelegten Beschreibung der Erfindung deutlich werden.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Membran/Träger-Anord nung, umfassend eine Membran, welche an ein Trägermaterial mit tels eines dazwischen angeordneten Faservlies aus Mehrkomponen tenfasern gebunden ist. Die Mehrkomponentenfasern umfassen ein erstes Polymer und ein zweites Polymer derart, daß das zweite Polymer auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der Mehrkompo nentenfasern vorliegt und eine Erweichungstemperatur aufweist, die unter den Erweichungstemperaturen des ersten Polymers, der Membran und des Trägermaterials liegt. Die Membran/Träger-An ordnung weist eine Wasserdurchflußrate von wenigstens ungefähr 20% der Wasserdurchflußrate der Membran allein auf. Die vor liegende Erfindung schafft auch ein Filterelement, umfassend ein Gehäuse und eine solche Membran/Träger-Anordnung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Membran/Träger-Anord nung und Verfahren zur Verwendung einer solchen Membran/Träger- Anordnung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Membran/Träger-Anordnung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Membran und ein Trägermaterial sowie ein dazwischen ange ordnetes Faservlies aus Mehrkomponentenfasern, welche ein er stes Polymer und ein zweites Polymer umfassen, so daß das zweite Polymer auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der Mehrkomponentenfasern angeordnet ist und eine Erweichungstem peratur aufweist, die unter den Erweichungstemperaturen des er sten Polymers, der Membran und des Trägermaterials liegt, wobei die Membran/Träger-Anordnung eine Wasserdurchflußrate von we nigstens ungefähr 20% der Wasserdurchflußrate der Membran al lein aufweist.

Membran

Jede geeignete poröse Membran kann im Zusammenhang mit der vor liegenden Erfindung verwendet werden. Geeignete Membranen um fassen mikroporöse Membranen (z. B. Membranen, welche im allge meinen Porendimensionierungen von ungefähr 20 nm bis ungefähr 100 µm oder mehr aufweisen), Ultrafiltrationsmembranen (z. B. Membranen, welche im allgemeinen Porendimensionierungen von we niger als ungefähr 20 nm aufweisen), Nanofiltrationsmembranen und Umkehrosmosemembranen. Die Membran kann aus jedem geeigne ten Material hergestellt sein, beispielsweise aus Metallen, Ke ramik und Polymeren. Geeignete Membranen aus Metall umfassen Stahlmembranen, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, und Nickelmembranen. Membranen aus nichtrostendem Stahl sind als PMM®-Metallmembranfilter im Handel erhältlich (Pall Corpora tion, East Hills, New York). Die Membran wird vorzugsweise aus einem polymeren Material wie beispielsweise Polyamid, Polyviny lidenfluorid, Polytetrafluoroethylen, Polyethersulfon, Poly ethylen und Polypropylen hergestellt. Noch bevorzugtere Membra nen umfassen Polyamid-, beispielsweise Nylon-, und Polytetra fluoroethylenmembranen, wobei die am meisten bevorzugte Membran eine Polytetrafluoroethylenmembran ist. Die Herstellung solcher Membranen ist zum Beispiel in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,340,479 beschrieben, und solche Membranen sind unter einer Vielzahl von Warenzeichen wie beispielsweise Ultipor® (Pall Corporation, East Hills, New York) im Handel erhältlich.

Faservlies

Das Faservlies aus Mehrkomponentenfasern kann alle geeigneten Mengen von erstem und zweitem Polymer umfassen, so daß das zweite Polymer auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der Mehrkomponentenfasern vorliegt und eine Erweichungstemperatur aufweist, welche unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymers, der Membran und des Trägermaterials liegt. Typischer weise umfassen die Mehrkomponentenfasern wenigstens ungefähr 10 Gew.-% eines ersten Polymers mit einer ersten Erweichungs temperatur und nicht mehr als ungefähr 90 Gew.-% eines zweiten Polymers mit einer zweiten Erweichungstemperatur, welche unter der ersten Erweichungstemperatur sowie unter den Erweichungs temperaturen der Membran und des Trägermaterials liegt. Die Mehrkomponentenfasern umfassen vorzugsweise wenigstens ungefähr 30 Gew.-%, noch bevorzugter wenigstens ungefähr 40 Gew.-% (z. B. ungefähr 40-60 Gew.-%) des ersten Polymers und nicht mehr als ungefähr 70 Gew.-%, noch bevorzugter nicht mehr als ungefähr 60 Gew.-% (z. B. ungefähr 60 - 40 Gew.-%) des zweiten Polymers. Die Mehrkomponentenfasern umfassen vorzugsweise einen Kern aus dem ersten Polymer und eine diesen wenigstens teilweise um schließende Oberflächenbeschichtung aus dem zweiten Polymer. Noch bevorzugter umfassen die Mehrkomponentenfasern einen Kern aus dem ersten Polymer und eine Hülle aus dem zweiten Polymer (d. h. das zweite Polymer bildet eine durchgehende Überzugs schicht über der Oberfläche des Kerns aus dem ersten Polymer).

Die Mehrkomponentenfasern des Faservlieses können aus allen ge eigneten Polymeren hergestellt werden. Vorzugsweise ist wenig stens das zweite Polymer, noch bevorzugter auch das erste Poly mer, ein thermoplastisches Polymer. Am meisten bevorzugt ist die Herstellung der Mehrkomponentenfasern des Faservlieses aus geeigneten Polyolefinen. Geeignete Polyolefine umfassen Poly ester, Polyethylen, Polypropylen und Polymethylpenten. Das er ste Polymer ist vorzugsweise Polyester, während das zweite Po lymer vorzugsweise Polyethylen ist. Die Fasern des Faservlieses können anhand jedes geeigneten Mittels hergestellt und anhand jedes geeigneten Mittels, etwa den herkömmlichen Langsieb papierherstellungsverfahren, zu einem Faservlies verarbeitet werden. Obwohl die Mehrkomponentenfasern vorzugsweise Bikompo nentenfasern, d. h. aus nur zwei Polymeren hergestellte Fasern sind, können das erste und/oder das zweite Polymer wie in die ser Beschreibung beschrieben als Polymermischungen betrachtet werden. Die Mehrkomponentenfaser kann auch einen geeigneten Haftverstärker, z. B. einen Silan-Haftvermittler, umfassen, ins besondere wenn die Membran oder das Trägermaterial aus einem Metall, beispielsweise nichtrostendem Stahl, besteht.

Die spezielle Kombination von Polymeren für die Mehrkomponen tenfasern sollte so ausgewählt sein, daß die Erweichungstem peraturen des ersten und zweiten Polymers sich ausreichend von einander unterscheiden, damit das Erweichen des zweiten Poly mers bewirkt werden kann, ohne das erste Polymer sowie die Mem bran und das Trägermaterial dadurch nachteilig zu beeinflussen. So weisen die Membran, das erste Polymer und das Trägermaterial vorzugsweise Erweichungstemperaturen auf, welche wenigstens un gefähr 20°C, noch bevorzugter mindestens ungefähr 50°C über der Erweichungstemperatur des zweiten Polymers liegen. Das zweite Polymer hat typischerweise eine Erweichungstemperatur von ungefähr 110°C bis ungefähr 200°C, noch typischer unge fähr 110°C bis ungefähr 150°C. Zwar können die Schmelztempe raturen der Membran, des Trägermaterials und der ersten und zweiten Polymere des Faservlieses in Betracht gezogen werden, doch stellen die Erweichungstemperaturen ein praktischeres Maß der Temperaturen dar, bei welchen ein Deformieren und/oder ein Schmelzfließen der verschiedenen Elemente der vorliegenden er findungsgemäßen Membran/Träger-Anordnung stattfinden kann.

Die zur Bildung des Faservlieses verwendeten Fasern haben vor zugsweise einen mittleren oder durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 50 µm oder weniger. Noch bevorzugter weisen min destens 90%, am meisten bevorzugt im wesentlichen alle der das Faservlies bildenden Fasern einen Durchmesser von ungefähr 50 µm oder weniger auf. Die das Faservlies bildenden Fasern haben typischerweise einen Durchmesser von ungefähr 5-50 µm, noch typischer ungefähr 10-30 µm. Die Fasern können jede ge eignete Länge aufweisen, z. B. ungefähr 0,5-8 cm.

Das Faservlies kann jede(s) geeignete Flächengewicht (oder flä chenbezogene Masse) aufweisen. Das Faservlies hat vorzugsweise ein Flächengewicht von wenigstens ungefähr 20 g/m², noch bevor zugter zwischen ungefähr 20 g/m² und ungefähr 200 g/m², am mei sten bevorzugt zwischen ungefähr 20 g/m² und ungefähr 100 g/m².

Das Faservlies kann jede geeignete Dicke aufweisen und ist im allgemeinen wenigstens ungefähr 50 µm dick. Das Faservlies hat vorzugsweise eine ausreichende Dicke, um der Membran/Träger- Anordnung die erwünschte Ablösefestigkeit zu verleihen. Ferner sollte das Faservlies eine ausreichende Dicke haben, um die er wünschte räumliche Trennung zwischen der Membran und dem Trä germaterial zu ermöglichen, damit eine ausreichende laterale Strömung (z. B. Strömung quer oder entlang von Kanten) durch das Faservlies möglich ist, wodurch das Druckgefälle über die Mem bran/Träger-Anordnung minimiert wird. Das Faservlies hat vor zugsweise eine Dicke von weniger als ungefähr 5000 µm, noch be vorzugter von weniger als ungefähr 2500 µm, und am meisten be vorzugt von ungefähr 50 bis ungefähr 1000 µm.

Bezüglich der Dicke sollte das Faservlies so gleichmäßig wie möglich sein. Vorzugsweise weist das Faservlies Schwankungen in der Dicke von nicht mehr als ungefähr ±10%, noch bevorzugter von ungefähr ±9% auf, was etwa 3 Standardabweichungen der mittleren Dicke des Faservlieses darstellt. Am meisten bevor zugt ist eine Schwankung der Dicke des Faservlieses von nicht mehr als ungefähr ±5%.

Das Faservlies kann jede geeignete Luftdurchlässigkeit auf weisen. Typischerweise hat das Faservlies eine Luftdurchlässig keit von ungefähr 30000 bis 500000 Liter pro Minute/m². Das Fa servlies hat vorzugsweise eine Luftdurchlässigkeit von ungefähr 100000 bis ungefähr 300000 Liter pro Minute/m².

Trägermaterial

Das Trägermaterial kann jedes geeignete Material umfassen, wün schenswerterweise ein Material, das steifer ist als die Membran und vorzugsweise eine Zugfestigkeit von wenigstens ungefähr dem Fünffachen der Zugfestigkeit der Membran aufweist. Außerdem sollte die Erweichungstemperatur des Trägermaterials höher sein als die Erweichungstemperatur des zweiten Polymers der Mehrkom ponentenfasern.

Das Trägermaterial ist typischerweise ein polymeres Material oder ein Metall. Geeignete polymere Materialien umfassen Poly amid (z. B. Nylon), Polypropylen, Polyethersulfon (PES), Poly sulfon (PSO), Polyetherimid (PEI), Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketon (PEK). Geeignete metallische Materialien um fassen Metalle und Legierungen in einer Vielzahl von Formen, z. B. in Blech-, Faser- und Maschenformen.

Das Trägermaterial kann porös sein, so daß das filtrierte Fluid durch das Trägermaterial fließt, oder nicht porös sein, so daß das filtrierte Fluid seitlich durch das Faservlies zwischen der Membran und dem Trägermaterial fließt. Das Trägermaterial ist vorzugsweise ein poröses Blech aus nichtrostendem Stahl, z. B. mit chemisch darin eingeätzten Löchern.

Vorzugsweise wird das Trägermaterial dadurch besser für das Haften an dem Faservlies vorbereitet, daß die Oberfläche des Trägermaterials angerauht wird, z. B. durch Ätzen und/oder Un terwerfen des Trägermaterials einer Wärmebehandlung oder einer anderen oxidierenden Oberflächenbehandlung.

Das Trägermaterial kann auch eine Membran sein. So können zwei Membranen mit derselben oder unterschiedlichen Zusammenset zung(en) oder Konfiguration(en) mittels des Faservlieses aus Mehrkomponentenfasern miteinander verbunden werden. Bei solchen Ausführungsformen sind die Membran und das Trägermaterial vor zugsweise dieselben. Dies kann durch Verwenden zweier Membranen mit derselben Zusammensetzung und Konfiguration bewirkt werden oder durch Zusammenfalten einer einzelnen Membran, welche mit sich selbst mittels des Faservlieses aus Mehrkomponentenfasern verbunden wird. Bei Ausführungsbeispielen, bei welchen eine Membran mit einer anderen Membran verhaftet ist (entweder eine separate Membran oder ein Teil ihrerselbst), kann Fluid durch eine der Membranen, das Faservlies und dann durch die andere Membran fließen, obwohl es üblicher ist, daß Fluid gleichzeitig durch beide Membranen in das Faservlies aus Mehrkomponenten fasern fließt, wo das Fluid dann bis zum Erreichen eines geeig neten Auslasses seitwärts zwischen den Membranen fließt.

Zusammenbaumethode

Das Aneinanderhaften der Membran, des Faservlieses und des Trä germaterials wird dadurch bewirkt, daß das Faservlies einer Temperatur unterworfen wird, welche über der Erweichungstempe ratur des zweiten Polymers, doch unter den Erweichungstempera turen des ersten Polymers, des Faservlieses und des Trägermate rials liegt. In anderen Worten gesagt wird das Faservlies einer Temperatur unterworfen, welche ausreicht, um das zweite Polymer wenigstens teilweise zu erweichen, ohne die anderen Komponenten der Membran/Träger-Anordnung wesentlich zu erweichen, so daß das zweite Polymer in ausreichendem Maße schmelzfließen kann, um die erwünschte Haftung zwischen dem Faservlies und der Mem bran sowie dem Trägermaterial zu bewirken.

So bietet die vorliegende Erfindung eine Methode zur Herstel lung einer Membran/Träger-Anordnung, wobei das Verfahren umfaßt

(a) Anordnen eines Faservlieses aus Mehrkomponentenfasern zwi schen einer Membran und einem Trägermaterial zur Bildung einer Membran/Träger-Anordnung, wobei die Mehrkomponenten fasern wenigstens ungefähr 60 Gew.-% eines ersten Polymers und nicht mehr als 40 Gew.-% eines zweiten Polymers umfas sen, so daß das zweite Polymer wenigstens auf einem Teil der Oberfläche der Mehrkomponentenfasern vorliegt und eine Erweichungstemperatur aufweist, die unter den Erweichungs temperaturen des ersten Polymers, der Membran und des Trä germaterials liegt;
(b) Unterwerfen des Faservlieses einer Temperatur, welche über der Erweichungstemperatur des zweiten Polymers und unter halb der Erweichungstemperaturen des ersten Polymers, der Membran und des Trägermaterials liegt; und
(c) Anwenden von Druck auf die Membran/Träger-Anordnung, wäh rend das Faservlies eine Temperatur über der Erweichungs temperatur des zweiten Polymers aufweist, so daß die Mem bran und das Trägermaterial mit dem Faservlies verhaftet werden und die Membran/Träger-Anordnung eine Wasserdurch flußrate von wenigstens ungefähr 20% der Wasserdurchfluß rate der Membran allein aufweist.

Das Faservlies kann anhand aller geeigneten Mittel einer sol chen Temperatur unterworfen werden, wobei diese Mittel Heiz platten, Induktion, Mikrowellen, Hochfrequenz, Konvektion und dergleichen einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Beispielsweise kann die Anordnung in einen Ofen oder auf eine Heizplatte gelegt oder noch bevorzugter durch aufgeheizte Quetschwalzen und/oder zwischen aufgeheizten Förderbändern durchgeführt werden, solange ein erwünschter Grad der Haftung, z. B. Ablösefestigkeit, zwischen den Schichten ohne unzulässiges Verstopfen oder Verschließen der Poren erhalten wird. Gleicher maßen kann auch ein Teil der Anordnung auf die gewünschte Tem peratur gebracht und dann mit dem (den) übrigen Teil(en) der Anordnung verbunden werden.

Am meisten bevorzugt wird das Anwenden von Wärme auf die Anord nung über einen Zeitraum, der ausreicht, damit das Faservlies ein Gleichgewicht bei der gewünschten Temperatur erreichen kann. Die Dauer des Zeitraums einer solchen Erwärmung hängt teilweise von der Methode der Wärmeanwendung und von den ge nauen physikalischen Eigenschaften der Komponenten der Anord nung ab.

Während das Faservlies diese erhöhte Temperatur aufweist, d. h. eine Temperatur, welche über der Erweichungstemperatur des zweiten Polymers liegt, wird die Anordnung vorzugsweise der An wendung einem geeigneten Druck unterworfen, was auf jede geeig nete Weise bewirkt werden kann, z. B. mittels Quetschwalzen und dergleichen. Die zum Bewirken einer guten Haftung der verschie denen Komponenten der Anordnung benötigte Menge des auf die er wärmte Anordnung angewendeten Drucks variiert ebenfalls in Ab hängigkeit von der exakten Methode, welche zum Bewirken der Haftung der Komponenten der Anordnung verwendet wird, und von der physikalischen Natur dieser Komponenten. Im allgemeinen reicht die Anwendung eines Drucks von ungefähr 5-1500 kPa aus, wobei die Anwendung von ungefähr 10-1000 kPa noch typi scher ist.

Der Druck muß über einen ausreichenden Zeitraum angewendet wer den, um dem zweiten Polymer der das Faservlies bildenden Mehr komponentenfasern ein Deformieren oder Schmelzfließen zu ermög lichen, um den gewünschten Grad der Haftung zwischen den Kompo nenten der Anordnung zu bewirken, ohne daß der übrige Teil der Membran/Träger-Anordnung dadurch ungünstig beeinflußt wird, z. B. dessen Deformierung oder Schmelzfließen verursacht wird. Im allgemeinen kann der gewünschte Druck über ungefähr 1-60 Sekunden, vorzugsweise über ungefähr 1-30 Sekunden angewendet werden.

Vorsicht sollte angewandt werden, um sicherzustellen, daß der angewendete Druck nicht auf eine Weise ausgeübt wird, daß die Membran/Träger-Anordnung ungünstig beeinflußt wird. Außerdem sollte kein Druck auf die Membran/Träger-Anordnung angewendet werden, welche dem Faservlies seine Porosität nehmen würde, oder der die Absorptions- und Fluidfließeigenschaften durch das Faservlies (lateraler und/oder vertikaler Fluß) zu einem we sentlichen Grad nachteilig beeinflussen würde, obwohl es in manchen Fällen wünschenswert sein kann, einen Teil des Faser vlieses nicht porös, d. h. für Fluidfluß undurchlässig, zu ma chen, beispielsweise zur Regulierung des Fluidflusses. Ein sol cher Ansatz ist besonders beim fluidfesten Versiegeln der Kan ten der Membran/Träger-Anordnung zweckmäßig, um ein Austreten von Fluid zu verhindern und den Fluß des Fluids zu einem geeig neten Auslaß zu lenken.

Die Membran/Träger-Anordnung wird wünschenswerterweise so her gestellt, daß die Anordnung eine ausreichend hohe Durchlässig keit und Ablösefestigkeit aufweist. Insbesondere weist die Mem bran/Träger-Anordnung vorzugsweise eine Wasserdurchflußrate von wenigstens ungefähr 50%, noch bevorzugter von wenigstens unge fähr 70%, und am meisten bevorzugt von wenigstens ungefähr 90% der Wasserdurchflußrate der Membran allein auf. Die Was serdurchflußrate ist die Menge des Wassers pro Zeiteinheit pro Druckeinheit pro Membranflächeneinheit und wird in dieser Be schreibung in ml/min/kPa/m² ausgedrückt. Die Wasserdurchfluß rate wird möglichst bei einem angewendeten Druck von 35 kPa ge messen, und alle in dieser Beschreibung angeführten Werte der Wasserdurchflußrate stellen Messungen bei einem solchen ange wendeten Druck dar.

Desweiteren weist die Membran/Träger-Anordnung vorzugsweise Ab lösefestigkeiten zwischen der Membran und dem Faservlies bzw. zwischen dem Faservlies und dem Trägermaterial von wenigstens ungefähr 50 kg/m, bevorzugter von wenigstens ungefähr 100 kg/m und am meisten bevorzugt von wenigstens ungefähr 150 kg/m im trockenen Zustand auf, und am meisten bevorzugt auch nach 30mi nütigem Einweichen in Wasser bei 90°C. Die Membran/Träger-An ordnung weist idealerweise Ablösefestigkeiten zwischen Membran und Faservlies sowie zwischen Faservlies und Trägermaterial auf, welche hoch genug sind, daß die Komponenten der Membran/ Träger-Anordnung nicht voneinander abgezogen werden können, ohne die Membran und/oder das Trägermaterial zu zerstören.

Die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung kann vorzugsweise Schergeschwindigkeiten, wie sie beim dynamischen Filtrieren auftreten, von wenigstens ungefähr 200000 Sek^-1, noch bevorzugter von wenigstens ungefähr 400000 Sek^-1 und am bevorzugtesten von wenigstens ungefähr 500000 Sek^-1 standhal ten. Gleichermaßen sollte die vorliegende erfindungsgemäße Mem bran/Träger-Anordnung wünschenswerterweise einem Rückflußdruck von wenigstens ungefähr 100 kPa, bevorzugter von wenigstens un gefähr 200 kPa, noch bevorzugter von wenigstens ungefähr 400 kPa und am meisten bevorzugt von wenigstens ungefähr 500 kPa standhalten können.

Verwendungsmethoden

Die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung kann für jeden geeigneten Zweck verwendet werden, z. B. für jeden Zweck, für welchen eine herkömmliche Membran/Träger-Anordnung verwendet werden könnte. Da die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung hervorragende Adhäsionseigenschaften aufweist und gleichzeitig gute Durchlässigkeitseigenschaften behält, kann die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger- Anordnung auch für Anwendungen und in Umgebungen verwendet werden, für welche eine herkömmliche Membran/Träger-Anordnung vielleicht nicht zweckmäßig ist, wie etwa in Umgebungen mit hohen Schergeschwindigkeiten oder gepulstem Fluß oder in Anwen dungen, in welchen die Membran/Träger-Anordnung einem hohen Rückflußdruck unterworfen ist. Die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung ist in Querstromfiltrationsvorrich tungen und -anwendungen nützlich und besonders gut geeignet für Vorrichtungen und Anwendungen zum dynamischen Filtrieren, ins besondere diejenigen, welche rotierende und vibrierende Vor richtungen zum dynamischen Filtrieren umfassen.

Somit bietet die vorliegende Erfindung ein Filterelement, wel ches ein Gehäuse und die erfindungsgemäße Membran/Träger-An ordnung umfaßt. Ein solches Filterelement kann die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung in jeder geeigneten Konfiguration umfassen, z. B. einschließlich einer blattartigen Form, wobei das Trägermaterial eine Platte ist, einer gefalte ten Konfiguration, bei welcher das Trägermaterial ein Maschen gewebe ist, oder einer röhrenförmigen Konfiguration, bei wel cher das Trägermaterial eine Röhre ist. Die vorliegende Erfin dung bietet auch ein Verfahren zum Filtrieren eines Fluids, wo bei das Verfahren das Durchleiten eines Fluids durch die erfin dungsgemäße Membran/Träger-Anordnung umfaßt.

Beispiele

Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der vor liegenden Erfindung und sollten selbstverständlich nicht als deren Umfang in irgendeiner Weise einschränkend verstanden wer den.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die überlegenen Durchlässigkeits- und Adhäsionseigenschaften der vorliegenden erfindungsgemäßen Mem bran/Träger-Anordnung. Gemessen wurde im einzelnen die Durch lässigkeit einer Membran allein (Probe 1A), einer mit einem Träger aus nichtrostendem Stahl kombinierten, aber nicht damit verbundenen Membran (Probe 1B), einer mit dem Faservlies aus Mehrkomponentenfasern kombinierten und damit verbundenen Mem bran ohne jegliches Trägermaterial (Proben 1C und 1D), einer mit dem Träger aus nichtrostendem Stahl kombinierten, aber nicht damit verbundenen Membran mit einem dazwischen angeord neten Faservlies aus Mehrkomponentenfasern (Proben 1E-1G), und einer Membran, welche mit dem Faservlies und dem Träger aus nichtrostendem Stahl auf verschiedene Weisen gemäß der vorlie genden Erfindung verhaftet wurde (Proben 1H-1L). Die jewei lige Ablösefestigkeit der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden erfindungsgemäßen Membran/Träger-Anordnung wurde auch ermittelt.

Die bei dieser Versuchsreihe verwendete Membran war eine Poly amidmembran mit einer Porendimensionierung von 0,45 µm, im Han del erhältlich als Ultipor® N_6,6 (Pall Corporation, East Hills, New York). Der Träger aus nichtrostendem Stahl war eine Platte aus nichtrostendem 304-Stahl mit einer Dicke von ungefähr 305 µm, in welche Löcher mit einem Durchmesser von ungefähr 380 µm chemisch geätzt worden waren. Diese Löcher, durch welche das Filtrat von der Membran abgezogen wird, waren mit einem Mittenabstand von ungefähr 900 µm zueinander angeordnet, wo durch eine für die Permeation offene Fläche von ungefähr 16% geschaffen wurde. Die Oberfläche der Platte aus nichtrostendem Stahl wurde während des Ätzens der Löcher chemisch angerauht, was das Verhaften mit der Membran verstärkte. Die Plattenober fläche wurde ferner für ein noch besseres Anhaften vorbereitet, indem die Platte ungefähr eine Stunde lang in einem Ofen einer Temperatur von ungefähr 370°C ausgesetzt wurde.

Zwei unterschiedliche Faservliese aus Mehrkomponentenfasern wurden bei dieser Versuchsreihe verwendet: Celbond® T105- und T106-Fasern (Hoechst-Celanese, Salisbury, North Carolina). Beide Faservliese umfaßten 100% konzentrisch orientierte Bi komponentenfasern mit einer Hülle aus Polyethylen niedriger Dichte mit linearer Struktur (LLDPE) mit einer Schmelztempera tur von 127°C und einem Polyesterkern mit einer Schmelztempe ratur von 256°C.

Das T105-Faservlies hatte ein Flächengewicht von ungefähr 68 g/m² und war ein naßverlegtes Wirrfaservlies mit einer Zu sammensetzung aus Celbond® T105-Fasern mit einem Durchmesser von ungefähr 20 µm × 1,27 cm Länge. Die Dicke des T105-Faser vlieses betrug ungefähr 406 µm (Testverfahren nach ASTM D-1777), während die Luftdurchlässigkeit des Vlieses ungefähr 167000 Li ter pro Minute/m² betrug (Testverfahren nach ASTM D-737). Die Zugfestigkeit des T105-Faservlieses betrug ungefähr 107 kg/li nearer m in der Maschinenlaufrichtung und ungefähr 71 kg/linea rer m in der Maschinenquerrichtung (Testverfahren nach ASTM D-1117).

Das T106-Faservlies hatte ein Flächengewicht von ungefähr 47 g/ m² und war ein Krempelfaservlies mit einer Zusammensetzung aus Celbond® T106-Fasern mit einem Durchmesser von ungefähr 20 µm × 3,81 cm Länge. Die Dicke des T106-Faservlieses betrug unge fähr 1854 µm (Testverfahren nach ASTM D-1777), während die Luftdurchlässigkeit des Vlieses ungefähr 256000 Liter pro Minu te/m² betrug (Testverfahren nach ASTM D-737). Die Zugfestigkeit des T106-Faservlieses betrug ungefähr 223 kg/linearer m in der Maschinenlaufrichtung und ungefähr 45 kg/linearer m in der Ma schinenquerrichtung (Testverfahren nach ASTM D-1117).

Der Filtratfluß wurde durch Messen des Flusses von entionisier tem Wasser bei Umgebungstemperatur (z. B. ungefähr 20-25°C) bei einem angewandten Druck von ungefähr 35 kPa ermittelt. Die Wasserdurchflußrate durch die Membran allein betrug ungefähr 99 Liter pro Minute/m² oder ungefähr 2,8 Liter pro Minute/m²/ kPa. Die Durchlässigkeit einer jeweiligen Anordnung wurde durch Ermitteln der Wasserdurchflußrate durch die Anordnung bei einem angewandten Druck von ungefähr 35 kPa und Dividieren dieser Durchflußrate durch die Durchflußrate durch die Membran allein (d. h. ungefähr 99 Liter pro Minute/m² bzw. ungefähr 2,8 Liter pro Minute/m²/kPa) zum Erhalten einer Durchlässigkeit in Pro zent berechnet.

Das Verbinden der Membran, des Faservlieses und der Platte aus nichtrostendem Stahl wurde unter Verwendung entweder einer Heizplatte oder eines Laminators bewirkt. Beide Verfahren um fassen Erwärmen auf eine bestimmte Gleichgewichtstemperatur, eine Verweilzeit bei dieser Temperatur und das Anwenden eines bestimmten Preßdrucks, wobei all diese Werte in Tabelle 1 an geführt sind.

Was die Verwendung der Heizplatte betrifft, so wurde der Träger aus nichtrostendem Stahl auf eine Heizplatte gesetzt und 5 Mi nuten lang erwärmt, um ein thermisches Gleichgewicht bei 135- 140°C zu erreichen. Die Temperatur lag über der Schmelztempe ratur der Faserhüllenkomponente der Bikomponentenfasern und un terhalb der Schmelztemperatur der Kernkomponente der Bikompo nentenfasern sowie der Membran und des Trägers aus nichtrosten dem Stahl. Als das thermische Gleichgewicht erreicht war, wur den eine Schicht des Faservlieses aus den Bikomponentenfasern und die Membran auf dem Träger aus nichtrostendem Stahl so an geordnet, daß das Faservlies sowohl mit dem Träger aus nicht rostendem Stahl als auch mit der Membran in Kontakt war. Als die Membran, das Faservlies und der Träger aus nichtrostendem Stahl in ihrer korrekten Position waren, wurde eine gleichmäßi ge Last bzw. ein gleichmäßiger Preßdruck über die angegebene Verweilzeit beaufschlagt bzw. angewendet, und nach deren Ver streichen wurde die Membran/Träger-Anordnung bei Raumtemperatur abkühlen gelassen.

Was die Verwendung des Laminators betrifft, so wurde die Mem bran/Träger-Anordnung korrekt schichtweise zusammengelegt und dann in einen Laminator eingeführt, welcher aufgeheizte obere und untere Förderbänder umfaßte, durch welche die Anordnung ge führt wurde. Die Temperatur der Bänder wurde auf 160-170°C eingestellt, d. h. oberhalb der Schmelztemperatur der Hüllenkom ponente der Bikomponentenfasern und unterhalb der Schmelztempe ratur der Kernkomponente der Bikomponentenfasern sowie der Mem bran und des Trägers aus nichtrostendem Stahl. Der Abstand zwi schen den beiden Bändern, als der Bandabstand bezeichnet, wel cher 1,6 mm betrug, wurde auf ungefähr die Dicke der nicht ver bundenen Anordnung eingestellt, um die Anordnung gleichmäßig zu erwärmen, bevor Preßdruck angewendet wurde. Während die Anord nung die aufgeheizten Förderbänder durchlief, wurde das thermi sche Gleichgewicht erreicht, wobei die Verweilzeit vor der An wendung von Preßdruck (welche durch die Geschwindigkeit der Förderbänder bestimmt wird) einen Zeitraum wie in Tabelle 1 an geführt umfaßte. Der Abstand zwischen dem unteren Förderband und der Quetschwalze, d. h. der Quetschwalzenabstand, betrug 0,4 mm und der Quetschwalzendruck war wie in Tabelle 1 ange geben. Nach Verlassen der Quetschwalze wurde die Membran/Trä ger-Anordnung bei Umgebungstemperatur abkühlen gelassen.

Die Ablösefestigkeit zwischen zwei Schichten wurde gemäß ASTM D-2724 durch Abziehen der beiden Schichten in gegenüberliegende Richtungen bei einem Winkel von 180° voneinander fort bestimmt. Zum Zwecke der Beschreibung der vorliegenden erfindungsgemäßen Membran/Träger-Anordnung ist die Ablösefestigkeit die Kraft, welche für das Abziehen der einen der beiden verbundenen Schichten von der anderen Schicht (welche befestigt ist) bei einer Geschwindigkeit von 5,08 cm/min bei einer konstanten Deh nungsgeschwindigkeit innerhalb eines Streifens der verbundenen Lagen mit einer Breite von 2,54 cm und einer Länge von 10,16 cm erforderlich ist. Die Ablösefestigkeit von verbundenen Schich ten wurde auch nach einem Einweichen jedes Teststreifens in Wasser bei 90°C über einen Zeitraum von 30 Minuten bestimmt.

Die Verbindungsbedingungen und physikalischen Eigenschaften der verschiedenen Anordnungen, welche in diesen Versuchen beurteilt wurden, sind im folgenden in Tabelle 1 aufgeführt. Das für die Proben 1C-1E, 1G-1J und 1L verwendete Faservlies war das T105-Faservlies, während das für die Proben 1F und 1K verwen dete Faservlies das T106-Faservlies war.

Wie aus den in Tabelle 1 angeführten Daten ersichtlich ist, weist die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung ausgezeichnete Durchlässigkeits- und Adhäsionseigenschaften auf. Im einzelnen behält die vorliegende erfindungsgemäße Mem bran/Träger-Anordnung (wie durch die Proben 1H-1L beispiel haft dargestellt) einen wesentlichen Teil der Durchlässigkeit der nicht verbundenen Anordnung (wie durch die Proben 1E, 1F und 1G beispielhaft dargestellt) und sogar von der Membran al lein bei (wie durch die Probe 1A beispielhaft dargestellt), während sie ausgezeichnete Adhäsionseigenschaften aufweist, wie durch die Ablösefestigkeitswerte bewiesen ist. In der Tat hat das Vorhandensein des Faservlieses aus Mehrkomponentenfasern nur eine geringe ungünstige Wirkung auf die Durchlässigkeit, wie durch einen Vergleich der jeweiligen Durchlässigkeit der vorliegenden erfindungsgemäßen Membran/Träger-Anordnungen (wie durch die Proben 1H-1L beispielhaft dargestellt) mit nur der Membran und dem Faservlies (wie durch die Proben 1C und 1D bei spielhaft dargestellt) anschaulich gemacht wird. Desweiteren werden die Eigenschaften des lateralen Flusses der vorliegenden erfindungsgemäßen Membran/Träger-Anordnung durch einen Ver gleich der jeweiligen Durchlässigkeit der vorliegenden erfin dungsgemäßen Anordnungen (wie durch die Proben 1H-1L bei spielhaft dargestellt) mit nur der Membran und dem Träger (wie durch die Probe 1B beispielhaft dargestellt) veranschaulicht.

Die Membran/Träger-Anordnung, für welche das T105-Faservlies (wie durch die Proben 1H, 1J, 1I und 1L beispielhaft darge stellt) bzw. das T106-Faservlies (wie durch die Probe 1K bei spielhaft dargestellt) verwendet wurde, wies ausgezeichnete Ab lösefestigkeitseigenschaften zwischen der Membran und dem Fa servlies sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand auf. Die Membran/Träger-Anordnung, für welche das T105-Faservlies verwendet wurde, wies auch gute Ablösefestigkeitseigenschaften zwischen dem Faservlies und dem Trägermaterial sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand auf, während die das T106-Faser vlies verwendende Membran/Träger-Anordnung zwischen dem Faser vlies und dem Trägermaterial schlechte Ablösefestigkeitseigen schaften sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand auf wies. Dieser Unterschied in der Ablösefestigkeit wird als Folge eines zugesetzten chemischen Haftvermittlers in den Fasern des T105-Faservlieses vermutet, welcher in den Fasern des T106-Fa servlieses nicht vorhanden ist und welcher das Haftvermögen we nigstens an nichtrostendem Stahl verbessert. Da das T106-Faser vlies mit ausgezeichneten Ergebnissen an der Membran haftete, ist aus diesen Ergebnissen klar ersichtlich, daß das T106-Fa servlies mit ausgezeichneten Ergebnissen wenigstens mit einem polymeren Trägermaterial, wenn nicht sogar mit keramischen und anderen metallischen Trägermaterialien verbunden werden konnte.

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert ebenfalls die überlegenen Durchläs sigkeits- und Adhäsionseigenschaften der vorliegenden erfin dungsgemäßen Membran/Träger-Anordnung. Im einzelnen wurden Mem bran/Träger-Anordnungen auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die im voranstehenden beschriebene Polyamid membran und das Faservlies aus den Celbond® T106-Fasern ver wendet wurden, außer daß anstelle einer Platte aus nichtrosten dem Stahl ein Polypropylenmaschengewebe aus Naltex® 81291 (Nalle Plastics, Inc., Austin, Texas) als das Trägermaterial verwendet wurde. Das Polypropylenmaschengewebe war ein biplana res symmetrisches Filtrationsmaschengewebe, welches aus 100% Polypropylenfaserbündeln zusammengesetzt war und eine Maschen dicke von ungefähr 1219 µm aufwies, mit einer Faserbündelzahl von ungefähr 2,8 Faserbündeln/cm und einer Öffnungsgröße von ungefähr 0,3 cm, wodurch eine offene Fläche von ungefähr 70% für die Permeation gegeben war.

Die Durchlässigkeit und die Ablösefestigkeit einer nicht ver bundenen und einer laminierten Anordnung wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 beschrieben gemessen und die erhaltenen Werte im folgenden in Tabelle 2 angeführt.

Wie aus den in Tabelle 2 angeführten Daten ersichtlich ist, weist die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung ausgezeichnete Durchlässigkeits- und Adhäsionseigenschaften auf. Die Daten bestätigen außerdem, was die Daten aus Bei spiel 1 vermuten ließen, nämlich daß das T106-Faservlies recht nützlich für das Verhaften einer polymeren Membran mit einem polymeren Trägermaterial sein kann.

Beispiel 3

Dieses Beispiel veranschaulicht die schlechten Durchlässigkeits eigenschaften einer Membran/Träger-Anordnung, welche auf glei che Weise wie die aus Beispiel 1 hergestellt wurde, außer daß im Gegensatz zu dem, was die vorliegende Erfindung vorschreibt, ein Faservlies aus einer Einkomponentenfaser verwendet wurde.

Eine Membran/Träger-Anordnung ähnlich derjenigen von Beispiel 1 wurde unter Verwendung des Laminators zum Bewirken des Verbin dens von Membran, Faservlies und Träger aus nichtrostendem Stahl hergestellt. Das Faservlies war ein faserhaltiges nicht gewebtes Vlies aus einer Einkomponentenfaser, nämlich Polypro pylen, das als Typar® T135 (Midwest Filtration Company, Hamilton, Ohio) im Handel erhältlich ist. Das Faservlies hatte ein Flächengewicht von ungefähr 31 g/m² und war ein non-woven Faser-Spinnvlies, zusammengesetzt aus Fasern mit einem mittle ren Durchmesser von ungefähr 23 µm. Die Dicke des Faservlieses betrug ungefähr 254 µm (Testverfahren nach ASTM D-1777), wäh rend die Luftdurchlässigkeit des Vlieses ungefähr 76200 Liter pro Minute/m² (Testverfahren nach ASTM D-737) betrug. Die Zug festigkeit des Faservlieses betrug ungefähr 482 kg/linearer m in der Maschinenlaufrichtung und ungefähr 268 kg/linearer m in der Maschinenquerrichtung (Testverfahren nach ASTM D-1117). Die Durchlässigkeit und die Ablösefestigkeit der Anordnung wurden auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 beschrieben gemessen und die resultierenden Werte sind im folgenden in Tabelle 3 angeführt.

Wie aus den in Tabelle 3 angeführten Daten ersichtlich ist, hat die ein Faservlies aus einer Einkomponentenfaser verwendende Membran/Träger-Anordnung zwar gute Haftfestigkeitseigenschaf ten, doch wies eine solche Anordnung sehr schlechte Durchläs sigkeitseigenschaften auf. Tatsächlich gab es bei diesem spezi fischen Vergleichsbeispiel keine wesentliche Durchlässigkeit. Zwar bestand die Einkomponentenfaser aus Polypropylen, doch werden dieselben Ergebnisse für andere Einkomponentenfasern er wartet, wie beispielsweise Polyethylen, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als Polypropylen aufweist.

Beispiel 4

Dieses Beispiel veranschaulicht die guten Durchlässigkeits- und Hafteigenschaften einer anderen Ausführungsform der vorliegen den erfindungsgemäßen Membran/Träger-Anordnung, im einzelnen einer Membran/Träger-Anordnung, die ähnlich ist wie die in Bei spiel 1, bei welcher aber eine Membran eines anderen Typs ver wendet wird.

Eine Membran/Träger-Anordnung wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 dargestellt unter Verwendung einer Membran aus Poly tetrafluoroethylen (PTFE) mit einer Porendimensionierung von 1,0 µm (Pall Corporation, East Hills, New York) hergestellt. Die Durchlässigkeit und die Ablösefestigkeit der Anordnung wurden auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 beschrieben gemessen und die resultierenden Werte sind im folgenden in Tabelle 4 angeführt.

Wie aus den in Tabelle 4 angeführten Daten ersichtlich ist, zeigte die Membran/Träger-Anordnung der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine PTFE-Membran anstatt einer Polyamidmembran verwendet wird, eine gute Durchlässigkeit und ausgezeichnete Hafteigenschaften ähnlich denen der Anordnung, bei welcher die Polyamidmembran verwendet wird, wie in Beispiel 1 angeführt.

Beispiel 5

Dieses Beispiel veranschaulicht ferner die guten Durchlässig keits- und Hafteigenschaften einer Ausführungsform der vorlie genden erfindungsgemäßen Membran/Träger-Anordnung unter ungün stigen Filtrationsbedingungen.

Die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung von Beispiel 4 (nämlich Probe 4B) wurde in ein herkömmliches Fil tergehäuse eingebaut. Eine heiße, protein- und fetthaltige Brühe wurde durch die Membran/Träger-Anordnung gepumpt, um das Fluid zu entwässern. Die Filtration wurde bei einem Speisedruck von ungefähr 69 kPa und einer Speisetemperatur von ungefähr 50 -70°C durchgeführt. Während des Verlaufs der Filtration wur den das Eiweiß und das Fett von der Membran nicht durchgelas sen, wodurch das Durchtreten eines klaren Fluids durch die Mem bran bewirkt wurde. Nach 10stündiger Filtration gab es keine An zeichen eines Versagens der Bindung der Membran. So bleibt die vorliegende erfindungsgemäße Membran/Träger-Anordnung intakt, selbst wenn sie über einen längeren Zeitraum hinweg Fluiden bei hohem Speisedruck und hohen Temperaturen ausgesetzt wird.

Beispiel 6

Dieses Beispiel veranschaulicht ferner die ausgezeichneten Hafteigenschaften einer Membran, welche mit dem Faservlies aus Mehrkomponentenfasern gemäß der vorliegenden Erfindung verbun den ist.

Das in Beispiel 1 beschriebene Celbond® T105-Faservlies wurde (mittels Kleben in Gegenwart von Lösemittel) mit einer 7 mm dicken Polyethersulfonplatte verbunden, welche wiederum an ei ner Vorrichtung zum Durchführen eines Beständigkeitstests bei Druckumkehr befestigt war. Eine Ultrafiltrationsmembran aus Polysulfon mit einem Rückhaltevermögen von 120 kD Molekularge wicht wurde mit dem Faservlies unter Verwendung des Laminators gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren bei einem Preß druck von 104 kPa, einer Verweilzeit von 300 Sekunden, einer Bandhöhe von 7,3 mm und einer Quetschwalzenhöhe von 0,4 mm ver bunden.

Dann wurde auf die angefeuchtete Membran von der stromabwärti gen Seite (d. h. der Faservliesseite) der Membran unter Verwen dung von gefilterter Luft Druck angewendet. Die Druckumkehr be gann bei ungefähr 34,5 kPa und wurde alle 60 Sekunden in Inkre menten von ungefähr 34,5 kPa erhöht, bis ein Versagen der Bin dung beobachtet wurde.

Die Bindung zwischen dem Faservlies und der Membran blieb bei ungefähr 414 kPa über 60 Sekunden unversehrt, was auf einen hohen Grad der Haftfestigkeit zwischen dem Faservlies und der Membran hinweist. Die Bindung zwischen dem Faservlies und der Membran versagte in ihrer Bindungskraft, als der angewandte Druck ungefähr 448 kPa erreichte. So bleibt die vorliegende er findungsgemäße Membran/Träger-Anordnung intakt, selbst wenn sie über einen längeren Zeitraum hinweg einer hohen Druckumkehr ausgesetzt wird.

Alle in dieser Beschreibung zitierten Verweisstellen, ein schließlich aller genannten Veröffentlichungen, Patentschriften und Patentanmeldungen, sind in ihrer Gesamtheit Gegenstand die ser Anmeldung.

Claims

1. Membran/Trägeranordnung mit einer Membran und einem Trä germaterial sowie einem dazwischen angeordneten Faservlies aus Mehrkomponentenfasern, welche ein erstes Polymer und ein zweites Polymer umfassen, so daß das zweite Polymer auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der Mehrkomponen tenfasern angeordnet ist und eine Erweichungstemperatur aufweist, die unter den Erweichungstemperaturen des ersten Polymers, der Membran und des Trägermaterials liegt, wobei die Membran/Träger-Anordnung eine Wasserdurchflußrate von wenigstens ungefähr 20% der Wasserdurchflußrate der Mem bran allein aufweist.

2. Membran/Träger-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mehrkomponentenfasern wenigstens unge fähr 10 Gew.-% des ersten Polymers und nicht mehr als un gefähr 90 Gew.-% des zweiten Polymers umfassen.

3. Membran/Träger-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösefestigkeit sowohl zwischen der Membran und dem Faservlies als auch zwischen dem Faservlies und dem Trägermaterial wenigstens ungefähr 50 kg/m beträgt.

4. Membran/Träger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies auf Mehrkompo nentenfasern ein Flächengewicht von ungefähr 200 g/m² oder weniger aufweist.

5. Membran/Träger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkomponentenfasern einen mittleren Faserdurchmesser von ungefähr 50 µm oder weniger aufweisen.

6. Membran/Träger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial porös ist.

7. Membran/Träger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran, das erste Polymer und das Trägermaterial Erweichungstemperaturen aufweisen, die wenigstens ungefähr 20°C höher sind als die Erwei chungstemperatur des zweiten Polymers.

8. Ein Verfahren zum Filtrieren eines Fluids, wobei das Ver fahren das Durchleiten eines Fluids durch die Membran/Trä ger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7 umfaßt.

9. Filterelement umfassend ein Gehäuse und die Membran/Trä ger-Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7.

10. Verfahren zur Herstellung einer Membran/Träger-Anordnung, worin das Verfahren umfaßt

(a) Anordnen eines Faservlieses aus Mehrkomponentenfasern zwischen einer Membran und einem Trägermaterial zur Bil dung einer Membran/Träger-Anordnung, worin die Mehrkompo nentenfasern ein erstes Polymer und ein zweites Polymer umfassen, so daß das zweite Polymer auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der Mehrkomponentenfasern vorliegt und eine Erweichungstemperatur hat, die unter der Erweichungs temperatur des ersten Polymers, der Membran und des Trä germaterials liegt;
(b) Unterwerfen des Faservlieses einer Temperatur, die über der Erweichungstemperatur des zweiten Polymers und unterhalb der Erweichungstemperaturen des ersten Polymers, der Membran und des Trägermaterials liegt; und
(c) Anwenden eines Drucks auf die Membran/Träger-Anord nung, während das Faservlies eine Temperatur über der Er weichungstemperatur des zweiten Polymers aufweist, so daß die Membran und das Trägermaterial mit dem Faservlies ver haftet werden und die Membran/Träger-Anordnung eine Was serdurchflußrate von wenigstens ungefähr 20% der Wasser durchflußrate der Membran allein aufweist.