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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Filters unter Verwendung einer porösen Keramikmembran (nachstehend
als poröse
Membran bezeichnet) als Trennfilm. Genauer gesagt betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filters, der in der
Lage ist, die Mikroporengröße der porösen Membran,
unabhängig
von der Teilchengröße der Gerüstteilchen,
zu steuern.
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Stand der
Technik
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Filter,
die eine poröse
Keramikmembran als Trennfilm verwenden, sind als Feststoff-Flüssigkeits-Trennfilter
im Vergleich mit den Filtern, die eine Polymermembran als Trennfilm
verwenden, nützlich,
da der Keramikfilter aufgrund seiner ausgezeichneten physikalischen
Festigkeit und Lebensdauer äußerst verlässlich ist
und eine hohe Korrosionsbeständigkeit
aufweist, wodurch durch die Reinigung mit einer Säure oder einer
Base kaum eine Beschädigung
verursacht wird, und das zusätzlich
zu dem Vorteil, dass seine Mikroporengröße, welche die Filtrationsfähigkeit
bestimmt, genau gesteuert werden kann.
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Der
Trennfilter, der bisher häufig
eingesetzt wurde, umfasst eine poröse Keramikmembran auf einem porösen Substrat,
wobei die poröse
Keramikmembran eine deutlich feinere Porengröße aufweist als das poröse Substrat,
um die Filtrationsleistung zu verbessern, während gleichzeitig eine bestimmte
Wasserdurchtrittsrate aufrechterhalten wird.
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Der
oben beschriebene Filter wird durch ein herkömmliches Aufschlämmungsabscheidungsverfahren hergestellt,
beispielsweise durch ein Tauchverfahren, um eine Aufschlämmung, welche
Gerüstteilchen
enthält, die
wiederum eine Keramik umfasst, auf der Oberfläche eines porösen Substrats
abzuscheiden, wonach der Abscheidungsfilm gebrannt wird. US-A 4719058
beschreibt ein solches Verfahren.
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Die
mittlere Mikroporengröße (nachstehend
einfach als Mikroporengröße bezeichnet)
der porösen Membran
des oben beschriebenen Filters ist ein wesentlicher Faktor für die Bestimmung
der Filtrationsfähigkeit
des Filters. Die Mikroporengröße der porösen Membran
(oder die Filtrationsfähigkeit
des Filters) wird dadurch gesteuert, indem die Teilchengröße der Gerüstteilchen
in der Aufschlämmung
sorgfältig
ausgewählt wird.
Die Mikroporengröße wird,
gemäß der Erfahrung
der Erfinder, so gesteuert, dass sie zwei- bis viermal kleiner ist
als die Teilchengröße der Gerüstteilchen.
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Da
die Mikroporengröße der porösen Membran
in dem oben beschriebenen Steuerungsverfahren jedoch unvermeidlich
durch die Teilchengröße der Gerüstteilchen
bestimmt wird, besteht das Problem, dass die Mikroporengröße der porösen Membran
nicht gesteuert werden kann, wenn die Teilchengröße der als Ausgangsmaterial
zur Verfügung
stehenden Gerüstteilchen
beschränkt
ist.
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JP-A
8-245278 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines dünnen porösen Keramikfilms
auf einem Substrat, bei welchem die Porengröße und die Verteilung des Films
dadurch gesteuert wird, indem ein Polyethylenglykol oder Polyethylenoxid
im Keramiksol umfasst ist, das auf das Substrat aufgetragen und
gebrannt wird.
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EP-A
315453 beschreibt die Aufnahme eines organischen Polymers in ein
Gemisch, das geformt und erhitzt werden soll, um eine gesinterte
poröse
Membran aus hochschmelzendem Metalloxid oder Siliciumdioxid herzustellen.
Das Polymer wird bereitgestellt, um durch das Erhitzen unter einer
nicht-oxidierenden Atmosphäre
carbonisiert zu werden, und der Kohlenstoff reagiert mit dem Oxid
während
des Sinterns. Das Polymer wird so ausgewählt, dass es eine hohe Kohlenstoffausbeute
bereitstellt, und kann Polyacrylnitril, Cellulose, Polyvinylalkohol,
Polyethylenglykol, Polyarylether, Polyacenaphthylen, Polyacetylen
und dergleichen sein.
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Dementsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die unter Berücksichtigung
der technischen Probleme, die auf dem herkömmlichen Stand der Technik
auftreten, entwickelt wurde, ein Verfahren bereitzustellen, durch
das die Mikroporengröße der porösen Membran
unabhängig
von der Teilchengröße der Gerüstteilchen
gesteuert werden kann.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Erfinder haben durch umfassende Untersuchungen der technischen Probleme
nach dem Stand der Technik festgestellt, dass die Mikroporengröße der porösen Membran
durch die Zugabe eines Mikroporengrößenregulierungsmittels, welches
ein organisches Polymer umfasst, in eine Filmabscheidungsaufschlämmung gesteuert
werden kann, während
das Gewichtsverhältnis
zwischen dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
und den Gerüstteilchen
angemessen verändert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt, wie in Anspruch 1 dargelegt, ein Verfahren
zur Herstellung eines Filters bereit.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
ein Beispiel einer Vorrichtung, die für das Filtrationsabscheidungsverfahren
verwendet wird;
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2 ist
ein Graph, der das Verhältnis
zwischen der zugesetzten Menge des Mikroporengrößenregulierungsmittels und
der mittleren Mikroporengröße der porösen Membran
darstellt; und
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3 ist
ein Graph, der das Verhältnis
zwischen der mittleren Mikroporengröße der porösen Membran und der Wasserdurchtrittsrate
des Filters darstellt.
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Beste Art der Ausführung der
Erfindung
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filters umfasst die Filmabscheidungsaufschlämmung ein
organisches Polymer zur Vergrößerung der
Lücken
zwischen den Gerüstteilchen,
und die Mikroporengröße der porösen Membran
wird durch das Gewichtsverhältnis
zwischen den Gerüstteilchen
und dem organischen Polymer in der Aufschlämmung gesteuert. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Mikroporengröße des porösen Polymers
unabhängig
von der Größe der-Gerüstteilchen
gesteuert werden.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Filters gemäß der vorliegenden Erfindung
wird nachstehend detaillierter beschrieben.
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Die
Bezeichnungen "Mikroporengröße" und "Teilchengröße" in den folgenden
Beschreibungen beziehen sich auf die "mittlere Mikroporengröße" bzw. "mittlere Teilchengröße".
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Das
poröse
Substrat (nachstehend als "Substrat" bezeichnet") bezieht sich auf
einen porösen
Körper mit
vielen feinen Poren mit einer relativ großen Feinporengröße, und
eine poröse
Membran mit viel kleineren Mikroporen kann auf der Oberfläche des
porösen
Körpers
gebildet werden. Die Form des Substrats ist nicht speziell beschränkt, aber
es kann eine Substratplatte, ein röhrenförmiges Substrat, in dem ein
einzelnes Durchgangsloch entlang der Längsrichtung eines Zylinders
ausgeformt ist, oder ein Substrat des Revolvermagazintyps, bei dem
eine Reihe von Durchgangslöchern
in der Längsrichtung
eines Zylinders ausgeformt sind, verwendet werden.
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Das
Material für
das Substrat ist nicht speziell beschränkt, solange das Material porös ist, und
es kann entweder Keramik oder Metall verwendet werden. Keramik ist
jedoch in Bezug auf die Lebensdauer zu bevorzugen, und Aluminiumoxid,
Titandioxid, Mullit, Zirconiumdioxid und Gemische davon können ebenfalls
vorteilhaft eingesetzt werden.
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Die
Filmabscheidungsaufschlämmung
gemäß der vorliegenden
Erfindung bezieht sich auf eine Aufschlämmung zur Bildung einer porösen Keramikmembran
als Trenn film auf der Oberfläche
eines Substrats nach dem Brennen und enthält die Gerüstteilchen, die Keramik umfassen.
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Die
erfindungsgemäßen Gerüstteilchen
beziehen sich auf Teilchen zur Bildung eines Gerüsts der porösen Membran mit einer relativ
kleinen Teilchengröße von etwa
1 bis 10 um.
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Die
Art der Gerüstteilchen
ist nicht speziell beschränkt,
solange die Teilchen Keramik umfassen, und es kann beispielsweise
Aluminiumoxid, Titandioxid, Mullit, Zirconiumdioxid, Siliciumdioxid,
Spinell oder ein Gemisch davon verwendet werden.
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Aluminiumoxid
ist jedoch zu bevorzugen, da dann ein Ausgangsmaterial, das eine
stabile Aufschlämmung
bilden kann und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, ohne weiteres
zur Verfügung
steht.
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Die
Konzentration der Gerüstteilchen
in der Aufschlämmung
wird bei dem nachstehend beschriebenen Filtrationsabscheidungsverfahren
vorzugsweise so angepasst, dass sie in einem Bereich von 0,5 bis
40 Gew.-% liegt, wenngleich sie in Abhängigkeit von der Filmdicke
des Abscheidungsfilms und dem Verfahren für die Abscheidung des Films
variiert. Wenn die Konzentration weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, dauert
die Filmabscheidung länger,
während
sich die Gerüstteilchen,
wenn die Konzentration über
40 Gew.-% liegt, zusammenballen und so leicht Filmdefekte auf der
porösen
Membran verursachen.
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Eine
Konzentration von 30 bis 80 Gew.-% ist für das Tauchverfahren erforderlich,
da der Film nur dann abgeschieden werden kann, wenn die Aufschlämmung eine
höhere
Konzentration aufweist als bei dem Filtrationsabscheidungsverfahren.
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Additive,
wie z.B. ein Dispergiermittel zur Verbesserung der Dispersionsfähigkeit
und ein Mittel zur Vorbeugung der Entstehung von Sprüngen beim
Trocknen des Abscheidungsfilms, können zweckdienlich zugesetzt
werden.
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Die
zuvor beschriebene Filmabscheidungsaufschlämmung kann bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
auf der Oberfläche
des Substrats unter Einsatz eines herkömmlichen Filmabscheidungsverfahrens,
beispielsweise durch ein Tauchverfahren, abgeschieden werden.
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Vorzugsweise
wird der Film jedoch in Hinblick darauf, dass Filmdefekte, wie z.
B. Stiftlöcher,
vermieden werden können,
der Film einheitlich mit einer einheitlichen Dicke abgeschieden
werden kann und eine poröse
Membran mit einer engen Mikroporenverteilung erhalten werden kann,
durch das Filtrationsabscheidungsverfahren abgeschieden, das durch
die Erfinder der vorliegenden erfindung offenbart wurde (Japanische geprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 63-6566).
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Das
Filtrationsabscheidungsverfahren umfasst die Schritte des Austauschens
der Innenseite der feinen Poren des porösen Substrats durch eine Flüssigkeit,
der luftdichten Isolierung der Fläche des porösen Substrats, die mit einer
Trennmembran versehen werden soll, von der Fläche des porösen Substrats, die nicht mit
der Trennmembran versehen werden soll, der kontinuierlichen Zufuhr
der Filmabscheidungsaufschlämmung,
die die Keramik umfassenden Gerüstteilchen
enthält,
zu der Fläche
des porösen
Substrats, die mit einer Trennmembran versehen werden soll, damit
die Aufschlämmung
mit der porösen
Substratfläche
in Kontakt kommen kann, des Anlegens eines Filtrationsdruckunterschieds
zwischen der Seite des porösen
Substrats, die mit einer Trennmembran versehen werden soll, und
der Seite, die nicht mit der Trennmembran versehen wird, und des
Abscheidens der Aufschlämmung
auf der Oberfläche
des porösen
Substrats.
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Eine
Vorbehandlung zum Austauschen der Luft in den feinen Poren des porösen Substrats
durch eine Flüssigkeit
wird zuerst beim Abscheiden eines Films durch das Filtrationsabscheidungsverfahren
angewandt, da die Luft, die in den feinen Poren verbleibt, Filmdefekte,
wie z.B. Stiftlöcher,
verursacht.
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Nach
der luftdichten Isolierung der Fläche des porösen Substrats, das mit einer
Trennmembran versehen werden soll, von der Fläche des porösen Substrats, die nicht mit
einer Trennmembran versehen wird, wird die Filmabscheidungsaufschlämmung der
Fläche
des vorbehandelten Substrats, die mit der Trennmembran versehen
werden soll, kontinuierlich zugeführt, um einen Kontakt der Aufschlämmung mit
der Fläche
zu ermöglichen.
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Die
kontinuierliche Zufuhr der Aufschlämmung ermöglicht, dass sich die Gerüstteilchen
in der Aufschlämmung
so abscheiden, dass sie einen Abscheidungsfilm mit einer einheitlichen
Qualität
und Filmdicke ohne heterogene Abscheidung bilden.
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Die
Bezeichnungen "die
Fläche,
die mit dem Trennfilm versehen werden soll", und "die Fläche, die nicht mit dem Trennfilm
versehen wird",
beziehen sich hierin auf die Oberseite bzw. die Unterseite einer
Substratplatte oder auf die Innenwand der Durchgangslöcher bzw.
die äußere Umfangsfläche eines
röhrenförmigen Substrats
oder eines Substrats des Revolvermagazintyps.
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Ein
Filtrationsdruckunterschied wird zwischen der Fläche, die mit der Filtrationsmembran
versehen werden soll, und der Fläche,
die nicht mit dem Filtrationsfilm versehen wird, ausgeübt, während die
Aufschlämmung
der Fläche,
die mit dem Trennfilm versehen werden soll, kontinuierlich zugeführt wird,
um einen Kontakt der Aufschlämmung
mit der Fläche
zu ermöglichen.
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Die
Seite der Fläche,
die nicht mit dem Trennfilm versehen wird, wird evakuiert und/oder
Druck wird auf die Seite der Fläche
angelegt, die mit dem Trennfilm versehen werden soll. Das Ausüben eines
Filtrationsdruckunterschieds ermöglicht,
dass die Flüssigkeit,
die das Innere der feinen Poren des Substrats substituiert, von
der Seite der Fläche,
die nicht mit dem Trennfilm versehen wird, abfließt und dass
die Aufschlämmung
auf der Fläche
des Substrats, die mit dem Trennfilm versehen werden soll, abgeschieden
wird.
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Ein
Substrat auf der Oberfläche,
auf der die Aufschlämmung,
die die Gerüstteilchen
umfasst, abgeschieden wurde (nachstehend als Filmabscheidungssubstrat
bezeich net), kann durch verschiedene, oben beschriebene Filmabscheidungsverfahren
erhalten werden.
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Das
Filmabscheidungssubstrat wird unter Einsatz der auf dem Gebiet der
Erfindung bekannten Verfahren gebrannt, beispielsweise durch ein
Verfahren zum Brennen bei hohen Temperaturen von etwa 1400°C unter Verwendung
eines Wärmeofens
des Tunneltyps, um einen Filter zu erhalten, der die poröse Keramikmembran
als Trennfilter verwendet.
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Eine
poröse
Membran mit einer gewünschten
Mikroporengröße konnte
wie oben beschrieben bei dem Filmabscheidungsverfahren nur durch
die angemessene Auswahl der Teilchengröße der Gerüstteilchen erhalten werden.
Das lag daran, dass das Lückenvolumen
zwischen den Gerüstteilchen,
oder die Mikroporengröße, unvermeidlich
durch die Teilchengröße der Gerüstteilchen
bestimmt wurde.
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Dementsprechend
wurde ein organisches Polymer (nachstehend als Mikroporengrößenregulierungsmittel
bezeichnet) zur Vergrößerung der
Lücken
zwischen den Gerüstteilchen
zu der Filmabscheidungsaufschlämmung
im Zuge des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
zugesetzt. Bei dem oben beschriebenen Verfahren dringt das Mikroporengrößenregulierungsmittel
in der Aufschlämmung
in die Lücken
zwischen den Gerüstteilchen
ein, um die Lücken
zwischen den Gerüstteilchen
zu vergrößern. In
der Folge kann eine größere Mikroporengröße erhalten
werden, auch wenn die Teilchengröße der verwendeten
Gerüstteilchen
gleich bleibt.
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Das
Mikroporengrößenregulierungsmittel
sollte in der Lage sein, die Gerüstteilchen
voneinander zu isolieren, indem es zwischen die Gerüstteilchen
eindringt, außerdem
sollte das Mittel ein Material sein, dass die Mikroporen der porösen Membran
und die feinen Poren des porösen
Substrats nach der Bildung der porösen Membran durch Brennen nicht
verstopft, was bedeutet, dass es ein organisches Polymer sein sollte.
Langkettige Moleküle
wie organische Polymere sind insofern zu bevorzugen, da sie leicht
in dem Substrat und der Abscheidungsfilmschicht bleiben, um das
Lückenvolumen
zwischen den Gerüstteilchen
weiter zu vergrößern.
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Als
Mikroporengrößenregulierungsmittel
werden die Polysaccharide Welan Gum und Agar oder ein Gemisch davon
verwendet. Polysaccharide, wie z.B. Welan Gum und Agar, weisen eine
große
Wirkung in Bezug auf die Vergrößerung des
Lückenvolumens
auf, auch wenn sie in einer äußerst geringen
Menge zugesetzt werden, da sie wirken, als wären sie größere Moleküle, indem sie Molekülnetzwerke
bilden.
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Welan
Gum ist ein Polysaccharid mit Grundeinheiten, die entweder (1) zwei
Glucosemoleküle,
zwei Rhamnosemoleküle
und ein Glucuronsäuremolekül oder (2)
zwei Glucosemoleküle,
ein Rhamnosemolekül, ein
Mannosemolekül
und ein Glucuronsäuremolekülumfassen.
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Die
Bezeichnung "Gemisch" bezieht sich, wie
sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, auf ein Gemisch,
das 1 Gew.-% oder mehr Welan Gum oder Agar umfasst.
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Wenngleich
die Substanz, die mit Welan Gum oder Agar vermischt werden soll,
keinen speziellen Beschränkungen
unterliegt, können
Saccharide, wie z.B. Monosaccharide (z.B. Glucose), sowie Polyvinylalkohol, Acrylharz
und Polyethylenglykol verwendet werden.
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Die
Mikroporengröße der porösen Membran
kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren
durch das Gewichtsverhältnis
zwischen den Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
gesteuert werden. Anders gesagt ist die Mikroporengröße größer, je
größer der
Gewichtsanteil des Mikroporengrößenregulierungsmittels
ist, auch wenn Gerüstteilchen
mit derselben Teilchengröße verwendet
werden. In der Folge kann ein Filter mit einer porösen Membran
mit der erwünschten
Mikroporengröße unabhängig von
der Teilchengröße der Gerüstteilchen
hergestellt werden.
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Eine
poröse
Membran mit einer größeren Mikroporengröße kann
in dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
unter Verwendung von Gerüstteilchen
mit einer geringeren Teilchengröße hergestellt
werden. Eine solche poröse
Membran umfasst einen höheren
Anteil an Lufthohlräumen,
auch wenn die Membran dieselbe Mikropo rengröße wie die poröse Membran
aufweist, welche unter Verwendung der Gerüstteilchen mit einer größeren Teilchengröße ohne
Zugabe eines Mikroporengrößenregulierungsmittels
gebildet wurde, da die poröse
Membran, die unter Verwendung der Gerüstteilchen mit einer geringeren
Teilchengröße gebildet
wird, eine größere Anzahl
an Mikroporen pro Flächeneinheit
aufweist.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
ist insofern vorteilhaft, dass ein Filter mit einer größeren Wasserdurchtrittsrate
(einer höheren
Behandlungsfähigkeit)
hergestellt werden kann, auch wenn die Mikroporengröße, die
die Filtrationsfähigkeit
bestimmt, ident ist.
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Wenngleich
das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
nachstehend anhand der Beispiele beschrieben wird, ist die vorliegende
Erfindung in keiner Weise auf die hierin angeführten Beispiele beschränkt.
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Das
poröse
Substrat, die Filmabscheidungsaufschlämmung, das Filmabscheidungsverfahren
und das Brennverfahren werden untenstehend beschrieben.
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(1) Poröses Substrat
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Substrat
B und Substrat C wurden in Beispiel 1 bzw. Beispiel 2 als poröses Substrat
verwendet (nachstehend als "Substrat" bezeichnet"). Die Substrate
wurden einer Vorbehandlung unterzogen, durch die die Luft in den
feinen Poren des Substrats durch Wasser ausgetauscht wurde, indem
das Substrat mehr als 3 h unter einem reduzierten Druck von 0,1
atm oder niedriger in Wasser eingetaucht wurde, wenn der Film durch
das Filtrationsabscheidungsverfahren abgeschieden wurde.
- 1. Substrat A: Aluminiumoxid in einer röhrenförmigen oder
zylindrischen Form (Außendurchmesser:
10 mm; Innendurchmesser: 7 mm; Länge:
1000 mm) mit einem mittleren Feinporendurchmesser von 10 μm (bestimmt
durch ein Einspritzverfahren von Quecksilber unter Druck).
- 2. Substrat B: hergestellt durch das Abscheiden einer porösen Aluminiumoxidmembran
auf der inneren Wandfläche
des Durchgangslochs; Dicke der porösen Membran: 150 μm; mittlere
Mikroporengröße der porösen Membran:
0,8 μm (bestimmt
durch ein Luftströmungsverfahren).
- 3. Substrat C: hergestellt durch das Abscheiden einer porösen Aluminiumoxidmembran
auf der inneren Wandfläche
des Durchgangslochs eines zylindrischen Substrats des Revolvermagazintyps;
Substratmaterial: Aluminiumoxid; Form des Substrats: zylindrischer
Revolvermagazintyp (Innendurchmesser: 30 mm; Länge: 1100 mm; 61 Durchgangslöcher mit
einem Durchmesser von 2,5 mm), mittlere Feinporengröße des Substrats:
10 μm (bestimmt
durch ein Einspritzverfahren von Quecksilber unter Druck), mittlere
Mikroporengröße der porösen Membran:
0,5 μm (bestimmt
durch ein Einspritzverfahren von Quecksilber unter Druck).
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(2) Filmabscheidungsaufschlämmung
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Die
Filmabscheidungsaufschlämmung
(nachstehend als Aufschlämmung
bezeichnet) wurde nach einem Vakuumentgasungsverfahren zur Entfernung
der Luftblasen in der Aufschlämmung
auf dem Substrat abgeschieden.
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(3) Filmabscheidungsverfahren
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Das
Tauchverfahren oder das Filtrationsabscheidungsverfahren wurde als
Filmabscheidungsverfahren angewandt.
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Ein
Filmabscheidungskörper
wurde bei dem Tauchverfahren hergestellt, indem ein Tauchfilm gebildet wurde,
indem das Substrat nach dem Eintauchen in die Filmabscheidungsaufschlämmung herausgezogen wurde,
wonach es in einer Atmosphäre
bei 110 °C
getrocknet wurde.
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Bei
dem Filtrationsabscheidungsverfahren wurde eine Vorrichtung, wie
in 1 dargestellt, eingesetzt, die eine Vakuumkammer 6,
ein Reservoir 8, eine Aufschlämmungspumpe 7, Flansche 2 und 3 und
eine Rohrleitung 10 umfasst.
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Nach
dem Sichern der beiden Öffnungsendstücke des
Durchgangslochs 17 des Substrats 1 mit O-Ringen 4,
der Flansche 2 und 3 und der Bolzen 5,
so dass die Außenumfangsseite
des Substrats 1 luftdicht von der Innenseite des Durchgangslochs 17 isoliert
ist, wurde die Aufschlämmung 9 in
dem Reservoir 8 kontinuierlich unter Einsatz der Aufschlämmungspumpe 7 bei
einem Speisedruck von 2 kg/cm3 für 30 sek
in das Durchgangsloch 17 eingespeist.
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Die
Aufschlämmung 9,
die nicht auf dem Substrat 1 abgeschieden wird, sondern
durch das Durchgangsloch 17 hindurchfließt, wird
durch die Rohrleitung 10 wieder dem Reservoir 8 zugeführt.
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Die
Innenseite der Vakuumkammer 6 wird danach evakuiert bis
auf einen reduzierten Druck von 0,1 atm oder niedriger, während die
Aufschlämmung 9 kontinuierlich
eingespeist wird. Die Aufschlämmung
in dem Durchgangsloch 17 wurde durch das Einsaugen des
Vakuums von der Außenumfangsseite
des Substrats 1 abgeschieden, indem ein Filtrationsdruckunterschied
von 1 kp/cm2 zwischen der Außenumfangsseite
des Substrats 1 und der Innenseite des Durchgangslochs 17 ausgeübt wurde.
Der Filtrationsdruckunterschied entspricht in diesem Fall einer
Druckdifferenz zwischen dem Druck der Aufschlämmung 9 in dem Durchgangsloch 17,
der durch ein Druckanzeigegerät 15 angezeigt
wird, und dem atmosphärischen
Druck in der Vakuumkammer 6, der durch ein Druckanzeigegerät 16 angezeigt
wird.
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Nach
dem Abschluss der Filmabscheidung wurde die überflüssige Aufschlämmung in
dem Durchgangsloch 17 abgeleitet, und die in der Abscheidungsfilmschicht
und den Feinporen des Substrats enthaltene Feuchtigkeit wurde in
Vakuum getrocknet, indem sie kontinuierlich bei einem reduzierten
Druck von 0,1 atm oder niedriger evakuiert wurde. Ein Filmabscheidungskörper wurde
durch das Trocknen des Substrats bei 110 °C erhalten.
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(4) Brennverfahren
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Ein
elektrischer Ofen, der an der Luft verwendet wird, wurde für das Brennen
eingesetzt.
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Die
Bezeichnung "Agar-Herstellung", wie er in der Tabelle
verwendet wird, bezieht sich auf ein Gemisch, das 60 Gew.-% Agar
und als Rest Glucose umfasst, und Aron-AS-7503 (Handelsname) von Toa Synthetic
Chemicals, Co. wurde als Acrylharz verwendet.
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Aron
AS-7503 (Handelsname) ist ein Acrylharz des Wassersoltyps und wird
als Emulsion des W/W-Typs formuliert, die durch Pfropfpolymerisation
eines auf einer wasserlöslichen
Acrylsäure
basierenden Monomers hergestellt wird.
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(Beispiel 1)
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Die
Wirkung der Steuerung der Mikroporengröße der porösen Membran durch das Gewichtsverhältnis zwischen
den Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
wurde in Beispiel 1 untersucht.
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Die
in Tabelle 1 angeführten
Aufschlämmungen
wurden hergestellt, indem die Gerüstteilchen zu einer wässrigen
Lösung
des Mikroporengrößenregulierungsmittels
unter Mischen zugesetzt wurden. Ein Aluminiumoxidpulver wurde als
Gerüstteilchen
verwendet. Die Konzentration der Gerüstteilchen in der Aufschlämmung betrug
bei dem Eintauchverfahren und dem Filtrationsabscheidungsverfahren
40 Gew.-% bzw. 3 Gew.-%. Die Brennbedingungen waren 1 h bei 1350 °C.
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Die
Mikroporengröße der abgeschiedenen
porösen
Membran wurde gemäß dem in
ASTM F306 beschriebenen Luftströmungsverfahren
bestimmt. Die Wasserdurchtrittsrate des Filters wurde durch das
Wasservolumen bestimmt, das pro Einheit der Filtrationsfläche und
pro Zeiteinheit unter einem Druckunterschied von 1 kp/cm2 bei ei ner Wassertemperatur von 25 °C durchtrat.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 und den 2 und 3 angeführt.
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(Ergebnis)
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Wie
in 1 dargestellt, wird eine poröse Membran mit einer Mikroporengröße von 0,090 μm gebildet, wenn
Gerüstteilchen
mit einer Teilchengröße von 0,4 μm verwendet
werden und die poröse
Membran von einer Aufschlämmung
abgeschieden wird, die nicht mit dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
ergänzt
ist (Vergleichsbeispiel 1-1).
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Wenn
das Mikroporengrößenregulierungsmittel
zugesetzt wird, konnte die Mikroporengröße im Gegensatz dazu vergrößert werden
und durch das Gewichtsverhältnis
zwischen den Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
gesteuert werden (Beispiele 1-1, 1-3 und 1-5). Das Vergrößern der
Mikroporengröße der porösen Membran
ermöglicht
eine Steigerung der Wasserdurchtrittsrate des Filters.
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Die
Mikroporengröße der porösen Membran
konnte durch das Gewichtsverhältnis
zwischen den Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
bei dem Tauchverfahren und bei dem Filtrationsabscheidungsverfahren
gesteuert werden, wodurch die Wasserdurchtrittsrate des Filters
mit dem Anstieg der Mikroporengröße gesteigert
werden konnte (Beispiele 1-2 und 1-4).
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Die
maximale Mikroporengröße der durch
das Filtrationsabscheidungsverfahren erhaltenen, porösen Membran
ist jedoch kleiner als die der durch das Tauchverfahren erhaltenen
Membran, wenngleich die mittlere Mikroporengröße ident ist, was darauf hinweist,
dass das Filtrationsabscheidungsverfahren im Vergleich mit dem Eintauchverfahren
eine engere Mikroporenverteilung erzielen konnte.
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Wenn
die Gerüstteilchengröße 0,7 μm beträgt, konnte
die Mikroporengröße der porösen Membran durch
das Gewichtsverhältnis
zwischen den Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
gesteuert werden, auf dieselbe Weise wie bei der Verwendung der
Gerüstteilchen
mit einer Mikroporengröße von 0,4 μm, wodurch die
Wasserdurchtrittsrate des Filters ebenfalls gesteigert werden konnte
(Beispiele 1-6 bis 1-8).
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Anders
gesagt wurde eine bestimmte Korrelation zwischen dem Gewichtsverhältnis der
Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
und der mittleren Mikroporengröße der porösen Membran festgestellt
werden (Graph in 2) oder zwischen der mittleren
Mikroporengröße und der
Wasserdurchtrittsrate (Graph in 3).
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Dieselben
Ergebnisse wie die oben beschriebenen konnten ebenfalls erzielt
werden, wenn Acrylharz (Beispiel 1-8) und Welan Gum (Beispiele 1-9
und 1-10) statt der Agar-Herstellung (Beispiele 1-1 bis 1-5) als Mikroporengrößenregulierungsmittel
eingesetzt wurden. Dieselbe Wirkung wie unter die Verwendung der Agar-Herstellung
konnte unter Verwendung des Acrylharzes jedoch nur erhalten werden,
wenn das Gewichtsverhältnis
zwischen den Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
gesteigert wurde. Das bedeutet, dass Welan Gum und Agar-Herstellung
insofern ausgezeichnet sind, als dass gute Ergebnisse erzielt werden
konnten, indem eine kleinere Menge des Mikroporengrößenregulierungsmittels
zugesetzt wurde.
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Die
Mikroporengröße wurde
durch eine Veränderung
des Gewichtsverhältnisses
zwischen den Gerüstteilchen
und dem Mikroporengrößenregulierungsmittel
in den Beispielen 1-9 und 1-10 so gesteuert, dass sie gleich blieb,
auch wenn die Teilchengröße der Gerüstteilchen
verschieden war. Die Wasserdurchtrittsrate war jedoch in Beispiel
1-9 bei einer geringeren Teilchengröße der Gerüstteilchen höher. Es
wird vermutet, dass das daran liegt, das die Lufthohlraumrate trotz
derselben Mikroporengröße höher war.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
kann auch für
das Brennverfahren bei niedriger Temperatur eingesetzt werden, welches
in der Japanischen ungeprüften
Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 10-236887 durch die Erfinder offenbart wurde. Bei dem Brennverfahren
bei niedriger Temperatur wird ein Bindemittel, wie z.B. feines Keramikpulver
und Keramiksolteilchen, die Titandioxid und Zirconiumdioxid um fassen, oder
eine Verbindung, wie z.B. Zirconiumoxychlorid und Titantetrachlorid,
die durch eine Wärmebehandlung
in Keramik umgewandelt werden, zu der Filmabscheidungsaufschlämmung zugesetzt,
und das Gemisch wird dann bei einer niedrigen Temperatur von 300
bis 700 °C,
bei der zwischen den Gerüstteilchen
keine Einschnürung
entsteht, gebrannt.
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Titandioxidsolteilchen
mit einer Teilchengröße von 30
nm wurden als das Bindemittel eingesetzt. Titanisopropoxid wurde
hydrolysiert, um eine wässrige
Titandioxidsollösung
mit einer Titandioxidkonzentration von 15 Gew.-% und einem pH-Wert
von etwa 1 herzustellen.
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Die
Teilchengröße der Solteilchen
wurde mit einem Transmissionselektronenmikroskop bestimmt. Der Mittelwert
des Maximaldurchmessers und des Minimaldurchmessers der Solteilchen
oder der Mittelwert von 100 Solteilchen wurde als die Teilchengröße des Sols
definiert.
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Eine
Aufschlämmung
wurde wie folgt hergestellt. Eine Lösungsgemisch, das durch das
Zutropfen von 0,1 bis 1 Gew.-% einer wässrigen Lösung eines Acrylharzes zu 15
Gew.-% einer wässrigen
Lösung
eines Titandioxidsols hergestellt wurde, und eine Aluminiumoxidaufschlämmung, die
hergestellt wurde, indem ein Aluminiumoxidpulver mit einer Festanteilkonzentration
von 50 Gew.-% in Wasser suspendiert wurde und mit 60 Gew.-% Salpetersäure an einen
pH-Wert von 2 eingestellt wurde, wurden unabhängig voneinander hergestellt.
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Die
Aluminiumoxidaufschlämmung
wurde zu dem oben genannten Lösungsgemisch
zugetropft, und die in Tabelle 2 angeführten Filmabscheidungsaufschlämmungen
wurden durch einstündiges
Mischen mit einem Rührer
hergestellt: Die Konzentration der Gerüstteilchen betrug in allen
Aufschlämmungen
3 Gew.-%.
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Die
wie oben beschrieben hergestellte Aufschlämmung wurde auf dem Substrat
C durch das Filtrationsabscheidungsverfahren abgeschieden, und ein
Filter wurde durch vierstündiges
Brennen bei 600 °C
erhalten. Fotos des Querschnitts der porö sen Membran wurden unter Verwendung
eines Rasterelektronenmikroskops so gemacht, dass die Membranlänge, die
50 μm entspricht,
in ein Gesichtsfeld fällt,
und die Filmdicke der porösen
Membran wurde als Mittelwert der in 100 Gesichtsfeldern gemessenen
Filmdicke bestimmt.
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Die
Mikroporengrößenverteilung
wurde durch das in ASTM F306 beschriebene Luftströmungsverfahren
bestimmt, und die Wasserdurchtrittsrate wurde durch das Wasservolumen
bestimmt, das pro Einheit der Filtrationsfläche und pro Zeiteinheit unter
einem Zwischenflächen-Differenzdruck
von 1 kg/cm2 bei einer Wassertemperatur
von 25 °C
durchtrat. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angeführt.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Wie
bisher beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
eine poröse
Membran mit einem gewünschten
Mikroporendurchmesser auszubilden.
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Das
erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
ist insofern nützlich,
da ein Filter mit einer hohen Wasserdurchtrittsrate (oder einer
hohen Behandlungsfähigkeit)
hergestellt werden kann, auch wenn die Mikroporengröße, die
die Filtrationsfähigkeit
bestimmt, ident ist.