DE3854429T2 - Manufacture and use of composite membranes. - Google Patents

Manufacture and use of composite membranes.

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Description

Herstellung und Verwendung von VerbundmembranenProduction and use of composite membranes Gebiet der ErfindungField of the invention

Diese Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren für die Herstellung von permeablen Membranen für die Zerlegung von Fluiden, wie z.B. Gasen. Insbesondere betrifft sie die Herstellung von permeablen Hohlfaser-Verbundmembranen mit verbesserten Permeations- und SelektivitätseigenschaftenThis invention relates to a novel process for the production of permeable membranes for the separation of fluids, such as gases. In particular, it relates to the production of permeable hollow fiber composite membranes with improved permeation and selectivity properties

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the state of the art

Permeable Membranen, die selektiv eine Komponente eines Fluidgemisches, Flüssigkeit oder Gas, permeieren können, werden in der Technik als ein zweckmäßiges, potentiell hoch vorteilhaftes Mittel angesehen, um gewünschte Fluidtrennungen zu erreichen. Bei praktischen, kommerziellen Vorgängen müssen permeable Membranen einen annehmbaren Selektivitätspegel der Trennung der in einem Einsatzstrom befindlichen Gase oder Flüssigkeiten erreichen können, während sie gleichzeitig eine wünschenswert hohe Produktivität der Fluidtrennung erreichen.Permeable membranes capable of selectively permeating one component of a fluid mixture, liquid or gas, are considered in the art to be a convenient, potentially highly advantageous means of achieving desired fluid separations. In practical, commercial operations, permeable membranes must be capable of achieving an acceptable level of selectivity in separating the gases or liquids in a feed stream while at the same time achieving a desirably high productivity of fluid separation.

In der Technik wurden verschiedene Arten permeabler Membranen für die Ausführung einer Vielfalt von Gastrennvorgängen vorgeschlagen. Solche Membranen können im allgemeinen als zu dem (1) isotropen Typ, (2) dem asymmetrischen Typ oder (3) dem Verbundtyp zugehörig eingeordnet werden. Die sogenannten isotropen und asymmetrischen Membranen bestehen im wesentlichen aus einem einzelnen permeablen Membranmaterial, das selektiv gewünschte Komponenten eines Gasgemisches abtrennen kann. Isotrope Membranen haben die gleiche Dichte über die gesamte Dicke derselben. Solche Membranen haben im allgemeinen den Nachteil geringer Permeabilität, d.h. geringen Permeatflusses, aufgrund der notwendigerweise damit verbundenen relativ großen Membrandicke. Asymmetrische Membranen zeichnen sich durch die Existenz von zwei ausgeprägten morphologischen Bereichen innerhalb der Membranstruktur aus. Ein solcher Bereich weist eine dünne, dichte, semipermeable Haut auf, die selektiv eine Komponente eines Gasgemisches permeieren kann. Der andere Bereich weist einen weniger dichten, porösen, nicht selektiven Trägerbereich auf, der dazu dient, ein Kollabieren des dünnen Hautbereiches der Membran unter Druck zu vermeiden.Various types of permeable membranes have been proposed in the art for carrying out a variety of gas separation processes. Such membranes can generally be classified as belonging to the (1) isotropic type, (2) asymmetric type, or (3) composite type. The so-called isotropic and asymmetric membranes consist essentially of a single permeable membrane material that can selectively separate desired components of a gas mixture. Isotropic membranes have the same density throughout their entire thickness. Such membranes generally have the disadvantage of low permeability, i.e. low permeate flux, due to the relatively large membrane thickness that is necessarily involved. Asymmetric membranes are characterized by the existence of two distinct morphological regions within the membrane structure. One such region has a thin, dense, semipermeable skin that can selectively permeate one component of a gas mixture. The other region has a less dense, porous, non-selective support region that serves to prevent collapse of the thin skin region of the membrane under pressure.

Verbundmembranen weisen im allgemeinen eine dünne Schicht oder einen Überzug aus einem geeigneten, permeablen Membranmaterial auf, das ein poröses Substrat überlagert. Die dünne Membrantrennschicht, welche die Trenneigenschaften der Verbundstruktur bestimmt, ist vorteilhafterweise sehr dünn, um so für die oben erwähnte wünschenswert hohe Permeabilität zu sorgen. Das Substrat dient nur dazu, einen Träger für die dünne, darauf angeordnete Membranschicht bereitzustellen.Composite membranes generally comprise a thin layer or coating of a suitable permeable membrane material overlying a porous substrate. The thin membrane separation layer, which determines the separation properties of the composite structure, is advantageously very thin so as to provide the desirable high permeability mentioned above. The substrate serves only to provide a support for the thin membrane layer disposed thereon.

Da die Vorteile von permeablen Membranen in der Technik in steigendem Maße Anerkennung gefünden haben, haben sich die Leistungsanforderungen an solche Membranen ebenfalls erhöht. Daher bewegt sich die Technik in Richtung auf sehr dünne Membranen, die wünschenswerte Permeabilitätseigenschaften haben, ohne die Trenn- oder Selektivitätseigenschaften der Hohlfasermembran oder einer anderen permeablen Membranstruktur zu opfern. Es ist somit in steigendem Maße erwünscht, daß vorteilhaftere Kombinationen von Permeabilität und Selektivität mit Bezug auf eine Vielfalt von Gastrennungen mit kominerziellem Hintergrund erreicht werden. Es ist außerdem erwünscht, die zum Abscheiden der dünnen Membrantrennschicht auf das poröse Substrat benutzten Methoden voranzubringen und zu verbessern und die Gleichförmigkeit der dünnen Membrantrennschicht auf dem porösen Substrat zu verbessern.As the advantages of permeable membranes have become increasingly recognized in the art, the performance requirements for such membranes have also increased. Therefore, the art is moving toward very thin membranes that have desirable permeability properties without sacrificing the separation or selectivity properties of the hollow fiber membrane or other permeable membrane structure. It is thus increasingly desirable to achieve more advantageous combinations of permeability and selectivity with respect to a variety of commercial gas separations. It is also desirable to advance and improve the methods used to deposit the thin membrane separation layer onto the porous substrate and to improve the uniformity of the thin membrane separation layer on the porous substrate.

Wie oben angedeutet wurde, sind isotrope Membranen nicht generell für das Erfüllen jener Anforderungen geeignet. Andererseits können asymmetrische Membranen für solche praktischen Gastrennanwendungen entwickelt werden, besitzen jedoch keine inhärente Flexibilität, die es ihnen ermöglicht, ohne weiteres für spezielle Gastrennanwendungen optimiert zu werden. Obwohl die dünne, dichte, semipermeable Schicht eines speziellen asymmetrischen Membranmaterials für eine gesteigerte Permeabilität dünner gemacht werden kann, können die Selektivitätseigenschaften des besagten Materials, solange es nicht durch spezielle Behandlungstechniken modifiziert wurde, nicht mehr als adäquat mit Bezug auf die Trennung der Komponenten des bei der speziellen Anwendung behandelten Gases sein.As indicated above, isotropic membranes are not generally suitable for meeting those requirements. On the other hand, asymmetric membranes can be developed for such practical gas separation applications, but do not possess an inherent flexibility that allows them to be readily optimized for specific gas separation applications. Although the thin, dense, semipermeable layer of a specific asymmetric membrane material can be made thinner for increased permeability, the selectivity properties of said material, unless modified by special treatment techniques, may be no more than adequate with respect to the separation of the components of the gas being treated in the specific application.

Die dünne Haut von solchen asymmetrischen Membranen, wie sie in US-A-3 133 132 beschrieben wird, wird häufig nicht als perfekt befünden, sondern sie weist verschiedene Mängel auf. Solche Mängel in Form von Restporen, kleinsten Löchern und ähnlichem weisen relativ große Öffnungen auf, durch die das zu einer Membran aus solch einem Material geleitete Einsatzgas bevorzugt strömt Infolgedessen wird ein wesentlich verminderter Betrag von Gastrennung aufgrund der Wechselwirkung des Einsatzgases mit dem Material der Permeationsmembran selbst, aufgrund des Vorhandenseins solcher Mängel in der Membranstruktur, eintreten. Im Falle von asymmetrischen Polysulfon-Hohlfasern führen solche Mängel dazu, daß die Selektivität (wie sie unten definiert wird) für Luft etwa 1 beträgt, im Gegensatz zu einer Selektivität von etwa 6,0 für mängelfreies Polysulfon. Bei einer vorgeschlagenen Lösung dieses Problems, offenbarte US-A-4 230 463 die Beschichtung der asymmetrischen Membran mit einem Überzugsmaterial, daß einen festgelegten Eigentrennfaktor hat, der kleiner ist, als der des Materials der Trennmembran. Die benutzten Beschichtungsprozeduren sind in Tabelle XVI in den Spalten 51 und 52 von US-A-4 230 463 beschrieben. Sie beinhalten das Eintauchen der porösen Hohlfasermembran in ein flüssiges Beschichtungsmaterial, das unverdünnt vorliegt oder mit einem Lösungsmittel verdünnt ist, wobei das überschüssige flüssige Beschichtungsmaterial abtropfen kann; in den Fällen, in welchen ein Lösungsmittel anwesend war, konnte dieses verdunsten. Unter Verwendung diese Ansatzes wurde Silikon mit einer Selektivität von etwa 2 auf Polysulfon-Hohlfasern beschichtet, um deren Selektivität von dem oben angedeuteten Bereich von 1 bis 1,5 auf 2 bis 6 zu steigern, wobei sich jene Selektivität gewöhnlich 6 nähert. Die Permeabilität (wie unten definiert) von solchen Silikon/Polysulfon- Verbundwerkstoffen war im allgemeinen relativ gering, d.h. etwa 0,2 oder weniger, was zu dem Wunsch nach dünneren Membranen führt, d.h. dünneren, dichten Häuten, insbesondere angesichts der in der Technik steigenden Anforderungen für einen Betrieb mit hohem Fluß. Dünnere Membranen führen jedoch zu einer Steigerung der Anzahl der Mängel, die behoben werden müssen, um eine annehmbare Leistung zu erreichen. Während die Anstrengungen, diesen Ansatz zu verbessern, fortgeführt werden, bleibt in der Technik der Wunsch nach anderen Ansätzen bestehen, um eine wünschenswerte Kombination von Selektivität und Permeabilität für praktische, kommerzielle Verfahren zu schaffen. Aus solchen Gründen bieten Verbundmembranen, bei denen Membranmaterialien benutzt werden, die speziell für eine gewünschte Gastrennung ausgewählt wurden, die größten Möglichkeiten mit Bezug auf spezielle Gastrennungen von kommerziellem Interesse, um wünschenswerte Kombinationen von Selektivität und Permeabilität zu erreichen. Es versteht sich, daß Verbundmembranen zum Erzielen der in der Technik gewünschten Leistungsanforderungen nicht nur sehr dünne Membranschichten aufweisen müssen, sondern daß sie auch über Trennschicht-Substrat-Strukturen mit optimalen Vorteilen für einen gewünschten Gastrennvorgang verfügen müssen. Eine solche Anwendung von bedeutendem kommerziellem Interesse liegt in der Luftzerlegung, insbesondere wenn das Membranmaterial Sauerstoff zur Gewinnung als mit Sauerstoff angereichertes Permeatgas selektiv permeiert, wobei ein mit Stickstoff angereicherter Strom als Nicht-Permeatgas abgezogen wird. Es gibt daher in der Technik einen echten Bedarf und den Wunsch, eine Verbundmembran zu entwickeln, die sich insbesondere für Luftzerlegung und andere wünschenswerte Gastrennvorgänge eignet, wie z.B. die Rückgewinnung von Wasserstoff aus Ammoniakspülgas und aus Raffinationsgasströmen, und Kohlendioxid- und Methantrennungen bei einer Vielfalt von Verfahren, wie z.B. der Tertiärölförderung.The thin skin of such asymmetric membranes as described in US-A-3 133 132 is often found not to be perfect, but to have various defects. Such defects in the form of residual pores, pinholes and the like present relatively large openings through which the feed gas directed to a membrane made of such material will preferentially flow. As a result, a substantially reduced amount of gas separation will occur due to the interaction of the feed gas with the material of the permeation membrane itself, due to the presence of such defects in the membrane structure. In the case of asymmetric polysulfone hollow fibers, such defects result in the selectivity (as defined below) for air being about 1, as opposed to a Selectivity of about 6.0 for defect-free polysulfone. In a proposed solution to this problem, US-A-4,230,463 disclosed coating the asymmetric membrane with a coating material having a specified intrinsic separation factor less than that of the separation membrane material. The coating procedures used are described in Table XVI, columns 51 and 52 of US-A-4,230,463. They involve immersing the porous hollow fiber membrane in a liquid coating material, neat or diluted with a solvent, allowing the excess liquid coating material to drip off; in cases where a solvent was present, it was allowed to evaporate. Using this approach, silicone has been coated onto hollow polysulfone fibers with a selectivity of about 2 to increase their selectivity from the range of 1 to 1.5 indicated above to 2 to 6, with that selectivity usually approaching 6. The permeability (as defined below) of such silicone/polysulfone composites has generally been relatively low, i.e., about 0.2 or less, leading to the desire for thinner membranes, i.e., thinner, denser skins, particularly in light of the increasing demands in the art for high flux operation. However, thinner membranes lead to an increase in the number of deficiencies that must be corrected to achieve acceptable performance. While efforts to improve this approach continue, there remains a desire in the art for other approaches to provide a desirable combination of selectivity and permeability for practical, commercial processes. For such reasons, composite membranes using membrane materials specifically selected for a desired gas separation offer the greatest potential with respect to specific gas separations of commercial interest to achieve desirable combinations of selectivity and permeability. It will be appreciated that to achieve the performance requirements desired in the art, composite membranes must not only have very thin membrane layers, but must also have separating layer-substrate structures with optimum advantages for a desired gas separation process. One such application of significant commercial interest is in air separation, particularly where the membrane material selectively permeates oxygen for recovery as oxygen-enriched permeate gas, with a nitrogen-enriched stream withdrawn as non-permeate gas. There is therefore a real need and desire in the art to develop a composite membrane that is particularly suitable for air separation and other desirable gas separation operations, such as the recovery of hydrogen from ammonia purge gas and from refining gas streams, and carbon dioxide and methane separations in a variety of processes, such as tertiary oil production.

Eine große Zahl semipermeabler Membranen aus einer Vielzahl von Materialien und Formen wurden in der Technik vorgeschlagen, um solche Trennungen auszuführen. Es wurden sogenannte Verbundmembranen vorgeschlagen, bei denen eine dünne Schicht eines geeigneten semipermeablen Membranmaterials auf ein relativ poröses Substrat aufgebracht ist. Die Trennschicht ist vorteilhafterweise sehr dünn, um die oben beschriebenen wünschenswert hohen Flußbeträge zu ermöglichen. Das Substrat stellt einen Träger für die darauf aufgebrachte empfindliche, sehr dünne, durchlässige Membranschicht oder den Überzug dar. Solche Verbundmembranstrukturen werden in US-A-4 155 793 und in US-A-3 616 607 beschrieben.A large number of semipermeable membranes of a variety of materials and shapes have been proposed in the art to effect such separations. So-called composite membranes have been proposed in which a thin layer of a suitable semipermeable membrane material is deposited on a relatively porous substrate. The separation layer is advantageously very thin to enable the desirably high flux levels described above. The substrate provides a support for the sensitive, very thin, permeable membrane layer or coating deposited thereon. Such composite membrane structures are described in US-A-4,155,793 and in US-A-3,616,607.

Es versteht sich, daß Membranen für solche Trennverfahren von sowohl Flüssigkeiten als auch Gasen Membranen erfordern, die einen hohen Perfektionsgrad der Membran- oder Trennschicht besitzen. Bei Gastrennverfahren, Durchverdampfen, Perstruktion und ähnlichem würden die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die Membranschicht frei von jeglichen Restporen oder anderen Fehlern wäre. Andererseits muß die Membranschicht so dünn und gleichförmig wie möglich ausgebildet werden, um wünschenswert hohe Permeationsraten und somit eine hohe Gesamtproduktivität des Trennverfahrens zu erreichen. In solchen Fällen zeigte sich, daß häufig morphologische Fehler in der dünnen Trennschicht der Membranbaugruppen in Form von Restporen, kleinsten Löchern und ähnlichem auftraten. Solche Fehler können im Verlauf der verschiedenen, typischen Membränherstellungsschritten, wie z.B. Spinnen, Gießen, Beschichten, Härten und Membranmodul-Herstellungverfahren in das Membransystem eingebracht werden.It is understood that membranes for such separation processes of both liquids and gases require membranes that have a high degree of perfection of the membrane or separation layer. In gas separation processes, evaporation, perstruction and the like, the best results would be achieved if the membrane layer were free of any residual pores or other defects. On the other hand, the membrane layer must be made as thin and uniform as possible in order to achieve desirably high permeation rates and thus a high overall productivity of the separation process. In such cases, it was found that morphological defects in the thin separation layer of the membrane assemblies in the form of residual pores, tiny holes and the like often occurred. Such defects can be introduced into the membrane system during the course of the various typical membrane manufacturing steps, such as spinning, casting, coating, curing and membrane module manufacturing processes.

Um das Problem von Fehlstellen zu überwinden, wurde in US-A-3 980 456 das Aufbringen eines zweiten, dichtenden Überzugs über die sehr dünne Membran offenbart, um die durch teilchenförmige Verunreinigungen hervorgerufenen Fehlstellen zu überdecken. So behandelte Verbundstrukturen sind in ihrer Beschaffenheit komplex und zudem hat die Anwendung einer auf ein poröses Trägersubstrat aufgebrachten, sehr dünnen Membran nicht generell für die erwünschte Selektivität der Trennung gesorgt, ohne den Fluß oder die Permeabilität des Permeatgases unannehmbar herabzusetzen.To overcome the problem of voids, US-A-3,980,456 disclosed the application of a second, sealing coating over the very thin membrane to cover the voids caused by particulate contaminants. Composite structures so treated are complex in nature and, in addition, the use of a very thin membrane applied to a porous support substrate has not generally provided the desired selectivity of separation without unacceptably reducing the flux or permeability of the permeate gas.

In US-A-4 214 020 wird ein Verfahren offenbart, bei welchem die Außenfläche einer Hohlfaser-Membranbaugruppe beschichtet wird, indem ein Bündel von Hohlfasern in eine Überzugslösung getaucht wird, und die Überzugslösung unter Anwendung von Druck vom Äußeren zum Inneren der Hohlfasern in die Faser getrieben wird. Dieses Verfahren, das zu der Ausbildung einer (eines) kontinuierlichen Schicht/Überzugs auf dem Äußeren der Hohlfasern führt, ist insbesondere bei der Herstellung von hoch selektiven Gastrennmembranen nützlich, indem asymmetrische Membranen, die eine gewisse Restporosität besitzen, mit Überzugslösungen aus für Gase hoch durchlässigen Materialien beschichtet werden, wie sie in der oben erwähnten US-A-4 230 463 beschrieben sind.US-A-4 214 020 discloses a process in which the outer surface of a hollow fiber membrane assembly is coated by immersing a bundle of hollow fibers in a coating solution and forcing the coating solution into the fiber from the outside to the inside of the hollow fibers using pressure. This process, which results in the formation of a continuous layer/coating on the outside of the hollow fibers, is particularly useful in the manufacture of highly selective gas separation membranes by coating asymmetric membranes having some residual porosity with coating solutions made of materials that are highly permeable to gases, as described in the above-mentioned US-A-4 230 463.

US-A-4 127 625 offenbart ein Verfahren zur Herstellung asymmetrischer Hohlfasern mittels Spinnen einer Spinnlösung eines faserbildenden Harzes durch das äußere Rohr einer Doppelrohr-Spinndüse in ein wässriges Koagulationsbad, um eine Hohlfaser zu bilden, und mittels simultaner Einspritzung einer wässrigen Flüssigkeit durch das innere Rohr der Spinndüse, um in Kontakt mit dem Inneren der Hohlfaser zu treten. Es folgt ein Eintauchen in warmes Wasser und Trocknen.US-A-4 127 625 discloses a process for producing asymmetric hollow fibers by spinning a dope of a fiber-forming resin through the outer tube of a double-tube spinneret into an aqueous coagulation bath to form a hollow fiber and by simultaneously injecting an aqueous liquid through the inner tube of the spinneret to come into contact with the interior of the hollow fiber, followed by immersion in warm water and drying.

US-A-4 243 701 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung eines dünnen Films einer nicht-porösen, permeablen Membran auf der Oberfläche eines porösen Trägers, indem der poröse Träger durch eine Lösung eines halogenierten Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels, die das die permeable Membran bildende Vorpolymer und ein Vernetzungsmittel enthält, geführt wird, der überzogene, poröse Träger aus der Lösung genommen wird, und dann das Vorpolymer bei erhöhter Temperatur vernetzt wird, um die Verbundmembran zu bilden.US-A-4 243 701 discloses a process for forming a thin film of a non-porous permeable membrane on the surface of a porous support by passing the porous support through a solution of a halogenated hydrocarbon solvent containing the permeable membrane-forming prepolymer and a cross-linking agent, removing the coated porous support from the solution, and then cross-linking the prepolymer at an elevated temperature to form the composite membrane.

US-A-4 467 001 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschiehten, Trocknen und Härten von Mehrfachgespinsten. Der flüssige Überzug wird in einem U-förmigen Rohr auf das Gespinst aufgebracht, und das Trocknen und Härten wird in einer Gasatmosphäre durchgeführt.US-A-4 467 001 discloses a method and apparatus for coating, drying and curing multiple webs. The liquid coating is applied to the web in a U-shaped tube and the drying and curing is carried out in a gas atmosphere.

In EP-A-0 175 668 ist ein Verfahren für das Beschichten eines porösen Substrats mit einer dünnen Membrantrennschicht offenbart. Erreicht wird dies durch Imprägnieren des porösen Substrats mit einem Lösungsmittel, um die Poren zu füllen, gefolgt von dem sofortigen Auftrag einer Polymerlösung zur Ausbildung einer dünnen Membrantrennschicht auf der Oberfläche des mit dem Lösungsmittel imprägnierten porösen Substrats. Das Lösungsmittels in den Poren des porösen Substrats verhindert, daß die Polymerlösung in die Poren des Substrats eindringt. Die Verbundmembran wird dann mittels Verdampfen getrocknet, um beide Lösungsmittel zu entfernen, nämlich das Imprägnierungs-Lösungsmittel und das Lösungs- Lösungsmittel.EP-A-0 175 668 discloses a method for coating a porous substrate with a thin membrane separation layer. This is achieved by impregnating the porous substrate with a solvent to fill the pores, followed by immediately applying a polymer solution to form a thin membrane separation layer on the surface of the solvent-impregnated porous substrate. The solvent in the pores of the porous substrate prevents the polymer solution from penetrating into the pores of the substrate. The composite membrane is then dried by evaporation to remove both the impregnating solvent and the dissolving solvent.

In einem Artikel von J. Cabasso und A.P. Tamvakis, ,,Composite Hollow Fiber Membranes", J. App. Polym. Sci., 23, S. 1509-1525, (1979), ist die Herstellung von Verbundhohlfasern beschrieben, wobei Polysulfonfasern mit einer verdünnten Polyethyleniminlösung beschichtet wurden, entwässert und in m-Toluen-2,4-diisocyanat getaucht wurden, etwa 10 Minuten lang luftgetrocknet und 10 Minuten lang bei 100º bis 110º C vernetzt wurden. Außerdem wurde das Beschichten von Polysulfon-Hohlfasern mit Furanharzen mittels Polymerisation von Furfurylalkohol (4 Gew.% Wasserlösung) mittels Schwefelsäure (2 Gew.%) gefolgt von Aushärten bei 150º C offenbart.In an article by J. Cabasso and AP Tamvakis, "Composite Hollow Fiber Membranes", J. App. Polym. Sci., 23, pp. 1509-1525, (1979), the preparation of composite hollow fibers is described, in which polysulfone fibers were coated with a dilute polyethyleneimine solution, dehydrated and dipped in m-toluene-2,4-diisocyanate, air dried for about 10 minutes and crosslinked at 100º to 110º C for 10 minutes. In addition, the coating of polysulfone hollow fibers with furan resins by polymerization of furfuryl alcohol (4 wt.% water solution) using sulphuric acid (2 wt.%) followed by curing at 150ºC.

Aus GB-A-1 473 857 ist ein Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran für Fluidtrennung bekannt, bei der auf einem porösen Substrat eine dünne, im wesentlichen glatte Membrantrennschicht angeordnet ist, die im wesentlichen frei von Hohlräumen, feinen Löchern und anderen Defekten ist, wobei bei diesem VerfahrenFrom GB-A-1 473 857 a method for forming a hollow fiber composite membrane for fluid separation is known, in which a thin, substantially smooth membrane separation layer is arranged on a porous substrate, which is substantially free of voids, pinholes and other defects, in which method

(i) ein vorgeformtes poröses Hohlfasersubstrat mit einer membranbildenden Zusammensetzung, die eine einen membranbildenden Werkstoff enthaltende Lösung und ein Lösungsmittel dafür aufweist, beschichtet wird, indem die Zusammensetzung auf das poröse Hohlfasersubstrat aufgebracht wird;(i) coating a preformed porous hollow fiber substrate with a membrane-forming composition comprising a solution containing a membrane-forming material and a solvent therefor by applying the composition to the porous hollow fiber substrate;

(ii) das mit der Zusammensetzung beschiehtete poröse Hohlfasersubstrat durch eine Gasatmosphäre hindurchgeführt wird, um einen Teil des, aber nicht das gesamte Lösungsmittel(s) in der Zusammensetzung von der Oberfläche des besehichteten porösen Hohlfasersubstrats abzudampfen;(ii) passing the porous hollow fiber substrate coated with the composition through a gas atmosphere to evaporate some, but not all, of the solvent(s) in the composition from the surface of the coated porous hollow fiber substrate;

(iii) das derart teilgetroeknete beschichtete poröse Hohlfasersubstrat in ein flüssiges Koagulationsbad geleitet wird, das ein Nichtlösungsmittel für den membranbildenden Werkstoff und ein Lösungsmittel für das Lösungsmittel in der in dem Verfahrensschritt (i) benutzten Lösung ist, wobei der membranbildende Werkstoff auf der Oberfläche des porösen Hohlfasersubstrats koaguliert wird und das Lösungsmittel für den membranbildenden Werkstoff in dem flüssigen Koagulationsbad aufgelöst wird; und(iii) the coated porous hollow fiber substrate thus partially dried is passed into a liquid coagulation bath which is a non-solvent for the membrane-forming material and a solvent for the solvent in the solution used in process step (i), whereby the membrane-forming material is coagulated on the surface of the porous hollow fiber substrate and the solvent for the membrane-forming material is dissolved in the liquid coagulation bath; and

(iv) die Hohlfaserverbundmembran gewonnen wird.(iv) the hollow fibre composite membrane is obtained.

In Beispiel 1 dieses Patents hat die zur Ausbildung des vorgeformten porösen Hohlfasersubstrats benutzte Lösung eine Viskosität von 25 Pa s (250 poise).In Example 1 of this patent, the solution used to form the preformed porous hollow fiber substrate has a viscosity of 25 Pa s (250 poise).

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist.The present invention consists in a method as described in claim 1.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Diese Erfindung schafft ein Verfahren zum Aufbringen eines im wesentlichen gleichförmigen Überzugs einer dünnen Membrantrennschicht auf ein poröses Substrat. Der Gebrauch von Membranmaterialien zum selektiven Trennen von in einem Fluidgemisch vorhandenen Komponenten ist bekannt. Sie werden für flüssige Zusammensetzungen benutzt, z.B. der Trennung von Wasser von einer Salzlösung, wie z.B. bei der Gewinnung von Trinkwasser aus Ozeanen oder Brackwasserquellen, oder für gasförmige Zusammensetzungen, z.B. der selektiven Trennung der Gase in Luft. Das Verfahren dieser Erfindung kann benutzt werden, um semipermeable Membranen herzustellen, die sich für jegliche Trennverfahren eignen; der Zweckmäßigkeit halber wird es jedoch anhand der Herstellung von Materialien beschrieben, wie sie für die Trennung von Gaskomponenten voneinander durch den Gebrauch von semipermeablen Hohlfaser-Membranverbundstoffen benutzt werden.This invention provides a method for applying a substantially uniform coating of a thin membrane separation layer to a porous substrate. The use of membrane materials for selectively separating components present in a fluid mixture is known. They are used for liquid compositions, e.g. the separation of water from a saline solution, such as in the extraction of drinking water from oceans or brackish water sources, or for gaseous compositions, e.g. the selective separation of gases in air. The process of this invention can be used to prepare semipermeable membranes suitable for any separation process, but for convenience it will be described in terms of the preparation of materials used for the separation of gas components from one another through the use of semipermeable hollow fiber membrane composites.

In der Literatur finden sieh zahlreiche Veröffentlichungen von Verfahren zur Anwendung einer dünnen Membrantrennschicht auf einem porösen Hohlfasersubstrat. Am häufigsten findet sich bei diesen Veröffentlichungen das Verfahren, bei dem eine Lösung eines membranbildenden Materials auf die Oberfläche des porösen Hohlfasersubstrats aufgebracht wird und dann der behandelte Verbundstoff getrocknet wird, um Lösungsmittel zu beseitigen. Eine weitere Prozedur besteht darin, das poröse Substrat in eine Vorpolymerlösung einzutauchen, den eingetauchten Verbundstoff dann zu entwässern und mit einer Vernetzungszusammensetzung in Kontakt zu bringen, und diesen Endverbundstoff einer erhöhten Temperatur auszusetzen, um den Überzug auszuhärten. Bei diesen grundlegenden Prozeduren wurden viele Modifikationen vorgenommen, um manche der angetroffenen Probleme zu lösen, z.B. Hohlräume, Löcher, Ungleichförmigkeit des Überzugs. Andere Prozeduren beinhalten das Imprägnieren von Hohlfaserbündeln mittels verschiedener Techniken.There are numerous publications in the literature of methods for applying a thin membrane separation layer to a porous hollow fiber substrate. The most common of these publications is the method in which a solution of a membrane-forming material is applied to the surface of the porous hollow fiber substrate and then the treated composite is dried to remove solvent. Another procedure consists of immersing the porous substrate in a prepolymer solution, then dewatering and contacting the immersed composite with a cross-linking composition, and subjecting this final composite to an elevated temperature to cure the coating. Many modifications have been made to these basic procedures to solve some of the problems encountered, e.g., voids, holes, coating non-uniformity. Other procedures involve impregnating hollow fiber bundles using various techniques.

Gemäß dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines porösen Substrates geschaffen, um semipermeable Verbundmembranen auszubilden, die sich für Fluidtrennungen eignen. Dieses Verfahren beinhaltet das Beschiehten einer Oberfläche eines porösen Substrates mit einer verdünnten Lösung eines Lösungsmittels und des membranbildenden Materials, das teilweise Trocknen des beschichteten porösen Substrates und dann das Besehichten desselben mit einer Koagulationslösung, die für das membranbildende Material ein Nichtlösungsmittel und für das Lösungsmittel der Lösung ein Lösungsmittel ist, sowie das Gewinnen der Verbundmembran.According to this invention, a method is provided for coating the surface of a porous substrate to form semipermeable composite membranes suitable for fluid separations. This method involves coating a surface of a porous substrate with a dilute solution of a solvent and the membrane-forming material, partially drying the coated porous substrate, and then coating it with a coagulation solution which is a non-solvent for the membrane-forming material and a solvent for the solvent of the solution, and recovering the composite membrane.

Die durch das Verfahren dieser Erfindung erzeugten Verbundmembranen besitzen im allgemeinen einen gleichförmigeren Überzug der dünnen Membrantrennschicht oder des membranbildenden Materials auf dem porösen Substrat, der im wesentlichen frei von Hohlräumen und Löchern ist. Da der Überzug gleichförmiger ist, ist davon auszugehen, daß dieser wesentlich glatter und dünner ist, als die bisher mittels bekannten Verfahren erreichten Überzüge. Bei den bekannten Verdampfüngsbeschichtungstechniken ist davon auszugehen, daß die Oberfläche des beschichteten Materials eine wellige Oberfläche ist, wie sie bei einer welligen Wiese zu sehen ist, und tiefer und höher gelegene Bereiche aufweist; wobei sich dies aus der Hydrodynamik des Überzugs und aus der ungleichförmigen Verdampfung von Lösungsmittel während des Trocknungsschrittes oder aus dem ungleichiörmigen Auftrag von Überzugsmaterial oder Vernetzungsmittel auf das poröse Substrat ergibt. Da bei dem Verfahren gemäß dieser Erfindung das poröse Substrat, das mit dem membranbildenden Material überzogen wurde, das Koagulationsbad durchläuft, neigen die zwischen dem Lösungsmittel enthaltenden membranbildenden Material auf dem porösen Substrat und dem flüssigen Koagulationsbad erzeugten Scherkräfte dazu, die Oberfläche des membranbildenden Materials zu ebnen und im allgemeinen jegliche möglicherweise vorhandenen Hohlräume und feinen Löcher zu füllen, um einen gleichförmiger aufgebrachten Verbundstoff zu schaffen, der frei von jenen Mängeln ist, die oftmals bei vielen Verbundstoffen zu finden sind, die mittels den genannten bekannten Prozeduren hergestellt werden. Infolgedessen ist eine Nachbehandlung nicht erforderlich. Oftmals kann es auch möglich sein, durch das Verfahren dieser Erfindung einen dünneren Überzug zu erhalten.The composite membranes produced by the process of this invention generally have a more uniform coating of the thin membrane separating layer or membrane forming material on the porous substrate which is substantially free of voids and holes. Since the coating is more uniform, it is expected to be substantially smoother and thinner than coatings previously achieved by known processes. In the known evaporative coating techniques, it is expected that the surface of the coated material will be an undulating surface, as seen in an undulating meadow, having lower and higher areas; this being apparent from the hydrodynamics of the coating and from the non-uniform evaporation of solvent during the drying step or from the non-uniform application of coating material or crosslinking agent to the porous substrate. In the process of this invention, since the porous substrate coated with the membrane-forming material passes through the coagulation bath, the shear forces generated between the solvent-containing membrane-forming material on the porous substrate and the liquid coagulation bath tend to flatten the surface of the membrane-forming material and generally fill any voids and pinholes that may be present to provide a more uniformly applied composite that is free of those defects often found in many composites made by the known procedures mentioned. As a result, post-treatment is not required. It may also often be possible to obtain a thinner coating by the process of this invention.

Das Verfahren dieser Erfindung erlaubt außerdem den Gebrauch einer größeren Vielfalt und Zahl von Lösungsmitteln zur Herstellung der membranbildenden Lösungen. Bei bekannten Verfahren sind diese Lösungsmittel notwendigerweise mild, da sie durch Verdampfung entfernt werden, entweder bei Umgebungstemperatur oder, wie es meistens der Fall ist, bei erhöhter Temperatur. Unabhängig davon, welche Temperaturbedingung benutzt werden sollte, muß diese ausreichend niedrig sein, so daß das poröse Substrat nicht angegriffen wird. Bei dem vorliegenden Verfahren ist die Temperatur kein wesentlicher Faktor, da das Lösungsmittel in dem Koagulationsbad entfernt wird, und dies vorzugsweise bei Umgebungstemperatur erfolgt. Im allgemeinen können daher Lösungsmittel, die bei den bekannten Verfahren nicht eingesetzt werden konnten, da deren Beseitigung das poröse Substrat nachteilig beeinflußt hätte, bei dem Verfahren gemäß dieser Erfindung eingesetzt werden. Somit besteht ein Vorteil des Verfahrens dieser Erfindung darin, daß nun manche poröse Substrate beschichtet werden können, die zuvor nicht beschichtet werden konnten, da das Substrat beim Trocknen eine Verschlechterung erfahren hätte.The process of this invention also allows the use of a greater variety and number of solvents to prepare the membrane forming solutions. In known processes, these solvents are necessarily mild since they are removed by evaporation, either at ambient temperature or, as is most often the case, at elevated temperature. Whatever temperature condition should be used, it must be sufficiently low so that the porous substrate is not attacked. In the present process, temperature is not a significant factor since the solvent is removed in the coagulation bath and this is preferably done at ambient temperature. In general, therefore, solvents which could not be used in the known processes because their removal would have adversely affected the porous substrate can be used in the process according to this invention. Thus, an advantage of the process of this invention is that some porous substrates can now be coated which could not be coated previously because the substrate would have deteriorated during drying.

Die Erfindung wird im folgenden zur Zweckmäßigkeit der Beschreibung unter besonderer Bezugnahme auf Polysulfon-Hohlfaserverbundmembranen beschrieben. Es liegt im Rahmen der Erfindung, jegliche Verbundmembranzusammensetzung, die wie hier beschrieben hergestellt wurde, bei gewünschten Fluidtrennvorgängen zu benutzen.The invention will be described hereinafter with particular reference to polysulfone hollow fiber composite membranes for convenience of description. It is within the scope of the invention to use any composite membrane composition prepared as described herein in desired fluid separation operations.

Die Hohlfasern haben kontinuierliche Kanäle für einen Fluidstrom, die sieh von den Außenzu den Innenflächen erstrecken. Häufig haben die Poren einen mittleren Querschnittsdurchmesser von weniger als etwa 2000 nm (20000 Å), und bei manchen Hohlfasern ist der Querschnittsdurchmesser kleiner als etwa 100 oder 500 nm (1000 oder 5000 Å). Bei besonders vorteilhaften Hohlfasern, insbesondere für Gastrennungen, bei denen das Material der Hohlfaser einen wesentlichen Teil der Trennung bewirkt, beträgt der durchschnittliche Querschnittsdurchmesser der Poren etwa 0,5 bis 20 nm (5 bis 200 Å). Oft beträgt das Verhältnis der gesamten Oberfläche zu der gesamten Querschnittsfläche der Poren der Hohlfaser mindestens etwa 10:1. Bei Membranen für Gastrennungen, insbesondere bei jenen Membranen, bei denen ein wesentlicher Teil der Trennung durch das Material der Hohlfaser bewirkt wird, beträgt das Verhältnis der gesamten Oberfläche zu der gesamten Querschnittsfläche der Poren der Hohlfaser mindestens etwa 10³:1, und manche Hohlfasern können Verhältnisse von etwa 10³:1 bis 10&sup8;:1 aufweisen.The hollow fibers have continuous channels for fluid flow extending from the outer to the inner surfaces. Often the pores have an average cross-sectional diameter of less than about 2000 nm (20,000 Å), and in some hollow fibers the cross-sectional diameter is less than about 100 or 500 nm (1000 or 5000 Å). In particularly For advantageous hollow fibers, particularly for gas separations where the material of the hollow fiber provides a substantial portion of the separation, the average cross-sectional diameter of the pores is about 0.5 to 20 nm (5 to 200 Å). Often, the ratio of the total surface area to the total cross-sectional area of the pores of the hollow fiber is at least about 10:1. For membranes for gas separations, particularly for those membranes where a substantial portion of the separation is provided by the material of the hollow fiber, the ratio of the total surface area to the total cross-sectional area of the pores of the hollow fiber is at least about 10³:1, and some hollow fibers may have ratios of about 10³:1 to 10⁸:1.

Vorteilhafterweise sind die Wände der Hohlfasern ausreichend dick, so daß keine spezielle Vorrichtung für deren Handhabung benötigt wird. Häufig können die Hohlfasern Außendurchmesser von etwa 20 bis 1000 um, beispielsweise etwa 50 bis 1000 um, z.B. etwa 250 bis 1000 um haben, und sie haben Wände mit einer Dicke von mindestens etwa 5 um. Die Wandstärke bei manchen Hohlfasern kann bis zu etwa 200 oder 300 um betragen. Um erwünschte Flußgrößen durch die Hohlfasern bereitzustellen, speziell bei der Verwendung jener Hohlfasern, deren Wandstärke mindestens etwa 50 um beträgt, können die Hohlfasern ein wesentliches Porenvolumen aufweisen. Poren sind Bereiche innerhalb der Wände der Hohlfasern, die frei von dem Material der Hohlfasern sind. Falls Poren vorhanden sind, ist daher die Dichte der Hohlfaser geringer als die Dichte des Rohmaterials der Hohlfaser. Oftmals, wenn Poren erwünscht sind, beträgt das Porenvolumen der Hohlfasern bis zu etwa 90, beispielsweise etwa 10 bis 80 und manchmal etwa 20 oder 30 bis 70 Prozent, basierend auf dem Oberflächenvolumen, d.h. dem Volumen, das innerhalb der Gesamtabmessungen der Hohlfaser enthalten ist. Die Dichte der Hohlfaser kann im wesentlichen gleich über deren Dicke sein, d.h. isotrop, oder die Hohlfaser kann dadurch gekennzeichnet sein, daß sie mindestens einen relativ dichten Bereich innerhalb ihrer Dicke aufweist, der in einer Sperrbeziehung hinsichtlich eines Fluidstromes durch die Wand der Hohlfaser steht, d.h. die Hohlfaser ist anisotrop. Im allgemeinen befindet sich ein relativ dichter Bereich von anisotropen Hohlfasern im wesentlichen an der Außenseite der Hohlfaser, und vorzugsweise steht der Überzug in Kontakt mit diesem relativ dichten Bereich.Advantageously, the walls of the hollow fibers are sufficiently thick so that no special device is required for handling them. Often, the hollow fibers can have external diameters of about 20 to 1000 µm, for example about 50 to 1000 µm, e.g. about 250 to 1000 µm, and they have walls with a thickness of at least about 5 µm. The wall thickness of some hollow fibers can be up to about 200 or 300 µm. In order to provide desired flow rates through the hollow fibers, especially when using those hollow fibers whose wall thickness is at least about 50 µm, the hollow fibers can have a significant pore volume. Pores are areas within the walls of the hollow fibers which are free of the material of the hollow fibers. If pores are present, the density of the hollow fiber is therefore less than the density of the raw material of the hollow fiber. Often, when pores are desired, the pore volume of the hollow fibers is up to about 90, for example about 10 to 80 and sometimes about 20 or 30 to 70 percent, based on the surface volume, i.e., the volume contained within the overall dimensions of the hollow fiber. The density of the hollow fiber may be substantially the same throughout its thickness, i.e., isotropic, or the hollow fiber may be characterized by having at least one relatively dense region within its thickness which is in a blocking relationship with respect to fluid flow through the wall of the hollow fiber, i.e., the hollow fiber is anisotropic. Generally, a relatively dense region of anisotropic hollow fibers is located substantially on the outside of the hollow fiber, and preferably the coating is in contact with this relatively dense region.

Das für die Hohlfaser benutzte Material kann eine feste natürliche oder synthetische Substanz sein. Die Materialauswahl für die Hohlfaser kann auf der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln und/oder der mechanischen Festigkeit der Hohlfaser basieren, sowie auf anderen Faktoren, die durch ein beabsichtigtes Trennverfahren vorgegeben werden, bei dem die Hohlfaser benutzt wird, und den Betriebsbedingungen, denen sie ausgesetzt wird. So kann zum Beispiel die Materialauswahl für die Hohlfaser darauf basieren, ob das Material der Hohlfaser die Fluidtrennung wesentlich bewirken soll oder nicht, wobei in diesem Fall das Material der Hohlfaser nützliche Trenneigenschaften hat, oder ob der Überzug die Fluidtrennung bewirken soll. Die Hohlfasem können flexibel oder im wesentlichen steif sein. Das für die Hohlfasern benutzte Material kann anorganisch sein, um z.B. hohle Glasfasern, Keramikfasern, Cermetfasern oder Fasern aus gesintertem Metall oder ähnlichem herzustellen. Im Falle von Polymeren sind sowohl Additions- als auch Kondensationspolymere eingeschlossen, die in jeder geeigneten Weise hergestellt werden können, um poröse Hohlfasern zu bilden. Generell organische, oder organische Polymere, die mit anorganischen Materialien (z.B. Füllstoffen) gemischt sind, werden zur Herstellung der Hohlfasern benutzt. Typische Polymere können substituierte oder unsubstituierte Polymere sein, und sie können aus den folgenden ausgewählt werden: Polysulfone; Poly(styrole) einschließlich Styrol enthaltende Copolymere wie z.B. Acrylnitril-Styrol-Copolymere, Styrol-Butadien-Copolymere und Styrol-Vinylbenzylhalogenid-Copolymere; Polycarbonate; Zellulosepolymere, wie z.B. Zelluloseacetat; Zelluloseacetatbutyrat, Zellulosepropionat, Ethylzellulose, Methylzellulose, Nitrozellulose, etc.; Polyamide und Polyimide, einschließlich Arylpolyamide und Arylpolyimide; Polyether; Poly(arylenoxide) wie z.B. Poly(phenylenoxid) und Poly(xylylenoxid); Poly(esteramiddiisocyanat); Polyurethane; Polyester (einschließlich Polyarylate), wie z.B. Poly(ethylenterephthalat), Poly(alkylmethacrylate), Poly(alkylacrylate), Poly(phenylenterephthalat), etc.; Polysulfide; Polymere von Monomeren, die eine andere alpha-olefinische Ungesättigtheit haben, als die oben erwähnten, wie z.B. Poly(ethylen), Poly(propylen), Poly(buten-1), Poly(4- methylpenten-1), Polyvinyle, z.B. Poly(vinylchlorid), Poly(vinylfluorid), Poly(vinylidenchlorid), Poly(vinylidenfluorid), Poly(vinylalkohol), Poly(vinylester), wie z.B. Poly(vinylacetat), Poly(vinylpropionat), Poly(vinylpyridine), Poly(vinylpyrrolidone), Poly(vinylether), Poly(vinylketone), Poly(vinylaldehyde), wie z.B. Poly(vinylformal), Poly(vinylbutyral), Poly(vinylamide), Poly(vinylamine), Poly(vinylurethane), Poly(vinylharnstoffe), Poly(vinylphosphate), und Poly(vinylsulfate), Polyallyle, Poly(benzobenzimidazol), Polyhydrazide, Polyoxadiazole, Polytriazole, Poly(benzimidazol), Polycarbodiimide; Polyphosphazine, etc. und Mischpolymerisate, einschließlich Blockterpolymeren, die sich wiederholende Einheiten der obigen enthalten, wie z.B. Teipolymere von Acrylonitril Vinylbromid-Natriumsalz von para-Sulfophenylmethallylethern, und Graftpolymere und Mischungen, die jegliche der vor genannten Komponenten enthalten. Typische Substituenten, die substituierte Polymere bilden, beinhalten Halogene wie z.B. Fluor, Chlor und Brom; Hydroxyl gruppen; niedere Alkylgruppen; niedere Alkoxygruppen; monocyclisches Aryl; niedere Acylgruppen und ähnliches.The material used for the hollow fiber may be a solid natural or synthetic substance. The selection of material for the hollow fiber may be based on the thermal resistance, solvent resistance and/or mechanical strength of the hollow fiber, as well as other factors dictated by an intended separation process in which the hollow fiber is used and the operating conditions to which it will be exposed. For example, the selection of material for the hollow fiber may be based on whether the material the hollow fiber is intended to substantially effect fluid separation or not, in which case the material of the hollow fiber has useful separation properties, or whether the coating is intended to effect fluid separation. The hollow fibers may be flexible or substantially rigid. The material used for the hollow fibers may be inorganic, e.g. to make hollow glass fibers, ceramic fibers, cermet fibers, or fibers of sintered metal or the like. In the case of polymers, both addition and condensation polymers are included, which can be prepared in any suitable manner to form porous hollow fibers. Generally organic, or organic polymers blended with inorganic materials (e.g. fillers), are used to make the hollow fibers. Typical polymers may be substituted or unsubstituted polymers, and may be selected from the following: polysulfones; Poly(styrenes) including styrene-containing copolymers such as acrylonitrile-styrene copolymers, styrene-butadiene copolymers and styrene-vinylbenzyl halide copolymers; polycarbonates; cellulosic polymers such as cellulose acetate; cellulose acetate butyrate, cellulose propionate, ethylcellulose, methylcellulose, nitrocellulose, etc.; polyamides and polyimides including arylpolyamides and arylpolyimides; polyethers; poly(arylene oxides) such as poly(phenylene oxide) and poly(xylylene oxide); poly(esteramide diisocyanate); polyurethanes; polyesters (including polyarylates) such as poly(ethylene terephthalate), poly(alkyl methacrylates), poly(alkyl acrylates), poly(phenylene terephthalate), etc.; polysulfides; Polymers of monomers having alpha-olefinic unsaturation other than those mentioned above, such as poly(ethylene), poly(propylene), poly(butene-1), poly(4-methylpentene-1), polyvinyls, e.g. poly(vinyl chloride), poly(vinyl fluoride), poly(vinylidene chloride), poly(vinylidene fluoride), poly(vinyl alcohol), poly(vinyl esters), such as poly(vinyl acetate), poly(vinyl propionate), poly(vinyl pyridines), poly(vinyl pyrrolidones), poly(vinyl ethers), poly(vinyl ketones), poly(vinyl aldehydes), such as poly(vinyl formal), poly(vinyl butyral), poly(vinylamides), poly(vinylamines), poly(vinyl urethanes), poly(vinyl ureas), poly(vinyl phosphates), and poly(vinyl sulfates), polyallyls, poly(benzobenzimidazole), polyhydrazides, polyoxadiazoles, polytriazoles, poly(benzimidazole), polycarbodiimides; polyphosphazines, etc. and copolymers including block terpolymers containing repeating units of the above, such as partial polymers of acrylonitrile, vinyl bromide sodium salt of para-sulfophenylmethallyl ethers, and graft polymers and blends containing any of the foregoing. Typical substituents forming substituted polymers include halogens such as fluorine, chlorine and bromine; hydroxyl groups; lower alkyl groups; lower alkoxy groups; monocyclic aryl; lower acyl groups and the like.

Die dunne Membrantrennschicht oder das membranbildende Material, das auf dem porösen Substrat abgelagert wird, wird im allgemeinen als eine Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel aufgebracht. Fachleuten versteht sich, daß viele solche Materialien verfügbar sind, und daß manche Selektivitäten für manche Fluidgemische und nicht für andere zeigen. Dies hat keine Folgen für diese Erfindung, da das Verfahren dieser Erfindung darauf gerichtet ist, Verbundmembranen herzustellen. US-A-4 214 020 enthält eine recht eingehende Offenbarung von membranbildenden organischen synthetischen Substanzen, die bei dieser Erfindung in dem Maße benutzt werden können, wie sich eine geeignete Lösung herstellen läßt.The thin membrane separation layer or membrane-forming material deposited on the porous substrate is generally applied as a solution in a suitable solvent. Those skilled in the art will appreciate that many such materials are available, and that some exhibit selectivities for some fluid mixtures and not for others. This has no implications for this invention since the process of this invention is directed to making composite membranes. US-A-4,214,020 contains a fairly detailed disclosure of membrane-forming organic synthetic substances which can be used in this invention to the extent that a suitable solution can be made.

Typische der geeigneten membranbildenden Materialien sind Polymere, die substituiert oder unsubstituiert sein können. Die Materialien beinhalten synthetische Kautschuke; Naturkautschuke; Flüssigkeiten mit relativ hohem Molekulargewicht und/oder hohen Siedepunkten; organische Vorpolymere; Poly(siloxane) (Silikonpolymere); Polysilazane; Polyurethane; Poly(epichlorhydrin); Polyamine; Polyimine; Polyamide; Acrylnitril enthaltende Copolymere, wie z.B. Poly(α-Chloracrylnitril)-Copolymere; Polyester (einschließlich Polyactamen und Polyarylaten), z.B. Poly(alkylacrylate) und Poly(alkylmethacrylate), bei welchen die Alkylgruppen beispielsweise 1 bis etwa 8 Kohlenstoffatome aufweisen, Polysebacate, Polysukzinate und Alkydharze; Zellulosepolymere; Polysulfone, insbesondere Aliphaten enthaltende Polysulfone; Poly(alkylenglykole), wie z.B. Poly(ethylenglykol), Poly(propylenglykol), etc.; Poly(alkylen), Polysulfate; Polypyrrolidone; Polymere aus Monomeren, die eine α-olefinische Ungesättigtheit haben, wie z.B. Poly(olefine), z.B. Poly(ethylen), Poly(propylen), Poly(butadien), Poly(2,3-dichlorbutadien), Poly(isopren), Poly(chloropren), Poly(styrol) einschließlich Poly(styrol)-Copolymere, z.B. Styrol-Butadien-Copolymer, Polyvinyle wie z.B. Poly(vinylalkohole), Poly(vinylaldehyde) (z.B. Poly(vinylformal) und Poly(vinylbutyral)), Poly(vinylketone) (z.B. Poly(methylvinylketon)), Poly(vinylester) (z.B. Poly(vinylbenzoat)), Poly(vinylhalogenide) (z.B. Poly(vinylbromid)), Poly(vinylidenhalogenide), Poly(vinylidencarbonat), Poly(N-vinylmaleimid), etc., Poly(1,5-cyclooctadien), Poly(methylisopropenylketon); fluorierte Ethylen Copolymere, Poly(arylenoxide), z.B. Poly(xylylenoxid); Polycarbonate, Polyphosphate, z.B. Poly(ethylenmethylphopshat) und ahnliches, und jegliche Mischpolymerisate, einschließlich Blockmischpolymerisaten, die sich wiederholende Einheiten der obigen enthalten, und Graftpolymere und Mischungen, die jegliche der vorgenannten Komponenten enthalten, und Monomere der zuvor erwähnten Polymere.Typical of suitable membrane-forming materials are polymers, which may be substituted or unsubstituted. The materials include synthetic rubbers; natural rubbers; liquids with relatively high molecular weight and/or high boiling points; organic prepolymers; poly(siloxanes) (silicone polymers); polysilazanes; polyurethanes; poly(epichlorohydrin); polyamines; polyimines; polyamides; acrylonitrile-containing copolymers, such as poly(α-chloroacrylonitrile) copolymers; polyesters (including polyactams and polyarylates), e.g. poly(alkyl acrylates) and poly(alkyl methacrylates) in which the alkyl groups have, for example, 1 to about 8 carbon atoms, polysebacates, polysuccinates and alkyd resins; cellulosic polymers; polysulfones, particularly aliphatic-containing polysulfones; Poly(alkylene glycols), such as poly(ethylene glycol), poly(propylene glycol), etc.; Poly(alkylene), polysulfates; polypyrrolidones; Polymers made from monomers having α-olefinic unsaturation, such as poly(olefins), e.g. poly(ethylene), poly(propylene), poly(butadiene), poly(2,3-dichlorobutadiene), poly(isoprene), poly(chloroprene), poly(styrene) including poly(styrene) copolymers, e.g. styrene-butadiene copolymer, polyvinyls such as poly(vinyl alcohols), poly(vinyl aldehydes) (e.g. poly(vinyl formal) and poly(vinyl butyral)), poly(vinyl ketones) (e.g. poly(methyl vinyl ketone)), poly(vinyl esters) (e.g. poly(vinyl benzoate)), poly(vinyl halides) (e.g. poly(vinyl bromide)), poly(vinylidene halides), poly(vinylidene carbonate), poly(N-vinylmaleimide), etc., Poly(1,5-cyclooctadiene), poly(methylisopropenyl ketone); fluorinated ethylene copolymers, poly(arylene oxides), e.g. poly(xylylene oxide); polycarbonates, polyphosphates, e.g. poly(ethylene methyl phosphate) and the like, and any copolymers, including block copolymers containing repeating units of the above, and graft polymers and blends containing any of the foregoing components, and monomers of the foregoing polymers.

Zusätzliche nützliche Materialen beinhalten Poly(siloxane). Typische Poly(siloxane) können aliphatische oder aromatische Gruppen aufweisen, und oftmals haben sie Wiederholungseinheiten, die 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatome enthalten. Das Molekulargewicht der Poly(siloxane) kann in großem Maße variieren, es beträgt jedoch im allgemeinen mindestens etwa 1000. Oftmals haben die Poly(siloxane) ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis 300000, wenn sie auf die Hohlfasermembran aufgebracht werden. Gewöhnliche aliphatische und aromatische Poly(siloxane) beinhalten die Poly(monosubstituierten und disubstituierten Siloxane), bei welchen z.B. die Substituenten niedriger aliphatisch sind, z.B. niedrigeres Alkyl, einschließlich Cycloalkyl, insbesondere Methyl, Ethyl und Propyl, niedrigeres Alkoxy, Aryl einschließlich mono- oder bicyklisches Aryl einschließlich Phenylen, Naphthalen, etc.; niedrigeres mono- und bizyklisches Aryloxy; Acyl einschließlich niedriges aliphatisches und niedriges aromatisches Acyl; und ähnliches. Die aliphatischen und aromatischen Substituenten können beispielsweise mit Halogenen, z.B. Fluor, Chlor und Brom, Hydroxylgruppen, niedrigeren Alkylgruppen, niedrigeren Alkoxygruppen, niedrigeren Acylgruppen und ähnlichem substituiert sein. Manche Poly(siloxane) benetzen eine Hohlfaser, z.B. eine Polysulfon-Hohlfaser, nicht ausreichend, um für einen Kontakt in dem gewünschten Maße zu sorgen. Jedoch kann das Erzielen eines Kontaktes durch Lösen oder Dispergieren des Poly(siloxans) in einem Lösungsmittel für das Poly(siloxan), welches das Polysulfon nicht wesentliche beeinträchtigt, erleichtert werden. Geeignete Lösungsmittel beinhalten normalerweise flüssige Alkane, z.B. Pentan, Cyclohexan, etc.; aliphatische Alkohole, z.B. Methanol; manche halogenierte Alkane und halogenierte Dialkylether; und Dialkylether und ähnliches, sowie Mischungen davon.Additional useful materials include poly(siloxanes). Typical poly(siloxanes) may have aliphatic or aromatic groups, and often have repeat units containing from 1 to about 20 carbon atoms. The molecular weight of the poly(siloxanes) can vary widely, but is generally at least about 1000. Often the poly(siloxanes) have a molecular weight of about 1000 to 300,000 when applied to the hollow fiber membrane. Common aliphatic and aromatic poly(siloxanes) include the poly(monosubstituted and disubstituted siloxanes), in which, for example, the substituents are lower aliphatic, e.g., lower alkyl including cycloalkyl, particularly methyl, ethyl and propyl; lower alkoxy; aryl including mono- or bicyclic aryl including phenylene, naphthalene, etc.; lower mono- and bicyclic aryloxy; acyl including lower aliphatic and lower aromatic acyl; and the like. The aliphatic and aromatic substituents may be substituted with, for example, halogens, e.g., fluorine, chlorine and bromine, hydroxyl groups, lower alkyl groups, lower alkoxy groups, lower acyl groups, and the like. Some poly(siloxanes) do not wet a hollow fiber, e.g., a polysulfone hollow fiber, sufficiently to provide contact to the desired extent. However, achieving contact can be facilitated by dissolving or dispersing the poly(siloxane) in a solvent for the poly(siloxane) which does not substantially affect the polysulfone. Suitable solvents typically include liquid alkanes, e.g. pentane, cyclohexane, etc.; aliphatic alcohols, e.g. methanol; some halogenated alkanes and halogenated dialkyl ethers; and dialkyl ethers and the like, and mixtures thereof.

Wie zuvor angedeutet wird das membranbildende Material auf die Oberfläche des porösen Substrats aus einer Lösung, der membranbildenden Lösung, aufgebracht. Dies wird im allgemeinen ausgeführt, indem die poröse Substratoberfläche durch die Lösung geführt oder in diese eingetaucht wird. Es versteht sich, daß das poröse Substrat entweder trocken oder mit einer Flüssigkeit vorbenetzt sein kann, die mit dem zur Herstellung der membranbildenden Lösung benutzten Lösungsmittel verträglich ist. Jedes geeignete Lösungsmittel oder Gemisch von Lösungsmitteln kann für das membranbildende Material benutzt werden, und Fachleute wissen, welches Lösungsmittel für ein spezielles membranbildendes Material geeignet ist. Das Lösungsmittel ist eines, welches das membranbildende Material löst, und es kann anorganisch oder organisch sein und eine homogene oder gleichmäßige Lösung bilden. Das zum Herstellen der Lösung des membranbildenden Materials benutzte Lösungsmittel kann auch ein Gemisch aus einem oder mehreren Lösungsmitteln sein, das/die das membranbildende Material löst/lösen, und einem oder mehreren Nichtlösungsmitteln für das membranbildende Material. Solche Gemische werden im allgemeinen bevorzugt. Die wichtige Überlegung, ob ein einzelnes Lösungsmittel oder ein Gemisch aus Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel benutzt wird, ist die, daß die Lösung der membranbildenden Lösung vorzugsweise eine im wesentlichen homogene oder gleichförmige Lösung ist. Die Lösung sollte eine ausreichend niedrige Viskosität haben, so daß sie leicht als ein glatter Überzug auf das poröse Substrat aufgebracht werden kann und die poröse Substratoberfläche benetzt. Die Viskosität bei der Anwendungstemperatur kann von weniger als etwa 5 10&supmin;² Pa s (50 Zentipoise) variieren, und sie liegt im allgemeinen zwischen etwa 5 10&supmin;&sup5; Pa s bis etwa 1 10&supmin;² bis 2 10&supmin;² Pa s (etwa 0,05 bis etwa 10 bis 20 Zentipoise). Die Konzentration des membranbildenden Materials in der membranbildenden Lösung kann zwischen etwa 0,25 und etwa 10 Gewichtsprozent der Lösung liegen.As previously indicated, the membrane-forming material is applied to the surface of the porous substrate from a solution, the membrane-forming solution. This is generally accomplished by passing the porous substrate surface through or immersing it in the solution. It will be understood that the porous substrate may be either dry or pre-wetted with a liquid compatible with the solvent used to prepare the membrane-forming solution. Any suitable solvent or mixture of solvents may be used for the membrane-forming material, and those skilled in the art will know which solvent is suitable for a particular membrane-forming material. The solvent is one which dissolves the membrane-forming material, and it may be inorganic or organic and form a homogeneous or uniform solution. The solvent used to prepare the membrane-forming material solution may also be a mixture of one or more solvents which dissolve the membrane-forming material and one or more non-solvents for the membrane-forming material. Such mixtures are generally preferred. The important consideration whether a single solvent or a mixture of solvent and non-solvent is used is that the membrane forming solution solution is preferably a substantially homogeneous or uniform solution. The solution should have a sufficiently low viscosity so that it can be easily applied as a smooth coating to the porous substrate and wets the porous substrate surface. The viscosity at the application temperature can vary from less than about 5 10⁻² Pa s (50 centipoise), and is generally between about 5 10⁻² Pa s to about 1 10⁻² to 2 10⁻² Pa s (about 0.05 to about 10 to 20 centipoise). The concentration of membrane-forming material in the membrane-forming solution may be between about 0.25 and about 10 percent by weight of the solution.

Anschauliche Beispiele für die Materialien, die zum Herstellen der Lösung benutzt werden können, sind die flüssigen aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffe wie z.B. Benzen, Toluen, Pentan, Hexan, 2-Ethylhexan, Cyclopentan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, etc.; Alkanole, z.B. Methanol, Ethanol, die Propanole, die Butanole, Cyclopentanol, Cyclohexanol, Benzylalkohol, etc.; Ketone, z.B. Aceton, Dimethylketon, Diethylketon, Methylethylketon, etc.; Säuren, z.B. Essigsäure, Propionsäure, Salzsäure, etc.; Wasser; Ester, z.B. Ethylacetat, etc.; halogenierte Alkane und Dialkylether, Dialkylether; und ähnliches, wobei Gemische davon ebenfalls benutzt werden können. In manchen Fällen kann eines der Materialien in dem Gemisch das Lösungsmittel für das membranbildende Material sein, während das andere der Materialien das Nichtlösungsmittel sein kann; in anderen Fällen können beide Komponenten Lösungsmittel für das membranbildende Material sein.Illustrative examples of the materials that can be used to prepare the solution are the liquid aliphatic and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, pentane, hexane, 2-ethylhexane, cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane, etc.; alkanols, e.g. methanol, ethanol, the propanols, the butanols, cyclopentanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, etc.; ketones, e.g. acetone, dimethyl ketone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone, etc.; acids, e.g. acetic acid, propionic acid, hydrochloric acid, etc.; water; esters, e.g. ethyl acetate, etc.; halogenated alkanes and dialkyl ethers, dialkyl ethers; and the like, mixtures of which can also be used. In some cases, one of the materials in the mixture may be the solvent for the membrane-forming material, while the other of the materials may be the non-solvent; in other cases, both components may be solvents for the membrane-forming material.

Ein vorläufiger Laborversuch zur Bestimmung der Eignung eines speziellen Materials als ein Lösungsmittel für die membranbildende Lösung zur Verwendung beim Auftrag des Überzugs auf das poröse Substrat kann dadurch ausgeführt werden, daß das zu untersuchende Material allein auf das poröse Substrat aufgebracht wird, und das behandelte Substrat durch das Koagulationsbad geführt wird Ein geeignetes Material würde das Substrat nicht wesentlich beeinträchtigen, was jedoch ein ungeeignetes tun würde. Unter Verwendung dieses Versuchs können Materialien ausgewählt werden, die bei dem Verfahren nach der Erfindung benutzt werden können, die sich jedoch bei bekannten Verfahren, bei welchen eine Erwärmung notwendig war, um das Lösungsmittelmaterial von der Oberfläche des porösen Substrats zu entfernen, nicht eignen würden, da das Erwärmen recht oft eine verschlechternde Wirkung hatte, insbesondere wenn die erforderliche Temperatur zu hoch war. Auch ist die Wahl von nichtflüchtigen Lösungsmitteln möglich, z.B. starken Mineralsäuren oder hochsiedenden Materialien, wenn diese die einzigen Lösungsmittel darstellen, die sich zum Lösen des membranbildenden Polymermaterials eignen, da diese ohne weiteres mittels des Koagulationsbades entfernt werden könnten.A preliminary laboratory test to determine the suitability of a particular material as a solvent for the membrane forming solution for use in applying the coating to the porous substrate can be carried out by applying the material to be tested alone to the porous substrate and passing the treated substrate through the coagulation bath. A suitable material would not significantly affect the substrate, but an unsuitable one would. Using this test, materials can be selected which can be used in the process of the invention but which would not be suitable in known processes in which heating was necessary to remove the solvent material from the surface of the porous substrate, since heating quite often had a detrimental effect, particularly when the temperature required was too high. It is also possible to choose non-volatile solvents, e.g. strong mineral acids or high-boiling materials, if these are the only solvents suitable for dissolving the membrane-forming polymer material, since they can be easily removed by means of the coagulation bath.

Nachdem das poröse Substrat mit der Lösung des membranbildenden Materials überzogen wurde, wird wie zuvor angedeutet das überzogene poröse Substrat durch ein Koagulationsbad geführt. Das Koagulationsbad enthält ein flüssiges Material, welches ein Nichtlösungsmittel für das polymere membranbildende Material ist, das jedoch ein Lösungsmittel für das zum Herstellen der Lösung des polymeren membranbildenden Materials benutzten Lösungsmittels ist. Mit anderen Worten wird das Lösungsmittel des Überzugmaterials in dem Koagulationsbad löslich sein, während jedoch das polymere membranbildende Material im wesentlichen unlöslich in dem Koagulationsbad ist. Wie jedem durchschnittlich gebildeten Wissenschaftler ist dieses Koagulationsphänomen Fachleuten bekannt. Wenn man erst weiß, welches Lösungsmittel zum Lösen des membranbildenden Materials benutzt wurde, kann daher der durchschnittlich gebildete Wissenschaftler problemlos ein geeignetes Koagulierungslösungsmittel für das Koagulationsbad auswählen. Wenn ein Gemisch von Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel zum Herstellen der Lösung von membranbildendem Material benutzt wird, kann im allgemeinen das Koagulationsbad das gleiche Nichtlösungsmittel sein. Folglich wird die spezifische Zusammensetzung des Koagulationsbades mit der speziellen auf das poröse Substrat aufgebrachten Zusammensetzung variieren, ein Tatsache, die für diejenigen offensichtlich ist, die mit diesem Koagulationsphänomen vertraut sind.After the porous substrate has been coated with the solution of the membrane-forming material, as previously indicated, the coated porous substrate is passed through a coagulation bath. The coagulation bath contains a liquid material which is a non-solvent for the polymeric membrane-forming material, but which is a solvent for the solvent used to prepare the solution of the polymeric membrane-forming material. In other words, the solvent of the coating material will be soluble in the coagulation bath, but the polymeric membrane-forming material will be substantially insoluble in the coagulation bath. As is known to any ordinarily educated scientist, this coagulation phenomenon is well known to those skilled in the art. Therefore, once one knows what solvent was used to dissolve the membrane-forming material, the ordinarily educated scientist can readily select an appropriate coagulation solvent for the coagulation bath. In general, when a mixture of solvent and non-solvent is used to prepare the solution of membrane-forming material, the coagulation bath can be the same non-solvent. Consequently, the specific composition of the coagulation bath will vary with the particular composition applied to the porous substrate, a fact which is obvious to those familiar with this coagulation phenomenon.

Die folgende Beschreibung stellt ein Art zur Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung dar. Es ist offenkundig, daß dies nicht die einzige Vorgehensweise darstellt, und sie sollte auch nicht dahingehend ausgelegt werden.The following description sets forth one mode for carrying out the method of this invention. It will be apparent that this is not the only mode of operation and should not be construed as such.

Das Verfahren beginnt damit, daß die porösen Hohlfasern entweder feucht oder vorgetrocknet bei einer Temperatur von etwa 0 ºC oder weniger bis etwa 70 ºC oder mehr, vorzugsweise bei Umgebungstemperatur, durch eine Lösung des membranbildenden Materials geführt werden, die wie zuvor beschrieben hergestellt wurde. Es kann jede Temperatur benutzt werden, vorausgesetzt sie hat keinen verschlechternden Einfluß auf das poröse Substrat oder die Beschichtung. Die Fasern treten nach unten von dem Boden des Gefäßes, das die Lösung des membranbildenden Materials enthält, durch eine geeignete Düsenanordnung als separate Fasern aus, das heißt sie treten als einzelne Fasern aus und treten nicht miteinander in Kontakt. Solche Düsenanordnungen sind in der Technik bekannt und kommerziell verfügbar oder bereits vorhanden. Die getrennten Fasern, die aus der Düse austreten, bewegen sich weiter nach unten und werden einem Trocknungsschritt ausgesetzt, vorzugsweise indem sie über eine Dauer von etwa 1 bis etwa 80 Sekunden, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 20 Sekunden, durch Luft bei Umgebungsbedingungen geführt werden. Es kann jede andere gasförmige Atmosphäre benutzt werden, vorausgesetzt sie zeigt keine verschlechternde Wirkung auf das Produkt. Das Ausmaß dieser Trocknungsperiode wird in Abhängigkeit von dem speziellen System, das zum Beschichten des porösen Substrates benutzt wird, und der Temperatur variieren, bei der das Trocknen erfolgt, da falls erwünscht Temperaturen unter oder über der Umgebungstemperatur benutzt werden können. Es ist wichtig, daß ein gewisses Verdampfen oder Trocknen des Lösungsmittels erfolgt und es ist in gleichem Maße bedeutsam, daß kein vollständiges Trocknen eintritt. Ein kritisches Merkmal besteht darin, daß eine gewisse Restmenge an Lösungsmittel von der membranbildenden Lösung auf dem beschichteten porösen Substrat zurückgehalten wird, im allgemeinen etwa 10 bis 90 Gewichtsprozent, und am häufigsten etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent, wenn es in das Koagulationsbad eintritt. Es ist in gleichem Maße wichtig, daß die sich nach unten bewegenden beschichteten Fasern während der Trocknungsperiode keinen Kontakt miteinander oder mit einerjeglichen festen Oberfläche haben, nachdem sie aus der Düsenanordnung ausgetreten sind, nachdem sie durch das Koagulationsbad geführt wurden, da sich ansonsten Mängel auf dem beschichteten porösen Substrat bilden können. Folgend dem kurzen Trocknungsschritt gelangen die getrennten Fasern in das Koagulationsbad. Dieses kann wiederum eine Temperatur unter oder über den Umgebungsbedingungen haben, z.B. etwa 0 ºC oder weniger bis etwa 75 ºC oder mehr, jedoch wird Umgebungstemperatur bevorzugt. Dieses Bad hat eine ausreichende Größe, damit die Koagulation des membranbildenden Materials auf der Oberfläche des porösen Substrats abgeschlossen ist, bevor das beschichtete poröse Substrat mit einer festen Oberfläche in Kontakt tritt. Gleichzeitig mit dieser Koagulation wird das in der membranbildenden Lösung vorhandene Lösungsmittel in dem Koagulationsbad gelöst. Nachdem die Koagulation erfolgte ist, werden die getrennten Fasern um eine am Boden des Koagulationsbades angeordnete Riemenscheibe entgegen ihrer Richtung herumgeführt, sie steigen auf und verlassen das Bad. Dann treten sie über die Riemenscheibe und die Fasertrennanordnung aus, und die Hohlfaserverbundmembran wird auf einer Wickelspule entweder feucht oder nach einem Trocknungsschritt gesammelt.The process begins by passing the porous hollow fibers, either wet or predried, at a temperature of from about 0°C or less to about 70°C or more, preferably at ambient temperature, through a solution of the membrane-forming material prepared as previously described. Any temperature may be used provided it does not have a detrimental effect on the porous substrate or coating. The fibers exit downwardly from the bottom of the vessel containing the solution of the membrane-forming material through a suitable nozzle arrangement as separate fibers, that is, they exit as individual fibers and do not contact each other. Such nozzle arrangements are known in the art and are commercially available or already in existence. The separated fibers exiting the nozzle continue downwardly and are subjected to a drying step, preferably by passing them through air at ambient conditions for a period of from about 1 to about 80 seconds, preferably from about 10 to about 20 seconds. Any other gaseous atmosphere may be used provided it does not have a detrimental effect on the product. The extent of this drying period will vary depending on the particular system used to coat the porous substrate and the temperature at which drying occurs, since temperatures below or above ambient temperature may be used if desired. It is important that some evaporation or drying of the solvent occurs and it is equally important that complete drying does not occur. A critical feature is that some residual amount of solvent is retained by the membrane forming solution on the coated porous substrate, generally about 10 to 90 percent by weight, and most frequently about 30 to 70 weight percent when it enters the coagulation bath. It is equally important that the downwardly moving coated fibers do not come into contact with each other or with any solid surface after they exit the nozzle assembly after being passed through the coagulation bath during the drying period, otherwise defects may form on the coated porous substrate. Following the brief drying step, the separated fibers enter the coagulation bath. This, again, may be at a temperature below or above ambient conditions, e.g., about 0°C or less to about 75°C or more, but ambient temperature is preferred. This bath is of sufficient size so that coagulation of the membrane-forming material on the surface of the porous substrate is completed before the coated porous substrate comes into contact with a solid surface. Simultaneous with this coagulation, the solvent present in the membrane-forming solution is dissolved in the coagulation bath. After coagulation has taken place, the separated fibers are guided around a pulley arranged at the bottom of the coagulation bath in the opposite direction to their original direction, they rise and leave the bath. They then exit via the pulley and the fiber separation assembly and the hollow fiber composite membrane is collected on a winding reel either wet or after a drying step.

Um während der Fluidtrennung, bei der die mittels dem Verfahren gemäß dieser Erfindung hergestellten Verbundmembranen benutzt werden, den maximalen Nutzen zu erreichen, wird gewöhnlich bevorzugt, die hoch selektiven Beschichtungsmaterialien zum Beschichten des porösen Substrats einzusetzen. Diese verfügen über hohe Selektivitätswerte, und sie finden sich in dem von John Wiley & Sons, N.Y. 1975 herausgegebenen Polymer Hanbook. Wenn jedoch ein hoher Durchfluß erwünscht ist, kann ein Material mit einer geringeren Selektivität gewählt werden. Diese Aspekte der Membrantechnologie sind Fachleuten bekannt.In order to achieve maximum benefit during fluid separation using the composite membranes prepared by the process of this invention, it is usually preferred to use the highly selective coating materials for coating the porous substrate. These have high selectivity values and can be found in the Polymer Handbook published by John Wiley & Sons, N.Y., 1975. However, if high flux is desired, a material with a lower selectivity can be chosen. These aspects of membrane technology are well known to those skilled in the art.

Die dünne Membran, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Oberfläche des porösen Substrats aufgebracht wird, hat eine Dicke von etwa 50 bis etwa 70 nm (etwa 500 bis etwa 7000 Å, vorzugsweise etwa 75 bis etwa 200 nm (etwa 750 bis etwa 2000 Å).The thin membrane applied to the surface of the porous substrate by the method of the invention has a thickness of about 50 to about 70 nm (about 500 to about 7000 Å), preferably about 75 to about 200 nm (about 750 to about 2000 Å).

Unter den Vorteilen, die mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden können, sind zu nennen: das Vermögen, permeable Membranen herzustellen, die dünner als die bisher erreichbaren sind; sowie Membranen mit einer gleichförmigeren Oberfläche; Membranen, die im wesentlichen frei von Hohlräumen und feinen Löchern sind; das Vermögen, Polymere zu beschichten, die durch das zum Herstellen der membranbildenden Lösung benutzten Lösungsmittel beschädigt werden würden, und das Vermögen, höhersiedende Lösungsmittel für die membranbildende Zusammensetzung zu benutzen. Infolgedessen verfügen die Verbundmembranen im allgemeinen über verbesserte Werte für die Selektivität, den Durchfluß und die Permeationsraten.Among the advantages that can be achieved by the process of the invention are the ability to produce permeable membranes that are thinner than those previously achievable; membranes with a more uniform surface; membranes that are substantially free of voids and pinholes; the ability to coat polymers that would be damaged by the solvent used to prepare the membrane-forming solution and the ability to use higher boiling solvents for the membrane-forming composition. As a result, the composite membranes have generally have improved values for selectivity, flux and permeation rates.

Es versteht sich, daß wie hier benutzt die Selektivität oder der Trennfaktor einer Membran oder einer Membranmodulbaugruppe das Verhältnis der Permeationsrate der leichter permeierbaren zu der schlechter permeierbaren Komponente eines zu trennenden Gemisches repräsentiert, wobei die Permeabilität in cm³(STP)/cm² Tag kPa (ft³(STP)/ft² Tag psi) ausgedrückt wird.It is understood that as used herein, the selectivity or separation factor of a membrane or membrane module assembly represents the ratio of the permeation rate of the more easily permeable to the less easily permeable component of a mixture to be separated, with permeability being expressed in cm³(STP)/cm² day kPa (ft³(STP)/ft² day psi).

Die folgenden Beispiele dienen dazu, die Erfindung näher zu veranschaulichen.The following examples serve to illustrate the invention in more detail.

Beispiel 1example 1

Eine gesponnene poröse Polysulfon-Hohlfaser wurde bei etwa 115 ºC getrocknet und dann für eine Verweildauer von 10 Sekunden durch einen Heißluftofen bei etwa 182 ºC geführt. Diese Vorgehensweise führte zu der Bildung eines asymmetrischen Substrats.A spun porous polysulfone hollow fiber was dried at about 115 ºC and then passed through a hot air oven at about 182 ºC for a residence time of 10 seconds. This procedure resulted in the formation of an asymmetric substrate.

Eine membranbildende Lösung von 1,5 Gewichtsprozent Zelluloseacetat in einem Lösungsmittelgemisch nach Volumen von 50/50 Essigsäure und Isopropanol wurde hergestellt und in ein Gefaß gefiltert, das an dessen unterem Bereich eine Mehrlochdüse aufwies. Die oben hergestellten porösen Polysulfon-Hohlfasern wurden wie zuvor beschrieben beschichtet. Sie wurden mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m (5 Fuß) pro Minute durch die Zelluloseacetatlösung geführt, um die Fasern bei Raumtemperatur zu beschichten, und sie traten aus den Düsenöffnungen aus. Die lösungsbeschichteten Verbundhohlfasern traten durch ihre einzelnen Löcher oder Öffnungen in der Düse aus und bewegten sich 14 Sekunden lang in Luft nach unten, um Lösungsmittel bei Umgebungstemperatur zu verdampfen, ohne miteinander oder einer festen Oberfläche in Kontakt zu treten. Sie wurden dann bei Umgebungstemperatur in einen 10 l Behälter mit Isopropanol eingetaucht, das als das Koagulationsbad diente. Isopropanol ist ein Nichtlösungsmittel für das Zelluloseacetat und ein Lösungsmittel für das Essigsäure/Isopropanol-Lösungsmittelgemisch. Nach der Koagulation wurden die mit Zelluloseacetat beschichteten porösen Polysulfon-Hohlfaser-Verbundmembranen wie zuvor beschrieben gewonnen.A membrane-forming solution of 1.5 weight percent cellulose acetate in a solvent mixture by volume of 50/50 acetic acid and isopropanol was prepared and filtered into a vessel having a multi-hole nozzle at the bottom thereof. The porous polysulfone hollow fibers prepared above were coated as previously described. They were passed through the cellulose acetate solution at a rate of 1.5 m (5 feet) per minute to coat the fibers at room temperature and exited the nozzle orifices. The solution-coated composite hollow fibers exited through their individual holes or orifices in the nozzle and moved downward in air for 14 seconds to evaporate solvent at ambient temperature without contacting each other or a solid surface. They were then immersed in a 10 L container of isopropanol at ambient temperature, which served as the coagulation bath. Isopropanol is a nonsolvent for the cellulose acetate and a solvent for the acetic acid/isopropanol solvent mixture. After coagulation, the cellulose acetate-coated porous polysulfone hollow fiber composite membranes were recovered as previously described.

Die Hohlfaser-Verbundmembranen wurden zu Versuchszwecken durch konventionelle Mittel zu 16-litzigen Fluidtrennmoduln mit einer Länge von 203 mm (8 inch) geformt.The hollow fiber composite membranes were formed into 16-strand fluid separation modules with a length of 203 mm (8 inches) by conventional means for experimental purposes.

Die porösen Polysulfon-Hohlfaser-Verbundmembranmoduln wurden mit einer gemischten Gaszufuhr von 30,5 Vol.% Wasserstoff und 69,5 Vol.% Stickstoff bei 13,8 bar (200 psi) und 25 ºC auf ihre Gastrenneigenschaften untersucht. Die mittlere Selektivität für eine Wasserstoffabtrennung zwischen Wasserstoff und Stickstoff betrug 59; die mittlere Permeationsrate (P/t) von Wasserstoff betrug 4,07 cm³(STP)/cm² Tag kPa(0,92 ft³(STP)/ft² Tag psi).The porous polysulfone hollow fiber composite membrane modules were tested for their gas separation properties with a mixed gas feed of 30.5 vol.% hydrogen and 69.5 vol.% nitrogen at 13.8 bar (200 psi) and 25 ºC. The average selectivity for hydrogen separation between hydrogen and nitrogen was 59; the mean permeation rate (P/t) of hydrogen was 4.07 cm³(STP)/cm² day kPa (0.92 ft³(STP)/ft² day psi).

Die gleichen Polysulfon-Hohlfasern wurden mit der membranbildenden Zelluloseacetatlösung bei verschiedenen Beschichtungsgeschwindigkeiten beschichtet, um die Luftverdamptungszeit zu variieren. Wie oben beschrieben, wurden Fluidtrennmoduln hergestellt und geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt. Tabelle I Durchlauf Beschichtungsgeschwindigk. Luftverdampf. Selektivität (Mittel)The same polysulfone hollow fibers were coated with the membrane-forming cellulose acetate solution at different coating speeds to vary the air evaporation time. Fluid separation modules were prepared and tested as described above. The results are summarized in Table I. Table I Run Coating Speed Air Evaporation Selectivity (Average)

Wie zu sehen ist, werden die besten Ergebnisse hinsichtlich der Selektivität zwischen Wasserstoff und Stickstoff und hinsichtlich der Permeationsrate (P/t) bei einer Dauer der Lufttrocknung oder Luftverdampfung von 14 Sekunden erzielt. Bei kürzeren Lufttrocknungsdauern ist die Selektivität geringer, jedoch ist die Permeationsrate höher.As can be seen, the best results in terms of selectivity between hydrogen and nitrogen and in terms of permeation rate (P/t) are obtained with an air drying or air evaporation time of 14 seconds. For shorter air drying times, the selectivity is lower, but the permeation rate is higher.

Vergleichsversuch AComparison test A

Zu Vergleichszwecken wurde unter Verwendung der porösen asymmetrischen Polysulfon- Hohlfasern von Beispiel 1 ohne Auftrag eines Zelluloseacetatüberzugs ein Modul hergestellt und wie in Beispiel 1 beschrieben hinsichtlich der Wasserstofftrenneigenschaften untersucht. Die mittlere Selektivität zwischen Wasserstoff und Stickstoff betrug 3,3 und die mittlere Permeationsrate betrug 446 cm³(STP)/cm² Tag kPa (10 0,92 ft³(STP)/ft² Tag psi). Die Trennung wurde bei 1,7 bar (25 psi) und 26 ºC ausgeführt.For comparison purposes, a module was prepared using the porous asymmetric polysulfone hollow fibers of Example 1 without the application of a cellulose acetate coating and tested for hydrogen separation properties as described in Example 1. The average selectivity between hydrogen and nitrogen was 3.3 and the average permeation rate was 446 cm³(STP)/cm² day kPa (10 0.92 ft³(STP)/ft² day psi). The separation was carried out at 1.7 bar (25 psi) and 26ºC.

Vergleichsversuch BComparison test B

Zu Vergleichszwecken wurde unter Verwendung der porösen Polysulfon-Hohlfasern von Beispiel 1, bevor diese dem Erhitzungsschritt unterzogen werden und ohne Auftrag eines Zelluloseacetatüberzugs ein Modul hergestellt und wie in Vergleichsversuch A beschrieben hinsichtlich der Wasserstofftrenneigenschaften untersucht. Die mittlere Selektivität zwischen Wasserstoff und Stickstoff betrug 1,3 und die mittlere Permeationsrate betrug 619 cm³(STP)/cm² Tag kPa (140 ft³(STP)/ft² Tag psi).For comparison purposes, using the porous polysulfone hollow fibers of Example 1 before subjecting them to the heating step and without applying a cellulose acetate coating A module was fabricated and tested for hydrogen separation properties as described in Comparative Experiment A. The average selectivity between hydrogen and nitrogen was 1.3 and the average permeation rate was 619 cm³(STP)/cm² day kPa (140 ft³(STP)/ft² day psi).

Ein Vergleich der Permeationsrate von Vergleichsversuch A mit der von Beispiel 1 zeigt, daß bei dem Vergleichsversuch die Permeationsrate oder der Durchfluß wesentlich höher ist. Jedoch ist die Selektivität beträchtlich geringer, nämlich bei 3,3 in Vergleichsversuch A und bei etwa 44 bis 59 in Beispiel 1. Wenn die Aufgabe in der Trennung eines Gases von einem anderen besteht, in diesem Fall Wasserstoff von Stickstoff, sind somit die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Membranen wesentlich überlegen; ein hoher Durchfluß oder eine hohe Permeationsrate führte nicht zu einer befriedigenden Trennung.A comparison of the permeation rate of Comparative Experiment A with that of Example 1 shows that in the Comparative Experiment the permeation rate or flux is substantially higher. However the selectivity is considerably lower, namely 3.3 in Comparative Experiment A and about 44 to 59 in Example 1. Thus, when the task is to separate one gas from another, in this case hydrogen from nitrogen, the membranes produced by the process of the invention are substantially superior; a high flux or permeation rate did not result in a satisfactory separation.

Beispiel 2Example 2

Es wurde eine membranbildende Lösung von 1,0 Gewichtsprozent Zelluloseacetat in einem Lösungsmittelgemisch nach Volumen von 50/50 Essigsäure und Isopropanol hergestellt. Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise wurden die in Beispiel 1 beschriebenen porösen Polysulfon-Hohlfasern mit dieser Lösung beschichtet. Die sich ergebenden mit dem Zelluloseacetat beschichteten porösen Polysulfon-Hohlfaser-Verbundmembranen wurden auf ihre Gastrenneigenschaften zwischen Wasserstoff und Stickstoff untersucht, wobei nach den in Beispiel 1 beschriebenen Prozeduren verfahren wurde. In Tabelle II sind die Werte und Ergebnisse zusammengefaßt. Tabelle II Durchlauf Beschichtungsgeschwindigk. Luftverdampf. Selektivität (Mittel)A membrane forming solution of 1.0 weight percent cellulose acetate in a solvent mixture by volume of 50/50 acetic acid and isopropanol was prepared. The porous polysulfone hollow fibers described in Example 1 were coated with this solution following the procedure described in Example 1. The resulting cellulose acetate coated porous polysulfone hollow fiber composite membranes were tested for their hydrogen-nitrogen gas separation properties using the procedures described in Example 1. Table II summarizes the data and results. Table II Run Coating Speed Air Evaporation Selectivity (Average)

Es ist zu beobachten, daß die Selektivität bei sinkender Luftverdamptungsdauer abnimmt, wobei eine Luftverdampfungsdauer von 14 Sekunden die beste Selektivität zeigt, wenn mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Membranen mit diesem System benutzt werden.It can be observed that the selectivity decreases with decreasing air evaporation time, with an air evaporation time of 14 seconds showing the best selectivity when membranes produced by the process according to the invention are used with this system.

Beispiel 3Example 3

Es wurde eine membranbildende Lösung von 0,75 Gewichtsprozent Zelluloseacetat in einem Lösungsmittelgemisch nach Volumen von 50/50 Essigsäure und Isopropanol hergestellt. Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise wurden die in Beispiel 1 beschriebenen porösen Polysulfon-Hohlfasern mit dieser Lösung beschichtet. Die sich ergebenden mit dem Zelluloseacetat beschichteten porösen Polysulfon-Hohlfaser-Verbundmembranen wurden zum Aufbau von Fluidtrennmoduln benutzt und auf ihre Gastrenneigenschaften zwischen Wasserstoff und Stickstoff untersucht, wobei nach den in Beispiel 1 beschriebenen Prozeduren verfahren wurde. In Tabelle III sind die Werte und Ergebnisse zusammengefaßt. Tabelle III Durchlauf Beschichtungsgeschwindigk. Luftverdampf. Selektivität (Mittel)A membrane forming solution of 0.75 weight percent cellulose acetate in a solvent mixture by volume of 50/50 acetic acid and isopropanol was prepared. The porous polysulfone hollow fibers described in Example 1 were coated with this solution following the procedure described in Example 1. The resulting cellulose acetate-coated porous polysulfone hollow fiber composite membranes were used to construct fluid separation modules and tested for their gas separation properties between hydrogen and nitrogen following the procedures described in Example 1. Table III summarizes the data and results. Table III Run Coating Speed Air Evaporation Selectivity (Average)

Es ist zu bemerken, daß die Selektivität bei sinkender Lufiverdampfungsdauer abnimmt, wobei eine Lufiverdampfüngsdauer von 14 Sekunden die beste Selektivität zeigt, wenn mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Membranen mit diesem System benutzt werden.It should be noted that the selectivity decreases with decreasing air evaporation time, with an air evaporation time of 14 seconds showing the best selectivity when membranes produced by the process according to the invention are used with this system.

Es ist auch zu bemerken, daß die Konzentration von Zelluloseacetat in der membranbildenden Lösung eine geringe oder keine Auswirkung auf die Selektivität oder die Permeationsrate der mittels dem erfindungsgemäben Verfahren hergestellten porösen Polysulfon-Hohlfaser- Verbundmembranen zeigt, und daß in allen Fällen die Selektivität besser war, als diejenige, die bei Vergleichsbeispiel A oder Vergleichsbeispiel B erreicht wurde.It is also noted that the concentration of cellulose acetate in the membrane-forming solution has little or no effect on the selectivity or permeation rate of the porous polysulfone hollow fiber membranes produced by the process of the invention. composite membranes and that in all cases the selectivity was better than that achieved with Comparative Example A or Comparative Example B.

Beispiel 4Example 4

Es wurde eine membranbildende Lösung von 1,5 Gewichtsprozent bromiertem Polyphenylenoxid in Kohlenstofftetrachlorid hergestellt und gefiltert und in ein Gefäß eingebracht, das mit an dessen unterem Bereich eine Mehrlochdüse aufwies. Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise wurden die in Beispiel 1 beschriebenen Polysulfon-Hohlfasern mit dieser Lösung beschichtet, wobei eine Luftverdampfungsdauer von 14 Sekunden bei Umgebungstemperatur benutzt wurde. Die sich ergebenden mit dem bromiertem Polyphenylenoxid beschichteten porösen Polysulfon-Hohlfaser-Verbundmembranen wurden zum Aufbau von Fluidtrennmoduln benutzt und auf ihre Gastrenneigenschaften zwischen Sauerstoff und Stickstoff untersucht, wobei Luft als Einsatz bei 25 ºC und 6,9 bar (100 psi) benutzt wurde. Die mittlere Selektivität für eine Sauerstoffabtrennung zwischen Sauerstoff und Stickstoff betrug 4,2 und die mittlere Permeationsrate betrug 0,75 cm³(STP)/cm² Tag kPa (0,17 ft³(STP)/ft² Tag psi).A membrane forming solution of 1.5 weight percent brominated polyphenylene oxide in carbon tetrachloride was prepared and filtered and placed in a vessel having a multi-hole nozzle at the bottom thereof. Following the procedure described in Example 1, the polysulfone hollow fibers described in Example 1 were coated with this solution using an air evaporation time of 14 seconds at ambient temperature. The resulting porous polysulfone-hollow fiber composite membranes coated with the brominated polyphenylene oxide were used to construct fluid separation modules and tested for their gas separation properties between oxygen and nitrogen using air as the feed at 25°C and 6.9 bar (100 psi). The mean selectivity for oxygen separation between oxygen and nitrogen was 4.2 and the mean permeation rate was 0.75 cm³(STP)/cm² day kPa (0.17 ft³(STP)/ft² day psi).

Beispiel 5Example 5

Es wurde eine membranbildende Lösung von 1,5 Gewichtsprozent Tetramethylbisphenol-A- Polysulfonpolymer in einem Lösungsmittelgemisch nach Volumen von 50/50 1,1,1-Trichlorethan und Kohlenstofftetrachlorid hergestellt und gefiltert. Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise wurden die in Beispiel 1 beschriebenen Polysulfon-Hohlfasern mit dieser Lösung beschichtet, bei Umgebungstemperatur 14 Sekunden lang luftgetrocknet und in einen als Koagulationsbad dienenden 10 l-Behälter Isopropanol eingetaucht. Isopropanol ist ein Nichtlösungsmittel für das Tetramethylbisphenol-A-Polysulfonpolymer und ein Lösungsmittel für das 1,1,1-Trichlorethan/Kohlenstofftetrachlorid-Lösungsmittelgemisch. Die mit dem Tetramethylbisphenol-A-Polysulfonpolymer beschichteten porösen Polysulfon-Hohlfaser-Verbundmembranen wurden zum Aufbau von Fluidtrennmoduln benutzt und auf ihre Gastrenneigenschaften zwischen Wasserstoff und Stickstoff untersucht, wobei Luft als Einsatz bei 25 ºC und 6,89 bar (100 psi) benutzt wurde. Die mittlere Selektivität für eine Sauerstoffabtrennung zwischen Sauerstoff und Stickstoff betrug 3,9 und die mittlere Permeationsrate betrug 0,49 cm³(STP)/cm² Tag kPa (0,11 ft³(STP)/ft² Tag psi).A membrane-forming solution of 1.5 weight percent tetramethylbisphenol-A polysulfone polymer in a solvent mixture by volume of 50/50 1,1,1-trichloroethane and carbon tetrachloride was prepared and filtered. Following the procedure described in Example 1, the polysulfone hollow fibers described in Example 1 were coated with this solution, air dried at ambient temperature for 14 seconds, and immersed in a 10-L container of isopropanol used as a coagulation bath. Isopropanol is a nonsolvent for the tetramethylbisphenol-A polysulfone polymer and a solvent for the 1,1,1-trichloroethane/carbon tetrachloride solvent mixture. The porous polysulfone hollow fiber composite membranes coated with tetramethylbisphenol-A polysulfone polymer were used to construct fluid separation modules and tested for their gas separation properties between hydrogen and nitrogen using air as the feed at 25 ºC and 6.89 bar (100 psi). The average selectivity for oxygen separation between oxygen and nitrogen was 3.9 and the average permeation rate was 0.49 cm³(STP)/cm² day kPa (0.11 ft³(STP)/ft² day psi).

Claims (16)

1. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran für Fluidtrennung, bei der auf einem porösen Substrat eine dünne, im wesentlichen glatte Membrantrennschicht angeordnet ist, die im wesentlichen frei von Hohlräumen, feinen Löchern und anderen Defekten ist, bei dem:1. A method of forming a hollow fiber composite membrane for fluid separation comprising: disposing on a porous substrate a thin, substantially smooth membrane separation layer that is substantially free of voids, pinholes and other defects, comprising: (i) ein vorgeformtes poröses Hohlfasersubstrat mit einer membranbildenden Zusammensetzung, die eine einen membranbildenden Werkstoff enthaltende Lösung und ein Lösungsmittel dafür aufweist, beschichtet wird, indem die Zusammensetzung auf das poröse Hohlfasersubstrat aufgebracht wird;(i) coating a preformed porous hollow fiber substrate with a membrane-forming composition comprising a solution containing a membrane-forming material and a solvent therefor by applying the composition to the porous hollow fiber substrate; (ii) das mit der Zusammensetzung beschichtete poröse Hohlfasersubstrat durch eine Gasatmosphäre hindurchgeleitet wird, um einen Teil des, aber nicht das gesamte Lösungsmittel(s) in der Zusammensetzung von der Oberfläche des beschichteten porösen Hohlfasersubstrats abzudampfen;(ii) passing the porous hollow fiber substrate coated with the composition through a gas atmosphere to evaporate some, but not all, of the solvent(s) in the composition from the surface of the coated porous hollow fiber substrate; (iii) das derart teilgetrocknete beschichtete poröse Hohlfasersubstrat in ein flüssiges Koagulationsbad geleitet wird, das ein Nichtlösungsmittel für den membranbildenden Werkstoff und ein Lösungsmittel für das Lösungsmittel in der in dem Verfahrensschritt (i) benutzten Lösung ist, wobei der membranbildende Werkstoff auf der Oberfläche des porösen Hohlfasersubstrats koaguliert wird und das Lösungsmittel für den membranbildenden Werkstoff in dem flüssigen Koagulationsbad aufgelöst wird; und(iii) the coated porous hollow fiber substrate thus partially dried is passed into a liquid coagulation bath which is a non-solvent for the membrane-forming material and a solvent for the solvent in the solution used in the process step (i), whereby the membrane-forming material is coagulated on the surface of the porous hollow fiber substrate and the solvent for the membrane-forming material is dissolved in the liquid coagulation bath; and (iv) die Hohlfaserverbundmembran gewonnen wird,(iv) the hollow fibre composite membrane is obtained, dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that - im Verfahrensschritt (i) eine gleichförmige Lösung verwendet wird, die bei der Aufbringungstemperatur eine Viskosität von weniger als 5 10&supmin;²Pa s (50 Zentipoise) hat, wobei die Konzentration des membranbildenden Werkstoffes in dieser Lösung etwa 0,25 bis etwa 10 Gew.% der Lösung beträgt;- in step (i) a uniform solution is used which has a viscosity of less than 5 10-2 Pa s (50 centipoise) at the application temperature, the concentration of the membrane-forming material in said solution being from about 0.25 to about 10% by weight of the solution; - ein Kontakt der beschichteten Oberfläche des Hohlfasersubstrats mit einer festen Oberfläche von dem Zeitpunkt des Aufbringens der Lösung der membranbildenden Zusammensetzung auf die Oberfläche des porösen Hohlfasersubstrats bis zum Koagulieren des membranbildenden Werkstoffs auf der Oberfläche des porösen Hohlfasersubstrats vermieden wird; und- contact of the coated surface of the hollow fiber substrate with a solid surface is avoided from the time of application of the solution of the membrane-forming composition to the surface of the porous hollow fiber substrate until the coagulation of the membrane-forming material on the surface of the porous hollow fiber substrate; and - das beschichtete poröse Hohlfasersubstrat durch das Koagulationsbad in einer solchen Weise hindurchgeleitet wird, daß zwischen dem lösungsmittelhaltigen membranbildenden Werkstoff auf dem porösen Substrat und dem flüssigen Koagulationsbad Scherkräfte erzeugt werden, welche die Oberfläche des membranbildenden Werkstoffes einzuebnen suchen und im wesentlichen alle dort möglicherweise vorhandenen Hohlräume und feinen Löcher ausfüllen.- the coated porous hollow fiber substrate is passed through the coagulation bath in such a way that shear forces are generated between the solvent-containing membrane-forming material on the porous substrate and the liquid coagulation bath, which shear forces tend to level the surface of the membrane-forming material and substantially fill any voids and pinholes that may be present there. 2. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem die im Verfahrensschritt (i) verwendete Lösungsmittellösung ein oder mehrere Lösungsmittel für den membranbildenden Werkstoff aufweist.2. A method for forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the solvent solution used in step (i) comprises one or more solvents for the membrane-forming material. 3. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem die im Verfahrensschritt (i) verwendete Lösungsmittellösung ein oder mehrere Lösungsmittel für den membranbildenden Werkstoff und ein oder mehrere Nichtlösungsmittel für den membranbildenden Werkstoff aufweist.3. A method for forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the solvent solution used in step (i) comprises one or more solvents for the membrane-forming material and one or more nonsolvents for the membrane-forming material. 4. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur der membranbildenden Zusammensetzung zwischen etwa 0 ºC und etwa 70 ºC liegt.4. A method of forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the temperature of the membrane-forming composition is between about 0°C and about 70°C. 5. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur der membranbildenden Zusammensetzung der Umgebungstemperatur entspricht.5. A method for forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the temperature of the membrane-forming composition corresponds to the ambient temperature. 6. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem der Trocknungsschritt (ii) eine Dauer von etwa 1 bis 80 Sekunden hat.6. A method of forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the drying step (ii) has a duration of about 1 to 80 seconds. 7. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem der Trocknungsschritt (ii) eine Dauer von etwa 10 bis 20 Sekunden hat.7. A method of forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the drying step (ii) has a duration of about 10 to 20 seconds. 8. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur des flüssigen Koagulationsbades etwa 0 ºC bis etwa 75 ºC beträgt.8. A method of forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the temperature of the liquid coagulation bath is about 0°C to about 75°C. 9. Verfahren zur Ausbildung einer Hohlfaserverbundmembran nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur des flüssigen Koagulationsbades der Umgebungstemperatur entspricht.9. A method for forming a hollow fiber composite membrane according to claim 1, wherein the temperature of the liquid coagulation bath corresponds to the ambient temperature. 10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der membranbildende Werkstoff Zelluloseacetat ist.10. The method of claim 1, wherein the membrane-forming material is cellulose acetate. 11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der membranbildende Werkstoff bromiertes Polyphenylenoxid ist.11. The method of claim 1, wherein the membrane-forming material is brominated polyphenylene oxide. 12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der membranbildende Werkstoff Tetramethylbisphenol-A-Polysulfonpolymer ist.12. The method of claim 1, wherein the membrane forming material is tetramethylbisphenol A polysulfone polymer. 13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche des vorgeformten porösen Hohlfasersubstrats vorbenetzt wurde, bevor sie mit der membranbildenden Zusammensetzung in Kontakt kommt.13. The method of claim 1, wherein the surface of the preformed porous hollow fiber substrate has been pre-wetted prior to contacting the membrane-forming composition. 14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das poröse Hohlfasersubstrat aus Polysulfon besteht.14. The method of claim 1, wherein the porous hollow fiber substrate is made of polysulfone. 15. Verwendung einer durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche erhaltenen selektiv permeablen Hohlfaserverbundmembran zum Abtrennen mindestens eines Fluids in einem Fluidgemisch von mindestens einem anderen Fluid in dem Fluidgemisch.15. Use of a selectively permeable hollow fiber composite membrane obtained by the process according to one of the preceding claims for separating at least one fluid in a fluid mixture from at least one other fluid in the fluid mixture. 16. Verwendung nach Anspruch 15, bei der die Fluide Gase sind.16. Use according to claim 15, wherein the fluids are gases.
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