DE4234816C1 - Textilverstärkte Membran und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Textilverstärkte Membran und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine textilverstärkte
mikroporöse Membran, bei der ein textiles
Flächengebilde aus thermoplastischen Polymerfasern
unter Wärmeeinwirkung ohne Verwendung von Klebstoff
auf der Membran aufgebracht ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren
zur Herstellung solcher textilverstärkter Membranen.
Es ist bekannt, mikroporöse Membranen, die
insbesondere in der Filtration von Flüssigkeiten
vorteilhaft eingesetzt werden können, mit einem
Vlies zu verstärken, um deren Festigkeit zu erhöhen.
Hierzu wird - beispielsweise in der
DE 36 29 805 C1 beschrieben ist - ein
Verstärkungsvlies auf die Membran aufgeklebt, was
allerdings den Nachteil hat, daß die
Membranoberfläche großflächig verklebt wird, so daß
sich die Leistung der Membrane deutlich vermindert.
Es wird daher angestrebt, bei der Herstellung
vliesverstärkter Membranen ohne Klebstoff
auszukommen.
Aus der EP 03 65 400 ist es bekannt, eine
Filtrationsmembran in wenigstens eine als Trag- und
Schutzgerüst dienende Gewebekonstruktion
einzubetten. Die Membranmasse wird in oder auf das
Gewebe ein- oder aufgebracht, so daß das Gewebe in
der Membranmasse verankert ist. Die Öffnungen in der
Filtermembran werden nach dem Eindringen der
Membranmasse in die Gewebestruktur ausgebildet. Je
nach Art des Gewebes muß jedoch die Viskosität der
Membranmasse eingestellt werden, so daß die
Membranherstellung erheblichen Beschränkungen
unterliegt.
Ein anderes Verfahren wird in der EP 01 85 373
beschrieben, wonach Mikrofasern auf der mikroporösen
Membran in frisch extrudiertem und direktem Zustand
und mit einer erhöhten Temperatur aufgebracht
werden, die geringfügig über der Schmelztemperatur
des thermoplastischen Polymermaterials liegt, das
zur Erzeugung der Mikrofasern dient. Diese nach dem
melt-blown-Verfahren hergestellten Vliese besitzen
nur geringe Festigkeit und Steifigkeit. Außerdem
erfordert dieses bekannte Verfahren, daß das Vlies
unmittelbar nach dem Extrudieren der Mikrofasern
aufgebracht werden muß.
Aufgabe der Erfindung ist eine textilverstärkte
Membran, die ohne Verwendung eines Klebers
hergestellt wird, wobei das textile Flächengebilde
eine große Festigkeit und Steifigkeit aufweisen
soll. Es ist auch Aufgabe der Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung solcher textilverstärkter
Membranen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einer textilverstärkten
mikroporösen Membran gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gegenstand des Verfahrens ist der Patentanspruch 11.
Unter Kernmantelfasern werden solche verstanden, die
um das Kernmaterial eine Umhüllung oder eine
Beschichtung aus anderem Material aufweisen. Hierbei
muß das Mantelmaterial eine geringere
Schmelztemperatur aufweisen als das Kernmaterial.
Zu den textilen Flächengebilden gemäß der Erfindung
zählen u. a. Vliese und Gewebe.
Der Einsatz von Kernmantelfasern bietet eine Reihe
von Vorteilen, da die unterschiedlichen
Anforderungen an das textile Flächengebilde durch
unterschiedliche Materialien erfüllt werden können.
Um eine gute Haftung des textilen Flächengebildes
auf der Membran zu erzielen, muß lediglich das
Mantelmaterial geeignet ausgewählt werden, da nur
dieses Material die Membranoberfläche kontaktiert.
Unabhängig von dem Mantelmaterial kann für den Kern
ein Material gewählt werden, das sich durch hohe
Festigkeit und Steifigkeit auszeichnet. Es können
daher Materialien zum Einsatz kommen, die eine hohe
Schmelztemperatur aufweisen und ggf. auch nicht das
Membranmaterial benetzen würden, wenn das
Polymermaterial aufgeschmolzen würde.
Durch die unterschiedlichen Schmelztemperaturen von
Kern- und Mantelmaterial ist beim Zusammenbringen
des textilen Flächengebildes und der Membran die
Temperatur so zu wählen, daß nur das Mantelmaterial
aufgeschmolzen wird. Dadurch bleibt das Kernmaterial
in seinen Eigenschaften unbeeinflußt.
Vorzugsweise liegt die Schmelztemperatur des
Mantelmaterials mindestens 20°C unter der des
Kernmaterials, so daß an die Temperaturführung
während des Verbindens des textilen Flächengebildes
mit der Membran keine allzu hohen Anforderungen
gestellt werden müssen.
Vorzugsweise besteht das Kernmaterial aus
Polypropylen und das Mantelmaterial aus Polyethylen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der
Kern aus hochschmelzendem Polyamid und das
Mantelmaterial aus niedrigschmelzendem Polyamid. Mit
textilen Flächengebilden wie Geweben oder Vliesen
aus diesen Materialien können Membranen verstärkt
werden, die aus einem Material bestehen, das
ausgewählt ist aus Polyamiden, perfluorierten
Polyolefinen, Polyolefinen,
Polysulfonen, Polyethersulfonen, Polyester,
Polyvinylidenchloriden und Celluloseestern.
Vorzugsweise bestehen die mikroporösen Membranen aus
Polysulfon, PTFE, PVDF oder Nylon 66.
Die Stärke der Kernmantelfasern ist hinsichtlich der
ausgewählten Polymermaterialien und der gewünschten
Festigkeitswerte auszuwählen. Vorzugsweise liegt der
mittlere Außendurchmesser der Kernmantelfasern bei
10 bis 20 µm und die mittlere Kerndurchmessung
bei 5 bis 10 µm. Bevorzugt ist ein
Außendurchmesser von 16 µm und ein
Kerndurchmesser von 8 µm.
Das textile Flächengebilde ist vorzugsweise auf der
Abströmseite der Membran aufgebracht, da es aufgrund
der weitaus größeren Poren im Vergleich zur Membran
keine Filterwirkung zeigt. In besonderen Fällen, bei
denen die Membran beidseitig geschützt werden muß,
oder bei denen eine besonders große Verstärkung der
Membran gewünscht ist, ist das textile
Flächengebilde beidseitig auf der Membran angebracht.
Zur Herstellung dieser textilverstärkten
mikroporösen Membran werden die Membran und die
textilen Flächengebilde zunächst vorgefertigt.
Anschließend wird ein vorgefertigtes textiles
Flächengebilde aus Kernmantelfasern mit der Membran
unter Wärmeeinwirkung bei einer Temperatur oberhalb
der Schmelztemperatur des Mantelmaterials aber noch
unterhalb der Schmelztemperatur des Kernmaterials
zusammengebracht. Hierbei wird die Wärmeeinwirkung
so lange aufrechterhalten, bis eine ausreichende
Verbindung zwischen dem textilen Flächengebilde und
der Membran erreicht ist. Anschließend wird das so
erhaltene Verbundmaterial abgekühlt.
Vorzugsweise erfolgt das Zusammenbringen von
textilen Flächengebilden und Membran unter
gleichzeitiger Druckeinwirkung, weil dadurch mehr
Fasern des textilen Flächengebildes mit der
Membranoberfläche in Kontakt gebracht werden.
Vorzugsweise wird Strahlungswärme eingesetzt, z. B.
durch ein beheiztes Preßwerkzeug. Beim Einsatz von
Preßwerkzeugen wird dieses vorzugsweise auf die
nicht mit dem textilen Flächengebilde belegte Seite
der Membran aufgedrückt, weil dadurch ein Anhaften
des textilen Flächengebildes am Preßwerkzeug wirksam
vermieden wird. Dies setzt voraus, daß die
Schmelztemperatur der Membran deutlich höher liegt,
als die Schmelztemperatur des Mantelmaterials des
textilen Flächengebildes.
Das textile Flächengebilde kann kontinuierlich auf
die Membran aufgebracht werden. Hierzu wird als
Preßwerkzeug eine erwärmte Walze eingesetzt.
Es besteht auch die Möglichkeit, Heißluft oder
Heißdampf einzusetzen, der durch die Membran
geblasen wird. Membrane und textiles Flächengebilde
werden vorzugsweise in einem Filterhalter in
geeigneter Weise übereinandergelegt und die Membran
mit dem Vlies oder Gewebe mittels Durchblasen von
heißen Gasen von der freien Membranseite miteinander
verbunden.
Das Arbeiten mit Heißdampf oder Heißluft ermöglicht
auch die Herstellung von plissierten verstärkten
Membranen. Hierzu wird die Membran zusammen mit dem
textilen Flächengebilde zunächst plissiert und
anschließend unter Wärmeeinwirkung miteinander
verbunden. Dies bietet den Vorteil, daß ein Brechen
des Membranmaterials an den Knickstellen weitgehend
verhindert wird.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden
nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt
Fig. die schematische Darstellung einer
einseitig vliesverstärkten Membran und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 1
eingezeichneten Einzelheit X.
In der Fig. 1 ist eine einseitig vliesverstärkte
Membran 1 dargestellt. Auf der Oberseite der Membran
2 ist ein textiles Flächengebilde in Form eines
Vlieses 3 aufgebracht. Das Vlies 3 besteht aus
Kernmantelfasern 4, die in der Fig. 2 deutlich zu
sehen sind. Jede Kernmantelfaser besteht aus einem
Kern 5 aus einem Material mit einer höheren
Schmelztemperatur und einem Mantel 6 mit einer
niedrigeren Schmelztemperatur. Unter Wärmeeinwirkung
schmilzt lediglich das Kernmaterial 6 auf und wird
unter Druckeinwirkung zumindest teilweise
flachgedrückt, so daß eine große Kontaktfläche 7
entsteht, die für die Haftung des Vlieses an der
Membranoberfläche verantwortlich ist.
Aus einer mikroporösen Membrane aus Polysulfon mit
einem Glaspunkt von 1,6 bar und einem Wasserfluß von
66 ml (cm² min×bar) wird ein kreisrundes Stück
mit einem Durchmesser von 50 mm ausgestanzt. Ebenso
wird aus einem Polypropylen-Polyethylenkernmantelfaservlies mit
einem Flächengewicht von 60 g ein kreisrundes Stück
mit einem Durchmesser von 50 mm ausgestanzt. In
einen Filterhalter aus Edelstahl werden diese beiden
Teile so eingelegt, daß die Membrane über dem Vlies
zu liegen kommt. Durch diesen Filterhalter wird
heiße Luft bei einer Temperatur von 140°C und einem
Differenzdruck von 1 bar 15 min lang geblasen.
Danach läßt man die vliesverstärkte Membrane
abkühlen. Nach dem Öffnen des Filterhalters sind die
Membrane und das Vlies fest miteinander verbunden.
Vlies und Membrane werden in gleicher Weise wie in
Beispiel 1 in einen Filterhalter eingespannt. Dieser
Filterhalter wird mit Dampf von 4 bar entsprechend
145°C 30 Minuten lang durchströmt. Nach Abkühlen und
Öffnen des Filterhalters kann die Membrane entnommen
werden. Sie ist wie in Beispiel 1 fest mit dem Vlies
verbunden.
Als Membran wird eine Membran aus Polyester
verwendet. Die Membrane hat eine Dicke von 15 µm
und kreisförmige Poren mit 8 µm Durchmesser, die
durch Beschuß einer dünnen Polyesterfolie mit
Nuklearstrahlen und anschließendem Ätzen mit
Natronlauge hergestellt wurde. Solche Membrane sind
wegen ihrer außerordentlich geringen Dicke extrem
schwierig zu handhaben, da sie nur eine mäßige
Festigkeit aufweisen und durch elektrostatische
Aufladung überall kleben bleiben. Auf eine
Keramikplatte wird ein Kernmantelfaservlies aus
Polypropylen-Polyethylen-Kernmantelfasern gelegt.
Darauf wird die beschriebene Polyestermembrane und
eine Lage aus Papier aufgelegt. Mit Hilfe einer
heißen Platte von 150°C, die auf das Papier gedrückt
wurde, wurden Vlies und Membrane fest miteinander
verbunden. Die Membraneigenschaften wie Blaspunkt
und Wasserfluß blieben praktisch unverändert. Die
Festigkeit der Membrane entsprach der Festigkeit des
Vlieses. Die Membrane war sehr gut zu handhaben, da
sie nun die Steifigkeit des Vlieses übernahm.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Daten der
vliesverstärkten Membrane gemäß der Beispiele 1 und
2 zusammengestellt.
Es hat sich gezeigt, daß die Blaspunkte im Rahmen
der Meßgenauigkeit unverändert bleiben. Der
Wasserfluß ist auf ca. ¹/₃ reduziert. Dies hat für
die Praxis jedoch keine Bedeutung, da der Wasserfluß
(Permeabilität) der Membran nach dem ersten Kontakt
mit dem zu filtrierendem Produkt normalerweise stark
absinkt. Der Durchfluß bis zur Verblockung ist
nahezu unverändert, wenn die verstärkte Membran von
der Membranseite her angeströmt wird. Die
Vliesverstärkung hat somit keinen Einfluß auf diese
Membraneigenschaft. Dies ist für die Praxis die
entscheidende Größe, da eine Membran bis zur
Verblockung möglichst viel zu filtrierende
Flüssigkeit durchlassen soll.
Bezugszeichen
1 vliesverstärkte Membran
2 Membran
3 Vlies
4 Kernmantelfasern
5 Kern
6 Mantel
7 Kontaktfläche
2 Membran
3 Vlies
4 Kernmantelfasern
5 Kern
6 Mantel
7 Kontaktfläche
Claims (18)
1. Textilverstärkte, mikroporöse Membran, bei der
ein textiles Flächengebilde aus
thermoplastischen Polymerfasern unter
Wärmeeinwirkung ohne Verwendung von Klebstoff
auf der Membran aufgebracht ist, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Polymerfasern Kernmantelfasern (4) sind,
wobei das Mantelmaterial (6) eine geringere
Schmelztemperatur besitzt als das Kernmaterial
(5).
2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmelztemperatur des Mantelmaterials
(6) mindestens 20°C unter der des Kernmaterials
(5) liegt.
3. Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kernmaterial aus
Polypropylen und das Mantelmaterial aus
Polyethylen besteht.
4. Membran nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (5) aus
hochschmelzendem Polyamid und der Mantel (6) aus
niedrigschmelzendem Polyamid besteht.
5. Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse
Membran (2) aus einem Material besteht, das
ausgewählt ist aus Polyamiden, Perfluoriden,
Polyolefinen, Polyolefinen, Polysulfonen,
Polyethersulfonen, Polyester,
Polyvinylidenchloriden und Celluloseestern.
6. Membran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die mikroporöse Membrane (2) aus Polysulfon,
PTFE, PVDF oder Nylon besteht.
7. Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das textile
Flächengebilde auf der Abströmseite der Membran
(2) aufgebracht ist.
8. Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das textile
Flächengebilde beidseitig auf der Membran (2)
aufgebracht ist.
9. Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere
Außendurchmesser der Kernmantelfasern (4) 10 bis
20 µm und der mittlere Kerndurchmesser 5 bis
10 µm beträgt.
10. Membran nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der mittlere Außendurchmesser 16 µm und
der Kerndurchmesser 8 µm beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung textilverstärkter,
mikroporöser Membranen, wobei das textile
Flächengebilde aus thermoplastischen
Polymerfasern an der Membrane unter
Wärmeeinwirkung ohne Verwendung von Klebstoff
aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ein vorgefertigtes, textiles Flächengebilde aus Kernmantelfasern mit der Membran unter Wärmeeinwirkung bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Mantelmaterials aber unterhalb der Schmelztemperatur des Kernmaterials zusammengebracht wird, und
daß danach das so erhaltene Verbundmaterial abgekühlt wird.
daß ein vorgefertigtes, textiles Flächengebilde aus Kernmantelfasern mit der Membran unter Wärmeeinwirkung bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Mantelmaterials aber unterhalb der Schmelztemperatur des Kernmaterials zusammengebracht wird, und
daß danach das so erhaltene Verbundmaterial abgekühlt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde
und die Membran unter Druckeinwirkung
zusammengebracht werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmeeinwirkung auf das
textile Flächengebilde von der nicht mit der
textilen Flächengebilde belegten Membranseite
her erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungswärme
eingesetzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß auf die nicht mit
dem textilen Flächengebilde belegten Seite der
Membrane eine auf oberhalb der Schmelztemperatur
des Mantelmaterials befindliches ebenes
Preßwerkzeug gedrückt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane und das
textile Flächengebilde mittels einer erwärmten
Walze zusammengepreßt werden und daß das textile
Flächengebilde kontinuierlich auf die Membrane
aufgebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß Heißluft oder
Heißdampf durch die Membrane geblasen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14
oder 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membrane zusammen mit dem textilen Flächengebilde plissiert wird und
daß anschließend unter Wärmeeinwirkung das textile Flächengebilde und die Membrane miteinander verbunden werden.
daß die Membrane zusammen mit dem textilen Flächengebilde plissiert wird und
daß anschließend unter Wärmeeinwirkung das textile Flächengebilde und die Membrane miteinander verbunden werden.
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| DE4234816A DE4234816C1 (de) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | Textilverstärkte Membran und Verfahren zu deren Herstellung |
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