DE68912748T2 - Steriles hydrophobes Laminat mit einer Membran aus Polytetrafluorethylen. - Google Patents
Steriles hydrophobes Laminat mit einer Membran aus Polytetrafluorethylen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein poröses, steriles hydraphobes Polytetrafluorethylen (PTFE) -Membranverbundgebildeprodukt entsprechend dem Wortlaut von Anspruch 1.
- Unter dem hier und im folgenden verwendeten Ausdruck "steril" ist ein Verbundgebilde gemeint, das durch Gammastrahlung sterilisiert wird.
- In vielen Anwendungsgebieten der Membrantechnologie ist es wünschenswert, einen Membranfilter zu verwenden, der mechanisch fest, thermisch stabil, chemisch relativ inert und in den meisten organischen Lösungsmitteln unlöslich ist. Zweckmäßigerweise werden derartige Membranen bereitgestellt, die auch hydrophob sind, so daß sie unter Druck nicht von Lösungen, einschließlich von Netzmittel enthaltenen Lösungen, benetzt werden. Hydrophobe Membranen sind selbst bei mäßigen Lösungsdrücken für wäßrige Lösungen nicht permeabel und eignen sich somit als Abdichtung für wäßrige Lösungen, während sie gleichzeitig für Gase permeabel sind.
- Im Vorfeld der vorliegenden Erfindung wurden PTFE-Membranen mit Ethylenoxidgas oder durch Gammastrahlung sterilisiert. Die Verwendung von Ethylenoxid ist ungünstig, da das Gas toxisch ist und Probleme hinsichtlich einer Umweltverschmutzung hervorruft.
- Gammastrahlung ist ferner ungünstig, da sie die mechanische Festigkeit der PTFE-Membran verrringert, so daß sie mäßigen Drücken in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung einer Filtration nicht zu widerstehen vermag. Folglich wäre es wünschenswert, eine sterile PTFE-Membran, die erhöhten Drücken widerstehen kann, während gleichzeitig die Verwendung toxischer Sterilisierzusammensetzungen vermieden wird, bereitzustellen.
- Die US-A-4 190 426 offenbart eine Polytetrafluroethylen (PTFE)-Filtermembran mit einer nicht-gewebten Polyesterfaserrückseite (als "Reemay"-Rückseite bezeichnet, vgl. US-A-4 190 426, Spalte 6, Zeilen 55-60), die kommerziell bei W.L. Gore & Associates, dem Aninelder der DE-A-2 737 756, erhältlich ist.
- Das Rückseitenmaterial liefert eine ausreichende Versiegelung zwischen der Filtermembrankomponente und einer Methylacrylkappe des Gehäuses, wenn die Heißversiegelung bei höheren Temperaturen durchgeführt wird, wobei gleichzeitig für einen Schutz der Kappe vor einem Schmelzen bei den höheren Temperaturen gesorgt wird. Eine Sterilisierung des Verbundfilters wird nicht ins Auge gefaßt. Der Verbundfilter gemäß der US-A-4 190 426 wurde offensichtlich gemäß der Lehre der DE-A-2 737 756 durch Laminieren der PTFE-Filtermembran und der Rückseite bei hohen Temperaturen und/oder hohem Druck hergestellt.
- Die vorliegende Erfindung liefert ein Verbundgebildemembranprodukt, das durch Gammastrahlung steriiisiert worden ist und aus einer direkt an ein gaspermeables Polyestergewebe laminierten porösen Polytetrafluorethylenmembran besteht. Das Produkt ist hydrophob und weist eine Berstfestigkeit von mindestens 10 psi (68,9 kPa) sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung der Filtration auf. Erhalten wurde es durch Aufwickeln der Membran und des Polyestergewebes auf einen Kern mit einem nicht-haftenden Gewebe, das bei Bedingungen, die ein Haften der Membran und des Gewebes aneinander unter Bildung eines zweischichtigen Verbundgebildes herbeiführen, aus der Membran und dem Polyestergewebe bestehende benachbarte aufgewickelte Schichten trennt.
- Erfindungsgemäß wird eine poröse PTFE-Membran direkt auf eine Oberfläche eines porösen Polyestergewebes laminiert. Das Laminieren erfolgt direkt ohne Verwendung eines vermittelnden Materials, z.B. eines Klebemittels. Das Laminieren erfolgt durch Erwärmen einer verstrickten Rolle der PTFEMembran, des Polyestergewebes und eines zwischen einer Oberfläche des Polyesters und einer Oberfläche der PTFE angeordneten Schutzgewebes, die auf einer Walze aufgewickelt ist, eine zur Herbeiführung der Laminierung ausreichenden Zeit lang, üblicherweise zwischen etwa 30 min und 7 h, bei einer Temperatur zwischen etwa 170ºC und 220ºC. Die Laminierung des Polyestergewebes an die poröse PTFE-Membran erfolgt derart, daß die gesamte Oberfläche der porösen Membran mit dem Gewebe laminiert ist. Anderenfalls ist der nicht-laminierte Teil der Membran mechanisch geschwächt, wenn die Membran nachfolgend einer Gammastrahlensterilisation ausgesetzt wird. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die durch Durchleiten der PTFE-Membran und des Polyestergewebes zwischen erwärmten Walzen unter Druck gebildeten Laminate durch Durchleiten derselben in Berührung miteinander zwischen erwärmten Walzen unter Druck kein gammastrahlenbeständiges, mechanisch festes Produkt liefern. Im allgemeinen weist die poröse PTFE-Membran eine durchschnittliche Porengröße zwischen etwa 0,001 und 10 um und üblicherweise zwischen etwa 0,1 und 5,0 um auf. Bei dem Polyestergewebe kann es sich um ein gewebtes oder nicht-gewebtes (Vlies) handeln, sofern es offene Poren aufweist, die einen Gasdurchtritt erlauben.
- Die Verwendung eines Klebemittels zur Bildung des Verbundgebildes wird zweckmäßigerweise vermieden, da festgestellt wurde, daß so hergestellte Laminate bei einer nachfolgenden Gammastrahlensterilisatian eine mechanisch Schwächung erfahren. Die erfindungsgemäßen Laminate sind nach Sterilisation durch Gammastrahlenbestrahlung üblicherweise zwischen etwa 25 und 50 kGy (2,5 bis 5 mega Rad) in der Lage, einem Vorwärts- oder Rückwärtsdruck von mindestens 10 psi (68,9 kPa) zu widerstehen. Entsprechend der Verwendung hierin wird der Druck in Vorwärtsrichtung auf die PTFE-Oberfläche und der Druck in Rückwärtsrichtung auf die Polyesteroberf läche des Verbundgebildes ausgeübt. Darüber hinaus behalten die erfindungsgemäßen sterilisierten Membranverbundgebilde einen wünschenswerten Hydrophobizitätsgrad bei, so daß sie durch wäßrige Lösungen, einschließlich netzmittelhaltigen Lösungen, nicht benetzt werden. Die Verbundgebilde eignen sich als Gasentlüftungskanäie zur selektiven Durchleitung von Gas durch sie, während das Durchtreten von wäßrigen Flüssigkeiten durch sie verhindert wird (vgl. die in der US-A-3 854 907 beschriebene und beanspruchte Vorrichtung, auf die hier Bezug genommen wird). Somit können die erf indungsgemäßen Verbundgebilde als Abdichtung für wäßrige Flüssigkeiten verwendet werden. Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Verbundgebilde als Gasfilter verwendet werden.
- Dieses Beispiel veranschaulicht das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Verbundgebildes und ferner die Überlegenheit des so hergestellten Verbundgebildes gegenüber gegenwärtig verfügbaren Verbundgebilden.
- Ein nicht-gewebtes Polyestergewebe, eine PTFE-Membran (0,02 um Porengröße) und ein Blatt Papier wurden auf einem Metallkern mit einem Außendurchmesser von 3 inch (76,2 mm) so ineinander gewoben, daß das Polyestergewebe und die PTFE- Membran einander nur an einer Oberfläche unter Ausbildung einer Rolle eines Durchmessers von 7 inches (177,8 mm) berührten. Die Rolle wurde 4 h lang in einem Zirkulationsheißluftofen bei 210ºC erwärmt. Nach Kühlen der Rolle wurde sie aufge-wickelt, worauf das erhaltene PTFE/Polyesterverbundgebilde einer Gammastrah1ung von 50 kGy (5,0 MRad) ausgesetzt wurde.
- Danach wurde das Verbundgebilde darauf untersucht, ob es hydrophob geblieben war und ob seine mechanische Festigkeit ausreichend war. Aus dem Verbundgebildematerial wurden Scheiben eines Durchmessrs von 13 mm herausgeschnitten. Die PTFE-Membranoberfläche des Verbundgebildes wurde einer wäßrigen Multivitaminlösung 96 h lang bei einem Druck von 15 pounds per sguare inch (psi) (103,4 kPa) ausgesetzt. Danach wurden die Verbundgebildescheiben auf ihre Beständigkeit gegenüber einem Luftstrom untersucht. Das Verbundgebilde behielt mehr als 75% seiner ursprünglichen Luftdurchtrittskapazität bei. Demzufolge eignet es sich als Gasentlüftungsmembran.
- Die mechanische Festigkeit des Verbundgebildes wurde unter Verwendung der aus dem Verbundgebildematerial herausgeschnittenen Scheiben eines Durchmessers von 13 mm untersucht. Auf die Polyesterträgeroberfläche des Laminats (Rückwärtsrichtung) wurde Druckluft einwirken gelassen, worauf der Druck, bei dem die PTFE-Membran zerbarst, aufgezeichnet wurde. Die durchschnittliche Berstfestigkeit der Membran in Rückwärtsrichtung wurde mit 24 psi (165,5 kPa) bestimmt. Daß sich das Laminat als Casentlüftungsmembran eignet, muß die Berstfestigkeit des Verbundgebildes in Rückwärtsrichtung mindestens 10 psi (68,9 kPa) betragen. Die durchschnittliche Berstfestigkeit in Vorwärtsrichtung betrug mehr als 50 psi (344,7 kPa).
- Im Gegensatz dazu besaß eine eine PTFE-Membran (0,02 um Porengröße), die mit einem Klebemittel an einen Polyesterträger zum Haften gebracht worden war, umfassende Verbundgebildemembran nach Bestrahlung mit 50 kGy (5,0 MRad) Gammastrahlung eine Berstfestigkeit in Rückwärtsrichtung von 7 psi (48,3 kpa) bei den oben angegebenen Testbedingungen. Somit waren diese Verbundgebildemembranen nicht als Gasentlüftungsmembranen geeignet.
- Die in Beispiel 1 beschriebene Verbundgebildeherstellung wurde unter Verwendung einer PTFE-Membran mit einer porengröße von 0,2 um, bei einer Ofentemperatur von 222ºC und einer Ofenzeit von 6 h wiederholt. Das erhaltene PTFE/Polyestermembranverbundgebilde wurde einer Gammastrahlung von 50 kGy (5,0 MRad) ausgesetzt.
- Entsprechend Beispiel 1 wurde die hydrophobe Natur und die mechanische Festigkeit des Verbundgebildes untersucht. Nachdem das Verbundgebilde 96 h lang einer wäßrigen Multivitaminlösung bei 15 psi (103,4 kPa) ausgesetzt worden war, behielt das Verbundgebilde mehr als 75% seines ursprünglichen Luftdurchflusses bei. Die durchschnittliche Berstfestigkeit des Verbundgebildes betrug 21 psi (144,8 kpa). Beide Ergebnisse zeigen, daß es sich bei diesem Verbundgebilde um eine erfolgreiche Entlüftungsmembran handelt.
- Dieses Beispiel veranschaulicht, daß ein nach einem herkömmlichen Wärmelaminierverfahren, bei dem das Verbundgebilde einer Gammastrahlung ausgesetzt wird, hergestelltes PTFE-Membranverbundgebilde kein Produkt ausreichender mechanischer Festigkeit liefert. Eine Polytetrafluorethylenmembran (FGUP) wird auf die Oberseite eines nicht-gewebten Polyesterträgermaterials (Hollytex 3252, eingetragenes Warenzeichen) aufgebracht. Dieses zweischichtige Substrat wird bei einer der beiden im folgenden angegebenen Verfahrensbedingungen in eine Quetschwalzenlaminiervorrichtung eingebracht:
- Temperatur: 204ºC
- Vorschubgeschwindigkeit: 4 Fuß/min
- Verweilzeit auf der erwärmten Walze: 7,5 s
- oder
- Temperatur: 210ºC
- Vorschubgeschwindigkeit: 4,3 Fuß/min
- Druck: 50 Newton/cm²
- Verweilzeit auf der erwärmten Walze: 46 s.
- Das bei beiden Verfahrensbedingungen hergestellte Membranverbundgebilde besaß nach einem Aussetzen einer Gammastrahlung von 50 kGy (5 MRad) keine mechanische Festigkeit.
- Eine Polytetrafluorethylenmembran (FGUP), ein nlcht-gewebter Polyester (Hollytex 3252, eingetragenes Warenzeichen) und ein Papiergewebe mit der Fähigkeit, hohen Temperaturen zu widerstehen, wurden auf einem Aluminiumkern bei den folgenden Verfahrensbedingungen verstrickt:
- Abwickelspannung: 25 pounds (11,34 kg)
- Quetschdruck: 40 pounds/sguare inch (275,8 kPa)
- Rollenlänge: 180 Fuß (54,9 m).
- Diese Rolle wurde 6 h lang bei 220ºC in einen Zirkulationsheißluftofen eingebracht, worauf wieder gewickelt und das Papier entfernt wurde.
- Das bei diesem Verfahren gebildete Membranverbundgebilde widerstand mehr als 50 eine Sekunde dauernden Impulsen eines Druckes von 10 psi (68,98 kPa) in Rückwärtsrichtung nach Bestrahlung mit einer Gammastrahlung von 50 kGy (5 MRad).
Claims (3)
1. Durch Gammastrahlung sterilisiertes Verbundgebildemem
branprodukt, das aus einer direkt auf ein gaspermeables
Polyestergewebe laminierten porösen
Polytetrafluorethylenmembran besteht, hydrophob ist und eine
Berstfestigkeit von mindestens 10 psi (68,9 kPa) sowohl in
Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung der Filtration
aufweist und durch Aufwickeln der Membran und des
Polyestergewebes auf einen Kern mit einem nicht-haftenden
Gewebe, das bei Bedingungen, die eine Haftung der
Membran und des Gewebes aneinander unter Bildung eines
zweischichtigen Verbundgebildes bewirkent, aus der
Membran und dem Polyestergewebe bestehende benachbarte
aufgewickelte Schichten trennt, erhalten worden ist.
2. Verbundgebilde nach Anspruch 1, wobei das
Polyestergewebe aus einem Gewebe besteht.
3. Verbundgebilde nach Anspruch 1, wobei das
Polyestergewebe aus einem Flies besteht.
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