DE69116518T2 - Spiralförmiges Filtermodul mit verstärkten Membranen in Blattform und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein die Ultrafiltrationstechnologie und bezieht sich insbesondere auf ein spiralförmig gewundenes Filterbauteil oder -modul zur Anwendung bei der Querstromfiltration und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
• Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Bezeichnung "Ultrafiltration" soll Mikrofiltration, Nanofiltration, Ultrafiltration und Umkehrosmose sowie Gastrennung umfassen. Eine typische Ultrafiltrationsvorrichtung umfaßt eine Mehrzahl spiralförmiger Filtermodule, durch die ein zu filterndes Fluid hindurchtritt. Ein derartiges Modul wird durch Wickeln eines oder mehrerer Membranblätter und Permeatumhüllungen um ein Permeatrohr hergestellt. Die Membranblätter werden durch Zuführungsabstandsgitter getrennt, die eine verhältnismäßig große Maschenweite zur Anpassung an den Fluidstrom aufweisen. Das Permeat fließt durch die Membranoberfläche der Membranblätter und wird über eine Permeatführungsplatte dem Permeatrohr zugeleitet. Eine Art äußeres Haltemittel, zum Beispiel eine steife Ummantelung, Bänder oder ein Bypaß-Gitter oder eine Kombination von diesen können angewendet werden, um die spiralförmig gewikkelten Blätter in einer engen Anordnung um das Rohr herum zu halten. Das spiralförmige Modul wird dann in ein Gehäuse oder einen Druckbehälter eingeführt, die bei leichtem Druckabfall über das Modul betrieben werden, wenn das zu filternde Fluid hindurchfließt. Konzentrat wird von einem Ende des Moduls und Permeat aus dem Permeatrohr entfernt.
• Viele Anwendungsfälle der Ultrafiltrationstechnologie betreffen die Nahrungsmittelherstellung, bei der die hygienischen Bedingungen zu jeder Zeit eingehalten werden müssen. Das macht eine periodische Reinigung mit verhältnismäßig scharfen Chemikalien wie (nur als Beispiel) Chlor enthaltenden Verbindungen, anderen Oxydationsmitteln, Säuren, Alkalien und Tensiden erforderlich. Diese Chemikalien neigen dazu, das Membranmaterial zu beeinträchtigen, und zwar insbesondere in Bereichen, die einer Beanspruchung unterworfen sind. Eine typische Arbeitsweise bei der Herstellung von spiralförmigen Filtermodulen umfaßt das Falzen bzw. Falten eines Membranblattes in dem Bereich, der in der Nähe des Permeatrohres liegt. Dieser Falz-/Faltbereich bewirkt mechanische Beanspruchungen in dem Membranblatt sowohl an der Faltstelle als auch an dem Berührungspunkt mit der angrenzenden Permeatführungsplatte. Andere Beanspruchungsbereiche in einer spiralförmig gewickelten Membran liegen an der überlappungsstelle zwischen zwei Membranblättern und der überlappung der Membran gegenüber irgendeiner darunterliegenden Naht oder mechanischen Befestigungsvorrichtung.
• In dem Falz- bzw. Faltbereich ist die Anwendung einer gewissen Art der verstärkung üblich, um die mechanischen Beanspruchungen zu verringern und die Lebensdauer der Membran zu verlängern. Aus dem Stand der Technik sind zwei grundsätzliche Verfahren bekannt. Das erste ist die Verwendung eines Verstärkungsbandes, das an der Faltstelle angebracht wird und sich von dieser ein kurzes Stück über das erstreckt, was typischerweise als Faltbereich der Membran bezeichnet wird. Das zweite Verfahren zur Membranverstärkung besteht darin, ein Klebemittel aufzubringen, und zwar im wesentlichen in dem gleichen Bereich, in dem das Band angebracht wird, sowie mit der gleichen Wirkung. Diese zweite Methode ist beispielsweise in der US-A-4842736 beschrieben. Dieses Patent offenbart darüber hinaus eine Abwandlung des zweiten Verfahrens, bei dem anstelle eines fließfähigen Klebers ein weichschmelzendes thermoplastisches Material von der Versteifung bzw. dem Träger her seitlich der Membran verwendet wird, um die Zwischenräume des Trägermaterials zu verfüllen und bis zu dem tatsächlichen Membranmaterial überall in die Versteifungsschicht einzudringen.
• Die schwierigkeiten bei diesen Verfahren des Standes der Technik zur Verstärkung des Faltbereichs einer spiralförmigen Membran bestehen darin, daß das Band dazu neigt, irgendwann seine Haftfähigkeit zu verlieren und sich abzulösen; und der Kleber wird in einer solchen Dicke aufgebracht, daß, während die Membran im Faltbereich verstärkt ist, der Kleber eine Tendenz hat, neue Beanspruchungspunkte insbesondere entlang seiner Endkanten zu schaffen. Beide Verfahren des Standes der Technik erhöhen die Stärke des Membranblattes an der Übergangslinie zwischen einer verstärkten und einer nicht verstärkten Membran, was auch einen Faktor zur Schaffung neuer Beanspruchungsstellen darstellt. Auch wenn entweder Band oder Klebemittel auf die Membranoberfläche (der Membranunterstützung gegenüberliegend) aufgebracht werden, können Schäden an jedem Material einen "toten Bereich" zwischen der Membranoberfläche und dem fehlerhaften Band oder Klebemittel freilegen, wo sich das zu filternde Fluid sammelt und hygienische und gelegentlich Leckageprobleme verursacht. Falls die Verstärkung auf den Träger bzw. die Versteifungsschicht der Membran aufgebracht wird, was in dem erwähnten Patent von Bray u.a. in Erwägung gezogen ist, so besteht kein Schutz gegen Oberflächenrisse in der Membran selbst an der Falzung oder Faltung, so daß kleine Risse entstehen, in denen sich Fluid sammeln kann und unter gewissen Bedingungen hygienische Probleme geschaffen werden können.
• Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ultrafiltrationsmodul und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, bei denen das Membranmaterial in dem dern Permeatrohr benachbarten Bereich verstärkt ist und die Verstärkung ohne Einfügung von Beanspruchungsstellen, die zu einem Qualitätsverlust und zur Minderleistung führen können, ausgeführt wird.
• Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Ultrafiltrationsmodul und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen, das die Verwendung eines Klebemittels oder eines Bandes in dem an das Permeatrohr grenzenden Bereich und die mit diesen Materialien zusammenhängenden inhärenten Probleme vermeiden.
• Es ist ebenfalls eines der Ziele dieser Erfindung, ein verbessertes Ultrafiltermodul und ein Verfahren zur Herstellung desselben anzugeben, bei dem die Filtermembran verstärkt wird, und zwar ohne daß dabei in die Membran physikalische Unstetigkeiten bzw. Gefüge-Lockerstellen hineingebracht werden, die gelegentlich zu Membranleckagen führen können.
• Die US-A-4842736 offenbart eine Blattpackung, die nützlich zur Bildung eines spiralförmigen Filtermoduls ist, das ein aus einem integral mit einem Versteifungsmaterial verbundenen Membranwerkstoff gebildetes Membranblatt umfaßt, das erste und zweite Blattabschnitte aufweist, die mit ihren Membranoberflächen benachbart im wesentlichen parallel zueinander positioniert sind; wobei jeder Abschnitt mindestens ein Ende in ebener Ausrichtung mit einem Ende des anderen Abschnitts aufweist; und gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine solche Blattpackung zur Verfügung gestellt, bei der die Abschnitte im Bereich der ausgerichteten Enden über ihre gesamten Querschnitte verdichtet und das Membranmaterial und das Träger- bzw. Versteifungsmaterial im Bereich der ausgerichteten Enden verschweißt werden.
• Die Erfindung schließt auch ein spiralförmiges Filtermodul zum Trennen eines Fluids in einen Filtratteil und einen Permeatteil ein, wobei das Modul ein Permeatträgerrohr mit einer Mehrzahl Öffnungen in der Rohrwand zum Aufnehmen des Permeatteils; mindestens eine spiralförmig um das Rohr gewickelte Blattpackung, wobei die Packung entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung gebildet ist; und Permeatführungsmittel, die spiralförmig um das Rohr zwischen jeder der Blattpackungen gewickelt und mit jedem benachbarten Ultrafiltrationsblatt entlang der Seiten und über die Breite der Führungsmittel verbundenen sind, umfaßt.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung einer zur Bildung eines spiralförmigen Filtermoduls nützlichen Blattpackung das Bereitstellen eines Membranblattes, das aus einem Membranmaterial gebildet ist, das integral mit einem Träger- bzw. Versteifungs material verbunden ist und angeordnet ist, um erste und zweite Blattabschnitte zu bilden, die mit ihren nebeneinanderliegenden Membranoberflächen im wesentlichen parallel zueinander positioniert sind, wobei jeder Abschnitt mindestens ein Ende in ebener Ausrichtung mit einem Ende des anderen Abschnitts aufweist; umfassend das Verdichten der Abschnitte über ihre gesamten Querschnitte im Bereich der ausgerichteten Enden, so daß deren Oberfläche undurchlässig gemacht wird; das Verschweißen des Versteifungsmaterials und des Membranmaterials im Bereich der ausgerichteten Enden durch Aufbringen ausreichender Wärme und Druckes, um das Blatt mindestens auf die Glastemperatur des Membranmaterials anzuheben; und das Verbinden der Abschnitte miteinander, um die Blattpackung bereitzustellen.
• Die Erfindung stellt somit ein verbessertes Ultrafiltrationsmodul und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung, bei dem das Membranblatt durch einen Schweißprozeß verdichtet wurde, um die physikalischen Eigenschaften des Membranmaterials durch Kollabieren der Membranstruktur an der Membranoberfläche umzuwandeln, während die Membran auch verdichtet und eine strukturelle Verstärkung geschaffen wird. Ein Membranverstärkungselement kann an dem Membranträger in dem an das Permeatrohr angrenzenden Bereich verschweißt werden.
• Das Verdichten und Abdichten der Membranoberfläche verringert erheblich die Möglichkeiten, daß eine Flüssigkeit in kleinen Spalten oder Hohlräumen unterhalb oder in der Nähe der Membranoberfläche eingeschlossen wird.
• In den zugehörigen Zeichnungen ist:
• Fig. 1 eine teilweise, in Explosionsdarstellung gezeigte perspektivische Ansicht eines Ultrafiltrationsblattes, an dem ein Verstärkungsmaterial angebracht werden soll;
• Fig. 2 eine andere perspektivische Darstellung, die eine gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Blattpackung zeigt;
• Fig. 3 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Permeatrohres, um das eine Mehrzahl Blattpackungen und Abstandshalter bzw. (im folgenden) Zwischenlagen für den Zuführungskanal angeordnet sind;
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 3, die weitere Einzelheiten des Aufbaus des Einzelblattelements zeigt, das das Ultrafiltrationsmodul bildet;
• Fig. 5 eine teilweise perspektivische Ansicht eines vervollständigten Moduls;
• Fig. 6 eine auseinandergezogene, teilweise Perspektivansicht eines Membranelements, das zwischen zwei Zuführungskanal-Zwischenlagen sandwichartig eingefügt ist; und
• Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Fakultativform der Erfindung.
• Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Ultrafiltrationsmembranblatt allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und eine Ultrafiltrationsmembran 12 und ein Träger- bzw. Versteifungsmaterial 14 umfaßt. Die Membran und der Träger sind zur Bildung des Membranblattes durch aus dem Stand der Technik gut bekannte Verfahren integral verbunden. Verwendbare Membranmaterialien umfassen einen weiten Bereich thermoplastischer Kunstharze, die zu einem Blatt mit Porenstruktur und Filtrierfähigkeit verarbeitet werden können. Bekannte thermoplastische Membranmaterialien schließen Polysulfon, Polyvinylidenfluorid, Polyethersulfon, Polyarylsulfon, Polyvinylchlorid, Polyamide, Zelluloseacetat, Polycarbonate, Polytetrafluorethylen, Polyphenylensulfid, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyamidimid und Polypropylen ein. Natürliche Membranmaterialen, wie zum Beispiel Zellulose, können ebenfalls verwendet werden. Ein bevorzugtes Material ist Polyethersulfon.
• Brauchbare Trägerwerkstoffe sind gewebte oder nicht gewebte synthetische Materialien, die die zur Verstärkung der Membran erforderliche Festigkeit haben und integral an die Membran gebunden werden können, während sie den Durchgang des Permeats durch die Membran nicht störend beeinflussen. Geeignete Träger- bzw. Versteifungsmaterialien schließen Polyester, Polypropylen, Polyethylen und die Familie der Polyamid-Polymere, bei denen allgemein von "Nylon" gesprochen wird, ein.
• Entsprechend geeigneter Arbeitsweise zur Herstellung spiralförmig gewickelter Ultrafiltermodule wird eine allgemein mit dem Bezugszeichen 16 (Fig. 2) bezeichneten Membranblattpackung auffolgende Art vorgenommen. Das Membranblatt 10 wird zur Bildung erster und zweiter Blattabschnitte 10-X und 10-Y aufgeteilt. Dieses kann durch Schneiden quer durch das Membranblatt 10 oder durch Falten quer über die Breite des Blattes, wie in den Zeichnungen dargestellt, erreicht werden.
• Die beiden Blattabschnitte werden dann mit ihren Enden in einer Ausrichtung (Flucht) aufeinanderliegend (das heißt, die Enden der Abschnitte schließen im wesentlichen mit ihren Endkanten in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zu den Ebenen der Abschnitte verläuft, ab) mit dem Träger 14 zur Außenseite hin und mit einander zugewandten Membranoberflächen 12 positioniert. Ein verhältnismäßig großmaschiges Abdeckmaterial bildet eine Zuführungskanal-Zwischenlage 17, die zwischen die Blattabschnitte 10-X und 10-Y eingefügt ist. In den meisten Fällen wird die Zuführungs-Zwischenlage benutzt, aber es ist auch möglich, ein Modul ohne dieses Bauteil zu bauen.
• Vor dem Zusammenlegen des Membranblattes 10 zur Bildung der Blattpackung 16 wird, wie oben beschrieben, das Blatt in dem Faltbereich, der auch der Bereich der ausgerichteten Enden ist, verdichtet, um eine erhöhte Festigkeit und Haltbarkeit zu erreichen. Die Verdichtung wird vorzugsweise unter Verwendung eines thermoplastischen oder wärmeausgehärteten Verstärkungsmaterials, zum Beispiel eines Streifens 18, vorgenommen, der mit dem Membranblatt 10 kompatibel ist und mit diesem, vorzugsweise mit dem Träger 14, verschmilzt. Geeignete Verstärkungsmaterialien schließen Polypropylen, Polyethylen sowie Polyvinylbutyral und Ionomer-Kunstharze ein. Ein bevorzugtes Material ist ein Ionomer-Kunstharz, das unter dem Markennamen Surlyn durch E.I. Dupont de Nemours and Company of Wilmington, Delaware, USA, vertrieben wird. Der Verstärkungs streifen 18 wird auf dem Trägermaterial 14 angebracht und dann durch Aufbringung von Wärme und Druck von der Membranseite des Blattes 10 mit diesem verschweißt bzw. verschmolzen. Es kann wünschenswert sein, die Membran oder den Träger vor dem Verschweißen / Verschmelzen zu waschen oder einer anderen Oberflächenbehandlung zu unterziehen. Die Oberanderen Oberflächenbehandlung zu unterziehen. Die Oberflächenbehandlungen können Lösungsmittel, grenzflächenaktive Stoffe oder andere Chemikalien allein oder in Kombination einschließen. Bei den meisten der bekannten Membranpolymere und Versteifungsmaterialien, die zuvor genannt wurden, wird bei einer Temperatur zwischen 121ºC (250ºF) und 260ºC "500ºF), die für eine Minute bis sechs Minuten bei einem Druck aufgebracht wird, der nominell (zum Beispiel resultierend vom Gewicht der Wärmequelle auf der Membran) bis zu 1.38x10&sup6;pa (200 Pfund je Quadratzoll (p.s.i.)) betragen kann, eine integrale Verschweißung des Verstärkungsstreifens und des Membranblattes erreicht. Ein Temperaturbereich von 204ºC (400ºF) bis 260ºC (500ºF) und ein Druck von 1.38x10&sup5;pa (20 psi) bis 6.89x10&sup5;pa (100 psi) ist der bevorzugte Betriebsbereich. Bei dem oben angegebenen bevorzugten Material (Surlyn) bietet eine Temperatur von ungefähr 204ºC (400ºF), die etwa 60 Sekunden lang bei einem Druck von 5.17x10&sup5;pa (75 psi) aufgebracht wurde, gefolgt von einer allmählichen Abkühlung unter dem gleichen Druck über ungefähr 60 weitere Sekunden, ein Erzeugnis, das den Zielen der Erfindung entspricht.
• Im allgemeinen ist es sehr wünschenswert, Werkstoffe mit relativ hohem Schmelzpunkt oder Materialien anzuwenden, die eine relativ hohe Glas(übergangs)temperatur (zum Beispiel über 204ºC (400ºF)) für das Membranmaterial aufweisen, da die Wärme und der Druck auf der Membranseite aufgebracht werden. Die Glastemperatur des bevorzugten Membranmaterials Polyethersulfon beträgt ungefähr 210ºC (410ºF).
• Um das Verschmelzen des Trägers 14 mit dem Membranmaterial 12 auszuführen, hat der Träger normalerweise eine etwas niedrigere Glastemperatur, so daß die Wärme von der Membranseite nach dem Durchgang durch die Membran eine Temperatur liefert, die mindestens gleich oder geringfügig höher als die Glastemperatur des Trägers ist. Das garantiert ein Verschweißen des Trägers mit der Membran. Das bevorzugte Trägermaterial Polyester hat eine Glastemperatur von ungefähr 77ºC (170ºF).
• Die Glastemperatur des Verstärkungsstreifens 18 sollte im wesentlichen auch unter der des Membranmaterials liegen, so daß die Wärme von der Membranseite ausreichend ist, um die Verstärkung mit dem Träger zu verschweißen. Die Glastemperatur des bevorzugten Verstärkungsrnaterials, einem Ionomer- Kunstharz, beträgt ungefähr -40ºC (-40ºF), und der Schmelzpunkt dieses Materials liegt bei 85ºC (185ºF). Die an der Membranseite des Blattes 10 angelegte Wärmequelle sollte ausreichend sein, so daß die Temperatur an der Grenzfläche des Trägers und der Verstärkung dem Schmelzpunkt des Ionorners, das als Verstärkungsmaterial verwendet wird, nahekommt.
• Ein Wärmeimpuls-Einschmelzgerät, das einen NiCr-Draht verwendet, der innerhalb eines mit Teflon (eingetragene Marke der E.I. Dupont de Nemours and Co. of Wilmington, Delaware, USA) abgedeckten Flachstabes abgeschirmt und von einem geschulten Techniker bedienbar ist, ist ein brauchbares und wirksames Mittel zur Durchführung des Verschweißens. Die Größe des angelegten Druckes ist weniger kritisch als das Aufbringen der Temperatur, und es ist verständlich, daß in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten besonderen Matenahen eine große Variationsbreite des Druckes möglich ist. In einigen Fällen kann das Gewicht der Wärmequelle auf das Material ausreichend sein.
• Es ist wichtig, daß das Aufbringen von Wärme und Druck von der Membranseite 12 des Blattes 10 vorgenommen wird, um sowohl die gewünschte Verdichtung des Membranmaterials als auch die Verschweißung des Membranträgers und des Verstärkungs materials auszuführen. Mit Verdichten ist gemeint, daß Oberflächenporen der Membran ausreichend zusammengedrückt werden, um die Membranoberfläche undurchlässig zu machen. Diese Vergemacht wurde, in die Strukturhohlräume in der Membran einzutreten, in denen es sich sammeln und hygienische Probleme verursachen könnte. Eine zuverlässige Anzeige dafür, wann der gewünschte Grad der Verdichtung bei der bevorzugten Polyethersulfon-Membran erreicht worden ist, besteht darin, daß sich das Aussehen der Membran von milchig weiß in hoch transluzent ändert. Der Verdichtungsvorgang umfaßt auch eine Erhöhung der Dichte des Versteifungs- und des Verstärkungsmaterials in einem derartigen Umfang, daß die Stärke (Dicke) des verdichteten Schichtkörpers in etwa gleich der des unverstärkten Membranblattes 10 ist.
• Der Ausdruck "Verschweißen" (Aufschmelzen) ist so zu verstehen, daß er eine Verbindung separater, individueller Materialien durch Aufbringen von Wärme und zumindest geringem Druck zur Erreichung oder Überschreitung der Glastemperatur des Materials umfaßt, so daß der End-Verbundstoff, der an der Grenzfläche der verschiedenen Materialien im wesentlichen homogen ist, ohne eine zumindest teilweise Zerstörung der verbundenen Materialien nicht getrennt werden kann.
• Es versteht sich natürlich, daß das "Verschweißen" unter Verwendung verschiedenster Wärmequellen, einschließlich Ultraschallschweißen, Strahlung und anderen bekannten Verfahren oder einer Kombination von Wärmequellen und Druckmitteln, die die oben definierte physikalische Veränderung herbeiführen, vorgenommen werden kann. Das Verschweißen und die Membranverdichtung finden im wesentlichen gleichzeitig statt.
• Es wird nun auf die Zeichnungen zurückgekommen: Der Verstärkungsstreifen 18, der nach dem Blatt 10 erscheint und zur Ausbildung der Packung 16 gefaltet ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Es ist selbstverständlich, daß die Stärke des Streifens 18 und die Begrenzung zwischen ihm und dem Träger 14 in Fig. 2 zum Zwecke der Veranschaulichung übertrieben dargestellt wurde, während sich in der tatsächlichen Praxis das Verschweißen des Streifens 18 an dem Blatt 10 gleichzeitig mit der Verdichtung des Blattes dahingehend auswirkt, daß die Membran, der Membranträger und der Verstärkungsstreifen alle im wesentlichen integral zusammengeschweißt werden, und zwar praktisch ohne Vergrößerung der Gesamtstärke des verstärkten Blattes über die ursprüngliche Stärke des Blattes 10.
• Ein Permeatrohr 20 wird - unter Bezugnahme auf Fig. 3 - mit vier Blattpackungen 16 gezeigt, die umfangseitig um dieses im Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei Blattpackungen 16 sind Permeatführungsplatten 24 angebracht, die das Permeat über Öffnungen 26 in das Innere des Rohres 20 leiten.
• 15 Wie Fig. 4 zeigt, werden, wenn einmal eine Blattpackung 16 und eine Permeatführungsplatte 24 sich auf dem Rohr 20 befinden, die Membranblätter des vervollständigten spiralförmigen Moduls auffolgende Art gebildet. Ein Membranblatt 10A aus einer Blattpackung wird auf eine ebene Tragfläche gelegt und dann mit einem Permeatträgerblatt 24A überlagert. Eine Menge Kleber 28 wird in der in Fig. 4 dargestellten Weise entlang der Ränder und über die Breite der Führungsplatte 24A aufgetragen. Ein Membranblatt 10B von der nächsten, benachbarten Blattpackung 16 wird dann in Berührung mit dem Kleber 28 gebracht, um ein vollständiges Membranblatt zu bilden, das die beiden durch das Permeatträgerblatt 24A getrennten Membranblätter 10A und 10B umfaßt. Jedes Membranblatt ist von einem benachbarten Blatt durch eine Zuführungskanal- Zwischenlage 17 von der vorher zusammengefügten Blattpackung getrennt. Dieser Aufbau wird am deutlichsten in der Explosionsdarstellung in Fig. 6 gezeigt. Die fertige spiralförmig gewickelte Bauemheit verwendet Spannbänder 30 (Fig. 5), um die Membranblätter an Ort und Stelle zu halten, und eine Außenhülle 32 kann zur Komplettierung des Moduls eingesetzt werden, wobei das vervollständigte Modul mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet wird.
• In einer in Fig. 7 gezeigten fakultativen Ausführungsform der Erfindung wurde das Membranblatt 110, das die Membran 112 und die Versteifung / den Träger 114 umfaßt, behandelt, um den Bereich zwischen den beiden strichlierten Linien (den Faltbereich und den Bereich der ebenen Ausrichtung der Enden der beiden Blattabschnitte 110-X und 110-Y) durch Aufbringen von Wärme und Druck mit der Membranseite 112 zu verschweißen und zu verdichten. Obwohl nicht der gleiche Grad der Verdichtung wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform erreicht wird, erweist sich das Blatt 110 fur einige Anwendungen als angemessen. Eine Blattpackung wird aus dem Blatt 110 auf die gleiche Weise, wie zuvor für die Packung 16 beschrieben, gebildet. Gleichermaßen ist die Entstehung des vervollständig ten, die Blätter 110 verwendenden Moduls zur Bildung der Membranblätter identisch mit dem oben für die Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 6 beschriebenen Verfahren.
• Die Erfindung umfaßt somit ein Verfahren zur Herstellung einer Blattpackung, die zur Bildung eines spiralförmigen Filtermoduls nutzbar ist, wobei das Verfahren einschließt: Schaffen von zwei Membranblattabschnitten, deren Enden sich in ebener Ausrichtung befinden (zum Beispiel durch Falten eines großen Blattes über die Breite zur Bildung von zwei Blattabschnitten gleicher Größe), wahlweises Aufschweißen eines Verstärkungsmaterials auf das Membranblatt in dem Bereich der ausgerichteten Enden, gleichzeitiges Verdichten des Blattes zusammen mit dem Verstärken und Schaffen mit einer Zuführungskanal-Zwischenlage (falls gewünscht) und Anordnen derselben zwischen den beiden Blattabschnitten, gefolgt vom Verbinden der Blattabschnitte (zum Beispiel durch Zusammenheften der Abschnitte), um die Blattpackung zu bilden. Die Verdichtungsbehandlung umfaßt sowohl die Anwendung von Wärme als auch mindestens eines Nenndruckes, und zwar in ausreichendern Umfang, um das Membranmaterial und den Träger auf ihre Glaspunkte (-temperaturen) zu bringen, so daß die Wärme das Trägermaterial erreicht, um die Träger- und Membranmaterialien in dem Faltbereich (oder dessen Entsprechung im Fall von zwei separaten Blättern) zu verschweißen, wobei das Verfahren auch das Verschweißen eines Verstärkungsmaterials an dem Träger der Membran einschließt. Es ist wünschenswert, das Verschweißen in solch einem Umfang durchzuführen, daß die Membran 12, der Träger 14 und das Verstärkungsmaterial (falls verwendet) "verschweißt" werden, wie dieser Ausdruck hier definiert ist, und auch, um die Verdichtung der Membranoberfläche auszuführen.
• Es ist jedem zur Bildung einer Membranoberfläche 12 angewendeten porösen Material zu eigen, daß gewisse Hohlräume in dem fertigen Erzeugnis vorhanden sind. Im Falle eines Membranschadens stellen diese Hohlräume Bereiche zur Ansammlung von Zuströmflüssigkeit dar, was in einigen Anwendungsfällen ernsthafte hygienische Probleme verursachen kann. Das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung verdichten die Membran in solch einem Umfang, daß die Membranoberfläche gegen den Durchgang von Fluid abgedichtet ist, wodurch die Möglichkeit der Verschmutzung durch eine Flüssigkeit, die sich in irgendeinem der Membranporenbereiche sammelt, erheblich verringert wird. Die Verdichtung verringert auch die Größe einiger unter der Oberfläche befindlicher bzw. verdeckter Poren, während andere vollständig eliminiert werden, wodurch das Risiko einer Verunreinigung weiter verringert wird. Die Tatsache, daß die vorliegende Erfindung eine Kombination von Verschweißung und Verdichtung des Membranblattes vorsieht, reduziert die Möglichkeiten von Fehlerhaftigkeiten der Membran erheblich, nicht nur durch Verstärkung der Membran, sondern durch Abdichtung der Membranoberfläche gegen den Durchtritt von Flüssigkeit. Es ist besonders überraschend, daß der von der Erfindung umfaßte Verschweißschritt die gewünschte Verstär kungswirkung hat, speziell am Vorderrand der Verschweißung, da es recht gut bekannt ist, daß die Anwendung von Wärme bei Polymer-Materialien Spannungen bzw. Beanspruchungen verursachen kann, die das Polymer schwächen, sobald die Wärme beseitigt ist.

Claims (11)

1. Eine Blattpackung, nutzbar bei der Bildung eines spiralförmigen Filterbauteils bzw. -moduls, die ein aus einem integral mit einem Trägermaterial (14) verbundenen Membranmaterial (12) gebildetes Membranblatt (10) umfaßt und erste und zweite Blattabschnitte (10-X, 10-Y) bildet, die im wesentlichen parallel zueinander positioniert sind, wobei ihre Membranoberflächen benachbart sind; wobei jeder Abschnitt mindestens ein Ende in ebener Ausrichtung mit einem Ende des anderen Abschnitts aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte im Bereich der ausgerichteten Enden über ihre gesamten Querschnitte hinweg verdichtet sind und das Membranmaterial und das Trägermaterial im Bereich der ausgerichteten Enden verschweißt sind.

2. Eine Packung nach Anspruch 1, wobei diese ein Verstärkungsmaterial (18) umfaßt, das mit dem Trägermaterial (14) verschweißt ist.

3. Eine Packung nach Anspruch 2, bei der das Verstärkungs material (18) mit dem Trägermaterial (14) des Blattes im Bereich des ausgerichteten Endes verschweißt ist.

4. Eine Packung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eine Zuführungskanal-Zwischenlage (17) umfaßt, die zwischen den ersten und zweiten Blattabschnitten (10-X, 10-Y) sandwichartig eingelagert ist.

5. Eine Packung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Membranmaterial (12) eine Glastemperatur hat, die höher als die Glastemperatur des Trägermaterials (14) ist.

6. Ein spiralförmiges Filterbauteil bzw. -modul zum Trennen eines Fluids in einen Filtratteil und einen Permeatteil, wobei das Modul ein Permeatträgerrohr (20) mit einer Mehrzahl Öffnungen (26) in der Rohrwand zum Aufnehmen des Permeatteils; mindestens eine spiralförmig um das Rohr gewickelte Blattpackung (16), wobei die Packung entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist; und Permeatträgermittel (24), die spiralförmig um das Rohr zwischen jeder der Blattpackungen gewickelt und mit jedem benachbarten Ultrafiltrationsblatt entlang der Seiten und über die Breite der Trägermittel verbunden sind, umfaßt.

7. Ein Verfahren zur Herstellung einer bei der Bildung eines spiralförmigen Filterbauteils bzw. -moduls nutzbaren Blattpackung, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Membranblattes (10) umfaßt, das aus einem Membranmaterial (12) gebildet ist, das integral mit einem Trägermaterial (14) verbunden und angeordnet ist, um erste und zweite Blattabschnitte (10-X, 10-Y) zu bilden, die im wesentlichen parallel zueinander positioniert sind, und zwar mit ihren Membranoberflächen nebeneinanderliegend; wobei jeder Abschnitt mindestens ein Ende in ebener Ausrichtung mit einem Ende des anderen Abschnitts aufweist; gekennzeichnet durch das Verdichten der Abschnitte über ihre gesamten Querschnitte hinweg im Bereich der -ausgerichteten Enden derart, daß ihre Oberfläche undurchlissig gemacht wird; das Verschweißen des Trägermaterials und des Membranmaterials im Bereich der ausgerichteten Enden durch das Aufbringen von ausreichender Wärme und Druck, um das Blatt mindestens auf die Glastemperatur des Membranmaterials anzuheben; und das Verbinden der Abschnitte miteinander, um die Blattpackung bereitzustellen.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Verschweißen das Aufbringen von Wärme und Druck auf die Membranseite des Blattes umfaßt.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der Schritt des Verschweißens das Verschweißen eines Verstärkungsmaterials (18) mit dem Trägermaterial (14) umfaßt.

10. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Blatt eine Ultrafiltrationsmembran (12) und einen Membranträger (14) umfaßt.

11. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Schritte der Verdichtung und des Verschweißens gleichzeitig erfolgen.