DE69425672T2 - Verbundkonstruktion und methode zu deren bildung - Google Patents

Verbundkonstruktion und methode zu deren bildung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Verbundstruktur. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines porösen Mediums und eines Träger- und Drainagemediums mit der Oberfläche eines Substrats.
  • Poröse Medien werden für vielfältige Zwecke mit der Oberfläche eines Substrats verbunden. Bei vielen Anwendungen wie etwa der Bildung einer nachgiebigen oder schalldämpfenden Oberfläche sind weder die Art des Materials, anhand welchem die Bindung bewirkt wird, noch die Tiefe, in welcher die Bindung die poröse Oberfläche durchdringt, kritisch.
  • Bei einem weitgefächerten Bereich anderer Anwendungen wie etwa der Reinigung von pharmazeutischen Fluiden oder dem Abtrennen von Bakterien aus Lebensmitteln, z. B. Milch und Bier, werden Verbundanordnungen, welche auf einem festen Substrat befestigte, feinporige Filtermedien umfassen, verwendet. Eine sichere Bindung des porösen Mediums an ein festes Substrat ist insbesondere dann erforderlich, wenn das poröse Medium während des Betriebs sehr hohen Scherkräften, welche eine trägerlose Membran zerreißen würden, ausgesetzt ist.
  • Bei Filtrationsanwendungen ist typischerweise erforderlich, daß das poröse Medium so mit dem Substrat verbunden ist, daß für das durch die Membran durchtretende Fluid Durchlässe vorgesehen sind, durch welche es nach dem Ausströmen aus der Membran fließen kann. Typischerweise sind diese Durchlässe Nuten, wel che in eine ebene Oberfläche geschnitten oder gegossen sind, wobei die Nuten so konfiguriert sind, daß sie für die Drainage zu einer mittigen Auslaßöffnung hin zusammenlaufen, welche der Benutzer mit einem Auffangbehälter für das Filtrat verbindet.
  • Das poröse Medium kann mit dem Substrat durch Aufbringen einer Schicht eines viskosen Klebemittels auf das Substrat und nachfolgendem Inkontaktbringen des porösen Mediums mit der Klebeschicht verbunden werden. Die Verwendung einer dritten Komponente, d. h. dem Klebemittel, welche in das Filtrat auswaschen könnte, ist für viele der zuvor beschriebenen Anwendungen sehr ungünstig. Außerdem kann das Klebemittel oft eine wesentliche Anzahl der Poren verstopfen und die Permeabilität oder Durchlässigkeit des Mediums verändern.
  • Verbundanordnungen können auch durch gleichzeitiges Formen und integrales Befestigen eines porösen Mediums an der Oberfläche eines Substrats hergestellt werden. Dieses Verfahren unterliegt jedoch durch die Notwendigkeit, das poröse Medium aus einer flüssigen Suspension auszufällen und in einem einzigen Schritt mit dem Substrat zu verbinden, starken Einschränkungen. Manche porösen Medien, welche wirkungsvoll bei Filteranwendungen verwendet werden können, werden nicht aus flüssigen Suspensionen gebildet. Beispielsweise wird Polytetrafluoroethylen (z. B. Teflon® TFE) typischerweise als ein Pulver hergestellt, welches dann extrudiert wird, um eine Folie zu bilden, und diese Folie wird biaxial gereckt, um eine poröse Membran zu bilden.
  • Wie in dem an Merrill erteilten U.S.-Patent Nr. 4,501,663 offenbart, kann eine Filtermembran auch durch ein Verfahren an einem Substrat befestigt werden, bei welchem ein Lösemittel angewendet wird, gegenüber welchem die Membran inert ist, doch welches das Substrat auflöst. Die Filtermembran wird mit dem Lösemittel gesättigt und dann mit dem Substrat in Kontakt gebracht. Durch den Kontakt der gesättigten Membran mit dem Substrat wird ein Teil des Substrats aufgelöst, welcher dann integral an der Membran befestigt ist, wenn das Lösemittel entfernt worden ist. Dieses Verfahren weist insofern einen schweren Mangel auf, als es sehr schwierig sein kann, eine gleichmäßige Verteilung des Lösemittels über der gesamten Filtermembran während des Zeitpunkts, an welchem diese auf das Substrat aufgebracht wird, beizubehalten. Bei dem einfachen Eintauchen oder jedem anderen die Handhabung der nassen Membran umfassenden Verfahren verbleibt unweigerlich mehr Lösemittel in manchen Bereichen der Membran als in anderen. Infolgedessen kann sich in manchen Kontaktbereichen eine übermäßig dicke Bindung bilden, während in anderen Bereichen die Bindung zwischen der Membran und dem Substrat vielleicht nicht adäquat ist.
  • Bei vielen, wenn nicht sogar bei den meisten Anwendungen, ist es wichtig, daß die Membran exakt an einer bestimmten Stelle auf dem Substrat angeordnet wird. Dies ist schwer zu bewerkstelligen, da die zuvor angefeuchtete Membran im allgemeinen schlapp ist, d. h. keine Steifheit aufweist, und dieses Problem wird durch das rasche Verdampfen des Lösemittels, so daß innerhalb weniger Sekunden ein bedeutender Verlust an Lösemittel auftreten kann, noch erschwert.
  • Ferner wird bei dem zuvor beschriebenen Verfahren das Lösemittel typischerweise während des Auflösens und des Bindungsprozesses verdampfen gelassen. Der Raum innerhalb von Nuten, welche in dem Substrat ausgebildet sein können, wird rasch mit dem Dampf eines kleinen Bruchteils des Lösemittels gesättigt und somit findet der Großteil des Verdampfens an der freiliegenden Oberfläche der Filtermembran statt. Wenn Lösemittel von der freiliegenden Oberfläche verdampft, wandert Lösemittel aus dem übrigen Bereich der Filtermembran aufgrund von Kapillarwirkung durch die Membran zu der freiliegenden Oberfläche. Daher verdampft auch das Lösemittel, welches sich ursprünglich in Kontakt mit dem Substrat befand und welches aufgelöstes Substrat in Lösung enthält, von der freiliegenden Membranoberfläche. Dabei kann aufgelöstes Substrat an der freiliegenden Oberfläche der Filtermembran abgelagert werden. Dies ist in hohem Maß unerwünscht, da durch das abgelagerte Substrat die Poren der Mem bran wenigstens teilweise verstopft werden können, wodurch örtlich die Porengröße verändert und die Permeabilität der Membran verringert wird.
  • Noch ein weiteres Problem besteht bei bestimmten, einen Träger umfassenden Membranen oder porösen Medien. Beispielsweise neigen die Nuten oder Kanäle mancher trägerfixierten Medien dazu, verhältnismäßig breit zu sein. In solchen Fällen sind die Bereiche des porösen Mediums, welche über den Kanälen des Substrats liegen, nicht gestützt. Während verhältnismäßig dicke poröse Medien in diesen ungestützten Bereichen nicht wesentlich beeinträchtigt sind, kann es bei der Verwendung von dünneren Medien oder Membranen dazu kommen, daß durch große Druckdifferenzen über dem porösen Medium das Medium in den Bereichen der Kanäle gebogen und/oder verformt wird. In jenen Fällen, in welchen die Druckdifferenzen über dem porösen Medium sehr hoch sind und die Zugfestigkeit der porösen Membran gering ist, kann es sein, daß die ungestützten Bereiche des Mediums keine ausreichende Beständigkeit gegen Druckpulse aufweisen, um seine strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten, und das poröse Medium durchbrochen werden kann. Zwar kann in manchen Fällen ein dickeres poröses Medium mit einer höheren Zugfestigkeit verwendet werden, doch mag für viele Medien eine solche Option nicht existieren. Ferner kann, wenn dickere, stärkere Medien zur Verfügung stehen, das Druckgefälle über dem dickeren porösen Medium für die beabsichtigte Anwendung zu hoch sein. Eine andere Möglichkeit ist das Verringern der Breite und Erhöhen der Anzahl der Nuten in der Oberfläche des Substrats, wobei versucht wird, dasselbe Volumen in den Nuten zu erhalten. Jedoch unterliegen die verwendbare Anzahl und Tiefe der Nuten physikalischen Beschränkungen.
  • Wie in dem Lien erteilten U.S.-Patent Nr. 4,802,982 offenbart, kann ein Filtrationssystem eine semipermeable Membranlage, welche von einer mechanisch verstärkenden oder gegen das Einsacken wirkenden Schicht getragen wird, und eine dritte Schicht, welche einen Rücklaufweg für das Permeat bietet, aufweisen. Wie in der auf Tang zurückgehenden europäischen Patentanmeldung 0 304 207 offenbart, werden aus Filtermedienlaminaten gebildete röhrenförmige Filterelemente hergestellt, indem ein Laminat auf sich selbst gefaltet wird oder indem zwei Laminate gestapelt werden, wobei ihre abstromseitigen Deckschichten zueinander benachbart liegen und die freie(n) Kante(n) mittels einer für Fluid undurchlässigen, in Längsrichtung verlaufenden Siegelung miteinander verbunden wird/werden. Diese Siegelung kann durch Klebeverbinden, Heißsiegeln, mechanisches Verbinden, thermomechanisches Verbinden oder Ultraschallschweißen gebildet werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Überwinden der zuvor beschriebenen Nachteile. Dies wird durch eine Verbundstruktur und ein Verfahren zum Bilden einer Verbundstruktur erreicht. Die Verbundstruktur umfaßt ein poröses Filtermedium, ein Substrat sowie ein zwischen dem porösen Filtermedium und dem Substrat sandwichartig angeordnetes Träger- und Drainagemedium. Das poröse Filtermedium, das Substrat und das Träger- und Drainagemedium werden unter Verwendung eines Lösemittels miteinander verbunden.
  • Unter einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine die Merkmale von Anspruch 1 umfassende Verbundstruktur bereitgestellt.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung stellen einen beträchtlichen Fortschritt des Stands der Technik dar. Wie zuvor angeführt, werden herkömmliche Elemente mittels Verfahren hergestellt, welche entweder das Befestigen eines vorgeformten, porösen Filtermediums an einem Substrat nicht erlauben können oder welche beim Befestigen des porösen Filtermediums an dem Substrat die Porosität oder Permeabilität des Mediums wesentlich verändern können.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch eine gleichmäßig verbundene Struktur und ein Verfahren zum Herstellen einer Verbund struktur zur Verfügung, welche nur die Filtermembran, das Träger- und Drainagemedium und das Substrat umfaßt, wodurch die Verwendung einer Klebemittelkomponente, welche während des Betriebs in das Filtrat auswaschen könnte, vermieden wird. Ferner bietet diese Erfindung ein Verfahren der integralen Befestigung eines vorgeformten, porösen Filtermediums wie etwa einer Polytetrafluoroethylenmembran an einem Träger- und Drainagemedium und von letzterem wiederum an einem Substrat. Zusätzlich bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum integralen Befestigen eines porösen Filtermediums an einem Träger- und Drainagemedium und des letzteren an einem Substrat auf eine Weise, bei welcher die Porenstruktur nicht verändert oder die Permeabilität des Mediums nicht wesentlich verringert wird. Die Erfindung ermöglicht auch das Verbinden einer Filtermembran mit einem Träger- und Drainagemedium und einem Substrat, wobei der Durchfluß in Richtung zum Rand durch die unmittelbar an die Bindungen angrenzenden Bereiche der Membran nur minimal behindert wird. Daher ist die Bindung zwischen benachbarten Schichten gleichförmig und das poröse Medium ist bezüglich des Substrats exakt angeordnet. Außerdem wird das Verstopfen oder Verblocken der Poren des porösen Filtermediums minimiert und tritt in deutlich geringerem Maß auf als bei herkömmlichen Elementen. Desweiteren zeigen die Verbundstrukturen der vorliegenden Erfindung einen deutlich verbesserten Durchfluß von Fluiden in Richtung zum Rand durch die Medien und eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegen Verformen oder Einreißen, wenn sie großen entweder kontinuierlich oder stoßweise auftretenden Druckgefällen in jeder Richtung über dem porösen Filtermedium ausgesetzt sind. Infolgedessen können die erfindungsgemäßen Verbundstrukturen bei Anwendungen mit hohen Scherkräften wie etwa der dynamischen Filtration und der Crossflow-Filtration verwendet werden.
  • Unter einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein die Merkmale von Anspruch 16 umfassendes Verfahren zum Bilden einer Verbundstruktur zur Verfügung gestellt.
  • Vorzugsweise sind das poröse Filtermedium, die Substratoberfläche und das Träger- und Drainagemedium trocken, wenn sie miteinander in Kontakt gebracht werden.
  • Vorzugsweise wird die Bindemittelzusammensetzung in einer Richtung abgezogen, welche der Richtung, in welcher sie zugeführt wurde, entgegengesetzt ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform umfaßt das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung aus der Komponentenanordnung vorzugsweise mittels eines Vakuums.
  • Bei den Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die Bindemittelzusammensetzung vorzugsweise zwei chemische Spezies mit kontrollierten relativen Dampfdrücken. Die Verfahren umfassen im allgemeinen das Imprägnieren der porösen und Träger- und Drainagemedien mit einer Bindemittelzusammensetzung, welche eine erste chemische Spezies, die ein Lösemittel für das Substrat ist, und eine zweite chemische Spezies, welche kein Lösemittel für das Substrat (Nichtlösemittel-Spezies) ist, umfaßt. Vorzugsweise ist weder die erste chemische Spezies noch die zweite chemische Spezies ein Lösemittel für das poröse oder das Trägermedium. Die chemischen Spezies sind vorzugsweise so ausgewählt, daß bei dem Entfernen der Bindemittelzusammensetzung durch ein Vakuum die erste chemische Spezies schneller verdampft als die zweite chemische Spezies.
  • Diese zuvor beschriebenen und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung deutlich.
  • Fig. 1 ist eine Schrägansicht eines Schnitts eines erfindungsgemäßen Substrats, welcher senkrecht zu den Nuten in der Substratoberfläche verläuft.
  • Fig. 2 ist eine Schrägansicht eines Schnitts einer erfindungsgemäßen Verbundstruktur einschließlich des Schnitts des Substrats von Fig. 1.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine poröse, einen Träger umfassende Verbundstruktur und ein Verfahren zum Verbinden eines porösen Filtermediums und eines Träger- und Drainagemediums mit einem Substrat zum Bilden einer solchen einen Träger umfassenden Verbundstruktur zur Verfügung. Vorzugsweise umfassen sowohl das poröse Filtermedium als auch das Träger- und Drainagemedium nur eine einzige Lage, obwohl jedes Medium zwei oder mehr Lagen umfassen kann. Im einzelnen zielt die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum integralen Verbinden eines porösen Filtermediums mit einer Oberfläche eines Träger- und Drainagemediums und der entgegengesetzten Oberfläche des Träger- und Drainagemediums mit einer Oberfläche eines Substrats, und auf eine dadurch hergestellte, einen Träger umfassende Verbundstruktur. Vorzugsweise ist die Bindung zwischen dem porösen Filtermedium, dem Träger- und Drainagemedium und dem Substrat frei von Klebemitteln, welche von dem wiederverfestigten Substrat verschieden sind.
  • Das Substrat kann jedes Element sein, welches eine ausreichende strukturelle Integrität zum Tragen des porösen Filtermediums und des Träger- und Drainagemediums aufweist und mit diesem durch das erfindungsgemäße Verfahren verbunden werden kann. Das Substrat, welches dem Träger- und Drainagemedium und dem porösen Filtermedium Halt bietet und die Konfiguration dieser Elemente definiert, kann flexibel, halbflexibel oder steif sein. Ferner umfaßt das Substrat ein Material, welches sich in der Bindemittelzusammensetzung etwas auflöst und von dieser solvatisiert wird (d. h. diese absorbiert und/oder von dieser erweicht wird). Beispielsweise umfaßt das Substrat vorzugsweise ein polymeres Material wie etwa ein Polyethersulfon, ein Polysulfon oder ein Polyamid.
  • Das Substrat kann eine massive Struktur sein. Wenn der Zweck der Verbundstruktur darin liegt, als Filterelement zu dienen, kann das Substrat einen Mechanismus oder Weg für die Drainage von Fluid von der Substratoberfläche fort umfassen. Der Drainagemechanismus kann einen oder vorzugsweise eine Mehrzahl von Kanälen, Durchlässen oder untereinander verbundenen Poren in der Substratoberfläche umfassen. Bei der erläuterten Ausführungsform umfaßt das Drainagemedium wenigstens eine Nut und vorzugsweise eine Mehrzahl an untereinander verbundenen Nuten in der Substratoberfläche. Typischerweise stehen bei der Verwendung in einem Filterelement die Nuten in Fließverbindung mit einer Filtratauslaßöffnung, welche mit einem Auffangbehälter für durch das poröse Medium tretendes Filtrat verbunden ist. Die Filtratauslaßöffnung kann bei einem bevorzugten Verfahren der Bildung der Verbundstruktur auch dazu verwendet werden, Bindemittelzusammensetzung der zusammengefügten Anordnung aus Substrat und Medien zuzuführen.
  • Vorzugsweise weist das Substrat wenigstens eine ebene Oberfläche auf, in welcher die Nut(en) ausgebildet ist/sind. Die Nuten können von den Kanten oder dem Rand des Substrats beabstandet angeordnet sein, wobei Flachbereiche auf der ebenen Oberfläche zwischen den Nuten und den Kanten oder dem Rand definiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat als Blatt oder Platte mit entgegengesetzten ebenen Oberflächen ausgebildet. Die Nut(en) oder der/die ausgesparte(n) Bereich(e) können in einer der ebenen Oberflächen oder vorzugsweise in beiden ausgebildet sein, wobei jede mit Nuten versehene Oberfläche mit einer Oberfläche eines Träger- und Drainagemediums und einem porösen Filtermedium verbunden ist, welches mit der entgegengesetzten Oberfläche des Träger- oder Drainagemediums verbunden ist.
  • Das poröse Filtermedium ist vorzugsweise aus einem Polymerharz gebildet, kann aber jedes Material mit der Fähigkeit, eine poröse Struktur zu bilden, umfassen. Die Substanz(en), aus welcher/welchen das poröse Filtermedium sowie das Träger- und Drainagemedium gebildet sind, sind in ausreichendem Maß von dem Substratmaterial in einer bestimmten Verbundstruktur chemisch verschieden, um keine signifikante Löslichkeit in der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittelzusammensetzung aufzuweisen. Daher wird vorzugsweise nicht dieselbe Substanz zum Bilden eines Substrats und eines Träger- und Drainagemediums und/oder eines porösen Mediums in derselben einen Träger umfassenden Verbundstruktur verwendet.
  • Das poröse Filtermedium kann ein jedes einer Anzahl von Materialien umfassen, einschließlich faserhaltigen Materialien, welche in vielfältiger Weise einschließlich Schmelzblasen, Langsiebablagerung oder einem Blasverfahren, hergestellt sind. Das poröse Filtermedium kann auch poröse Membranmedien umfassen, welche auf vielfältige Weise hergestellt werden, einschließlich (i) Einführen einer Lösung eines Harzes in einem relativ guten Lösemittel in eine Lösung, welche ein relativ schlechtes Lösemittel für das Harz ist, z. B. wie in U.S.-Patent Nr. 4,340,479 beschrieben, (ii) Herstellen einer Lösung eines Harzes in einer Mischung von zwei Lösemitteln, wobei das eine ein besseres Lösemittel mit einem verhältnismäßig höheren Dampfdruck im Vergleich zu dem zweiten Lösemittel ist und Verdampfenlassen der Lösemittel, wodurch ein poröser Film gebildet wird, oder (iii), wie im Fall von Teflonmembranen, Ausfällen einer Suspension von in feiner Teilchenform vorliegendem PTFE, welches dann unter Erwärmen komprimiert wird, um eine Folie oder eine Lage zu bilden, in welcher die Partikel miteinander verbunden sind, gefolgt von Recken der Folie, um die Membran zu bilden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das poröse Filtermedium ein mikroporöses Filtermedium wie etwa eine mikroporöse Fasermatrix oder eine mikroporöse Membran umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders beim Befestigen eines mikroporösen Filtermediums an einem Substrat nützlich.
  • Beispielhafte poröse Medien können Fluorpolymere, Polyamide, Polyethersulfone, Acrylpolymere, Polyester oder Celluloseester umfassen. Vorzugsweise umfaßt das poröse Medium Poly(vinylidendifluorid), Polytetrafluoroethylen oder ein Nylon, etwa Nylon-46, Nylon-6, Nylon-66 oder Nylon-610. Zum Beispiel können mikroporöse Filtermedien unter Verwendung von Polyamiden gemäß dem Verfahren von U.S.-Patent Nr. 4,340,479, unter Verwendung von Poly(vinylidendifluorid) gemäß dem Verfahren der U.S.- Patente Nr. 4,341,615 und 4,774,132, unter Verwendung von Polytetrafluoroethylen gemäß dem Verfahren der U.S.-Patente Nr. 3,953,566 und 4,096,227, oder unter Verwendung eines Polyethersulfons gemäß dem Verfahren von U.S.-Patent Nr. 5,480,554 hergestellt werden.
  • Die porösen Filtermedien der vorliegenden Erfindung sind nicht auf besondere Porengrößen beschränkt, sondern von den jeweils zu filternden Materialien abhängig. Jedoch weisen die porösen Filtermedien vorzugsweise Porengrößen im Bereich von ungefähr 10 Nanometern bis ungefähr 10 um oder mehr, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,04 um bis ungefähr 5 um, auf.
  • Das bzw. die Träger- und Drainagemedium oder -schicht ist vorzugsweise aus einem sehr offenen Material gebildet, wodurch Fluid lateral fließen kann und das Fluid gleichmäßig über die abstromseitige Oberfläche des porösen Filtermediums verteilt wird. Daher weist die Träger- und Drainageschicht vorzugsweise einen sehr geringen Strömungswiderstand entlang dem Rand auf. Das Träger- und Drainagemedium ergänzt und bietet in einem gewissen Maß ähnliche Funktionen wie einige des Substrats. So bietet die Träger- und Drainageschicht die Fähigkeit, Flüssigkeit von der abstromseitigen Oberfläche des porösen Filtermediums fort zu den Drainagewegen des Substrats zu leiten. Außerdem verleiht die Träger- und Drainageschicht dem porösen Filtermedium zusätzliche strukturelle Integrität oder Festigkeit. Zwar bietet das Substrat dem porösen Filtermedium den größten Teil der Abstützung, doch bietet in den Bereichen, in welchen das poröse Filtermedium nicht von dem Substrat gestützt wird, z. B. aufgrund von Aussparungen in dem unter dem porösen Filtermedium liegenden Substrat, das Träger- und Drainagemedium Abstützung, was die Beständigkeit des porösen Filtermediums gegen Deformierung in die ausgesparten Bereiche des Substrats hinein erhöht. Eine solche Abstützung durch das Träger- und Drainagemedium verhindert effektiv ein ungünstiges Verformen und/oder Durchbrechen des porösen Filtermediums unter dauernd herrschenden Bedingungen hohen Drucks oder kurzzeitigen Druckpulsen, bei welchen durch das Druckgefälle über dem Medium eine beträchtliche Kraft auf die Medien ausgeübt wird. Vorzugsweise bewirkt das Träger- und Drainagemedium eine Abstützung und Beständigkeit gegen übermäßiges Verformen und/oder Durchbrechen des porösen Filtermediums bei Druckgefällen in der Vorwärts-Filtrationsfließrichtung über der Membran von mindestens ungefähr 172 kPa (25 psid), noch bevorzugter mindestens ungefähr 517 kPa (75 psid), und am meisten bevorzugt mehr als ungefähr 689 kPa (100 psid).
  • Das Träger- und Drainagemedium sollte, wie das poröse Filtermedium, im wesentlichen in dem Lösemittelsystem, welches als die Bindemittelzusammensetzung zum Verbinden des Substrats mit dem Träger- und Drainagemedium sowie mit dem porösen Filtermedium verwendet wird, unlöslich sein. Das Träger- und Drainagemedium sollte außerdem durch den Kontakt mit der Bindemittelzusammensetzung oder einem flüssigen Medium, mit welchem es während des Betriebs in Kontakt kommen kann, nicht in irgendeiner Weise ungünstig beeinflußt werden.
  • Jedes geeignete gewebte oder nonwoven-Material mit einer verhältnismäßig groben Porosität und einem relativ geringen Strömungswiderstand in Richtung zum Rand im Vergleich zu dem porösen Filtermedium kann für das Träger- und Drainagemedium verwendet werden, wobei nonwoven-Materialien im allgemeinen bevorzugt werden. Typischerweise weisen solche Träger- und Drainagemedien Luftdurchlässigkeiten von ungefähr 1,98 m³/min (70 scfm (Standardkubikfuß pro Minute)) bis ungefähr 42,5 m³/min (1500 scfm) bei 1,27 cm (1/2 Inch) Wasser auf.
  • Vorzugsweise sollte das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Träger- und Drainagemedium eine Zugfestigkeit von wenigstens ungefähr 5 lb/in² (5,2 kg/cm²) und eine Dicke von ungefähr 25 um bis ungefähr 0,51 mm (ungefähr 1 bis ungefähr 20 Mil), noch bevorzugter ungefähr 76 um bis ungefähr 254 um (ungefähr 3 bis ungefähr 10 Mil) aufweisen. Die Luftdurchlässigkeit des Träger- und Drainagemediums beträgt vorzugsweise wenigstens 0,213 m³/min/dm² (ungefähr 70 scfm/ft²) Luftstrom bei 1,27 (1/2 Inch) Wasser, noch bevorzugter ungefähr 0,305 bis 0,914 m³/min/dm² (ungefähr 100 bis 300 scfm/ft²). Naturfasern oder polymere Materialien können zum Bilden des Träger- und Drainagemediums verwendet werden, wobei bestimmte polymere Materialien bevorzugt werden. Vorzugsweise wird das Träger- und Drainagemedium aus einem Polyolefin wie etwa Polypropylen oder einem Polyester wie etwa Polyethylenterephthalat gebildet. Jedoch können auch Polyamide, Aramide und Glasfasern verwendet werden.
  • Bevorzugte Träger- und Drainagemedien aus nonwoven-Material umfassen ein von Hirose® als 05TH15 erhältliches Polyethylenterephthalat-Polyester-Vlies, ein von Hirose® als HOP3OH erhältliches Polypropylenylies und von Midwest Filtration Company als Unipro erhältliche Medien aus Polypropylen-Spinnfaservlies.
  • Gewebte Träger- und Drainagemedien werden weniger bevorzugt als Medien aus nonwoven-Material, weil sie typischerweise dicker sind und eine weniger gleichmäßige Oberfläche und einen hohen Strömungswiderstand in Richtung zum Rand aufweisen. Jedoch wiesen gewebte Träger- und Drainagemedien typischerweise eine höhere Festigkeit als Medien aus nonwoven-Material auf, daher können sie für Substrate mit breiten Nuten oder in Hochdruckumgebungen bevorzugt werden. Ein bevorzugtes gewebtes Material ist ein von Tetko® als Mesh no. 7-105/52 erhältliches Polyestersiebmaterial.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der Bereich des Substrats 10 zwischen benachbarten Nuten 12 im folgenden als Rippe oder Grat 11 bezeichnet. Die Nuten 12 können jede geeignete Konfiguration aufweisen, etwa eine halbkreisförmige Konfiguration, eine V- förmige Konfiguration oder die in Fig. 1 gezeigte, im wesentlichen U-förmige Konfiguration. Gleichermaßen können die Rippen 11 vielfältige Konfigurationen aufweisen, wie etwa den Scheitelpunkt des Winkels zwischen eng beabstandeten, V-förmigen Nuten, oder bevorzugterweise eine flache, ebene Oberfläche zwischen etwas weiter voneinander beabstandeten Nuten. Die Rippen 11 bilden einen Großteil der Substratoberfläche, an welcher das Träger- und Drainagemedium 13 und das poröse Filtermedium 15 befestigt sind.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, sind das poröse Filtermedium 15, das Träger- und Drainagemedium 13 und das Substrat miteinander verbunden, vorzugsweise durch gelöstes Substrat, welches von jeglichem Klebemittel frei ist. Das Träger- und Drainagemedium 13 ist durch Bilden einer Bindung zwischen den Rippen 11 und dem Träger- und Drainagemedium 13 integral an der Substratoberfläche 14 befestigt. Bei der erfindungsgemäßen Verbundstruktur ist das poröse Filtermedium 15 ebenfalls durch eine zwischen den Oberflächenbereichen 16 der beiden Medien gebildeten Bindung integral mit dem Träger- und Drainagemedium 13 verbunden. Typischerweise erstreckt sich das gelöste Substratmaterial, welches das Substrat 10 mit dem Träger- und Drainagemedium 13 und das Träger- und Drainagemedium 13 mit dem porösen Filtermedium 15 verbindet, über die Dicke des Träger- und Drainagemediums 13 von einer gebundenen Oberfläche zu der anderen gebundenen Oberfläche. Daher beträgt die Dicke des Träger- und Drainagemediums 13 vorzugsweise weniger als ungefähr 20 Mil (0,51 mm), um eine wirksame Bindung zu ermöglichen. Die Tiefe des Eindringens der Bindung 16 in das poröse Filtermedium 15 kann vorzugsweise ein sehr kleiner Bruchteil der Dicke des porösen Filtermediums 15 sein, da dies das effektive Funktionieren des Bereichs des porösen Mediums 15 über den Rippen 11 ohne Verstopfen erlaubt, indem Durchfluß in Richtung zum Rand ermöglicht wird. Dies ist jedoch bei der erfindungsgemäßen Verbundstruktur ein weit geringeres Problem als bei herkömmlichen Elementen, welchen das Träger- und Drainagemedium dieser Erfindung fehlt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Verbinden eines porösen Filtermediums und eines Träger- und Drainagemediums mit einem Substrat, umfassend beispielsweise das Inkontaktbringen eines porösen Filtermediums mit einer Oberfläche eines Träger- und Drainagemediums und das Inkontaktbringen der entgegengesetzten Oberfläche des Träger- und Drainagemediums mit einer Oberfläche eines Substrats, so daß das Träger- und Drainagemedium sandwichartig zwischen dem porösen Filtermedium und dem Substrat angeordnet ist. Dies wird vorzugsweise durchgeführt, wenn beide Medien und die Substratoberfläche trocken sind. Das Träger- und Drainagemedium und wenigstens ein Teil des porösen Filtermediums werden dann mit einer Bindemittelzusammensetzung imprägniert, welche die Substratoberfläche wenigstens geringfügig auflöst, ohne das poröse Filtermedium oder das Träger- und Drainagemedium aufzulösen.
  • Anfänglich sind die Komponenten der Verbundstruktur (z. B. das Substrat, das Träger- und Drainagemedium und das poröse Filtermedium) so angeordnet, daß sich das Träger- und Drainagemedium sandwichartig zwischen dem porösen Filtermedium und dem Substrat befindet. Bei Verbundstrukturen, bei welchen das Substrat auf entgegengesetzten Oberflächen Wege oder Nuten für Fluid aufweist, ist das Substrat sandwichartig zwischen zwei Träger- und Drainagemedien angeordnet, und das erste Träger- und Drainagemedium, das Substrat und das zweite Träger- und Drainagemedium sind ihrerseits zwischen zwei porösen Filtermedien sandwichartig angeordnet. Jede Oberfläche des Substrats befindet sich dann mit einer Oberfläche eines Träger- und Drainagemediums in Kontakt, während sich die entgegengesetzte Oberfläche des Träger- und Drainagemediums mit einer Oberfläche eines porösen Filtermediums in Kontakt befindet.
  • Die Komponenten der Verbundstruktur werden zwischen Klemmplatten aus einem steifen, für Flüssigkeiten undurchlässigen Material wie etwa Aluminium gelegt. In vielen Fällen ist es wünschenswert, ein poröses Kissen zwischen die Klemmplatte und das poröse Filtermedium in Kontakt mit der äußeren Oberfläche des porösen Filtermediums zu plazieren. Das Material, aus welchem das poröse Kissen gebildet ist, weist Eigenschaften auf, einschließlich der Nichtlöslichkeit in Bindemittelzusammensetzungen, welche denen des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Träger- und Drainagemediums gleichen. Jedoch ist die Dicke des Kissens vorzugsweise viel größer als diejenige des bei der jeweiligen Anwendung verwendeten Träger- und Drainagemediums, so daß das poröse Kissen ein größeres Volumen der Bindemittelzusammensetzung enthalten kann. Beispielsweise kann das poröse Kissen das Ein- bis Dreißigfache des Volumens der Bindemittelzusammensetzung im Vergleich zu dem porösen Filtermedium und dem Träger- und Drainagemedium enthalten. Materialien, welche zur Verwendung als ein poröses Kissen geeignet sind, umfassen dieselben Materialien, welche für Träger- und Drainagemedien verwendet werden. Zusätzlich kann ein grobmaschiges Siebmaterial zwischen der Klemmplatte und dem porösen Kissen angeordnet werden. Die Vorrichtung sowie viele der Verfahren, welche zur Bildung der erfindungsgemäßen Verbundstruktur verwendet werden, sind analog zu denen, die in der gemeinsam gehaltenen, ebenfalls noch anhängigen internationalen Anmeldung Nr. PCT/US94/03104, Datum der Anmeldung 23. März 1994, Prioritätsdatum 24. März 1993, Datum der internationalen Veröffentlichung 29. September 1994, beschrieben sind.
  • Wenn das grobmaschige Siebmaterial, das oder die porösen Kissen und die Komponenten der Verbundstruktur zwischen die Klemmplatten gelegt worden sind, werden die Klemmplatten aktiviert, um die gesamte Anordnung zu komprimieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Druck ausgeübt, um das grobmaschige Siebmaterial, das poröse Kissen, das poröse Filtermedium, das Träger- und Drainagemedium und das Substrat zusammenzuzwingen, wobei die Anordnung komprimiert wird und sichergestellt wird, daß sich das poröse Filtermedium, das Träger- und Drainagemedium und das Substrat in engem Kontakt miteinander befinden. Der durch die Klemmplatten ausgeübte Druck variiert je nach der Art des Substrats und der Medien, welche verwendet werden. Der Druck liegt im Bereich von bloßem Kontakt bis ungefähr 689 kPa (ungefähr 100 psi). Vorzugsweise beträgt der Druck ungefähr 13,8 bis ungefähr 172 kPa (ungefähr 2 bis ungefähr 25 psi), und am meisten bevorzugt beträgt er ungefähr 34,5 bis ungefähr 48,3 kPa (ungefähr 5 bis ungefähr 7 psi).
  • Wenn die Anordnung zusammengeklemmt ist, wird eine Bindemittelzusammensetzung in die zusammengeklemmte Anordnung eingeführt, um das poröse Filtermedium, das Träger- und Drainagemedium und das Substrat miteinander zu verbinden. Die Bindemittelzusammensetzung umfaßt vorzugsweise eine Mischung von wenigstens zwei chemischen Spezies, wobei die erste chemische Spezies ein gutes Lösemittel für ein Substrat und die zweite chemische Spezies ein Nichtlösemittel für das Substrat ist. Vorzugsweise ist weder die Lösemittel-Spezies noch die Nichtlösemittel-Spezies ein Lösemittel für das Träger- und Drainagemedium oder das poröse Filtermedium. Die Ausgangsbeschaffenheit der Bindemittelzusammensetzung kann zwischen 100 Gew.-% Lösemittelspezies und 0 Gew.-% Nichtlösemittel-Spezies bis ungefähr 10 Gew.-% Lösemittel-Spezies und 90 Gew.-% Nichtlösemittel-Spezies variieren. Noch bevorzugter liegt die Ausgangszusammensetzung im Bereich von ungefähr 70% Lösemittel-Spezies und 30% Nichtlösemittel- Spezies bis ungefähr 30% Lösemittel-Spezies und ungefähr 70% Nichtlösemittel-Spezies.
  • Beispielhafte chemische Spezies, welche als Lösemittel-Spezies verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie etwa Methylenchlorid oder Chloroform. Vorzugsweise umfaßt die Lösemittel-Spezies Methylenchlorid. Beispielhafte chemische Spezies, welche als die Nichtlösemittel-Spezies verwendet werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Alkohole und Kohlenwasserstoffe. Vorzugsweise ist die Nichtlösemittel-Spezies Methanol, Cyclopentan, Polymethylpentan. Beispielhafte Bindemittelzusammensetzungen zum Verbinden eines porösen Mediums aus Polyamid, Poly(vinylidenfluorid) oder Polytetrafluoroethylen, und eines Träger- und Drainagemediums aus Polyester oder Polyethylen mit einem Substrat aus Polyethersulfon oder Polysulfon umfassen Mischungen aus Methylenchlorid als Lösemittel-Spezies und Methylalkohol, Polymethylpentan oder Cyclopentan als Nichtlösamittel- Spezies.
  • Die Bindemittelzusammensetzung kann in die zusammengeklemmte Anordnung auf jede geeignete Weise eingeführt werden. Bei einem bevorzugten Verfahren kann die Bindemittelzusammensetzung zuerst zu dem Substrat eingeführt werden, von wo aus sie zu dem Träger- und Drainagemedium fließt und mit diesem in Kontakt kommt und schließlich das Träger- und Drainagemedium imprägniert und sättigt. Die Bindemittelzusammensetzung kommt dann wenigstens mit der Oberfläche des porösen Filtermediums, welches mit dem Träger- und Drainagemedium in Kontakt steht, in Kontakt. Vorzugsweise sättigt die Bindemittelzusammensetzung auch das poröse Filtermedium, das poröse Kissen und das grobmaschige Siebmaterial.
  • Wie zuvor angegeben ist das Substrat mit einem Mechanismus oder Weg für die Drainage von Filtrat von der Substratoberfläche fort versehen, wie etwa Kanäle oder Nuten. Diese Kanäle oder Nuten können auch als Fließweg der Bindemittelzusammensetzung entlang dem Substrat zu dem Träger- und Drainagemedium und dem porösen Filtermedium und von dort zu dem porösen Kissen und dem grobmaschigen Siebmaterial dienen. Häufig, insbesondere dann, wenn das Substrat ein steifes, massives Material mit einer beträchtlichen Dicke umfaßt, ist das Substrat auch mit einer Filtratauslaßöffnung oder Permeatöffnung versehen, welche in Fließverbindung mit den Nuten in der Substratoberfläche steht. Wenn eine solche Öffnung in dem Substrat vorgesehen ist, kann die Bindemittelzusammensetzung beispielsweise unter Verwendung einer Spritze oder einer Spritzenpumpe und/oder eines geeigneten Formstücks in der Öffnung zu dem Substrat eingeführt wer den. Zwar ist die Ausrichtung der zusammengeklemmten Anordnung während des Einführens der Bindemittelzusammensetzung scheinbar nicht kritisch, wenn die Bindemittelzusammensetzung aus der Richtung des Substrats eingeführt wird und zu dem porösen Filtermedium fließt, doch wird im allgemeinen eine Ausrichtung der zusammengeklemmten Anordnung in einer vertikalen Position, wobei die Permeatöffnung oben ist, bevorzugt.
  • Das imprägnierte poröse Filtermedium, das imprägnierte Träger- und Drainagemedium und die Substratoberfläche werden miteinander in Kontakt gehalten, bis die Substratoberfläche wenigstens ein wenig durch die Bindemittelzusammensetzung solvatisiert oder in dieser ein wenig aufgelöst ist und das aufgelöste Substrat mit dem Träger- und Drainagemedium und dem porösen Filtermedium in Kontakt tritt. Die Bindemittelzusammensetzung und das aufgelöste Substrat werden durch Dochtwirkung entlang dem Träger- und Drainagemedium zwischen dem porösen Filtermedium und den Rippen und Flachbereichen des Substrats und in das poröse Filtermedium hineingezogen. Vorzugsweise sind die Eigenschaften der Bindemittelzusammensetzung so ausgewählt oder eingestellt, daß ein befriedigender Grad der Bindung während eines Haltezeitraums von wenigstens ungefähr 15 bis 25 Sekunden erhalten wird. ("Haltezeitraum" bezieht sich auf die Zeit, während welcher das poröse Filtermedium, das imprägnierte Träger- und Drainagemedium und das Substrat miteinander in Kontakt gehalten werden, vom Zeitpunkt des Einführens der Bindemittelzusammensetzung bis zum Entfernen derselben). Noch bevorzugter sind längere Haltezeiten wie etwa von ungefähr 100 bis ungefähr 150 Sekunden oder mehr.
  • Der optimale Haltezeitraum wird vorzugsweise für eine spezifische Bindemittelzusammensetzung empirisch bestimmt. Im allgemeinen nimmt die Bindungsfestigkeit zu, doch die Permeabilität des porösen Filtermediums nimmt mit zunehmender Haltezeit ab. Beispielsweise kann die schließlich erhaltene Verbundstruktur getestet werden, indem Wasser in der normalen Filtrationsfließrichtung (d. h. von dem porösen Filtermedium durch das Träger- und Drainagemedium zu dem Substrat) durchgeleitet wird, um den Prozentsatz der verlorenen Permeabilität zu bestimmen. Dieser Prozentsatz erhöht sich, wenn der Haltezeitraum verlängert wird und mehr aufgelöstes Substrat durch Dochtwirkung in das poröse Filtermedium einzieht. Die Verbundstruktur kann auch dadurch getestet werden, daß Wasser in der umgekehrten Filtrationsfließrichtung durchgeleitet wird, um den Druck zu bestimmen, bei welchem das poröse Filtermedium übermäßig deformiert oder von dem Träger- und Drainagemedium getrennt wird und/oder das letztere von dem Substrat getrennt wird. Mehrere Probenstücke können unter Verwendung einer vorgegebenen Bindemittelzusammensetzung und verschiedenen Haltezeiträumen hergestellt werden.
  • Die von diesen Probenstücken erhaltenen Testdaten können dann zum Auswählen eines optimalen Haltezeitraums verwendet werden. Der optimale Haltezeitraum variiert in großem Maß in Abhängigkeit von der jeweiligen chemischen Spezies, welche zur Herstellung der Bindemittelzusammensetzung verwendet wird. Da die Hindemittelzusammensetzung unter Verwendung einer Kombination einer aggressiven Lösemittel-Spezies und einer Nichtlösemittel- Spezies zusammengesetzt sein kann, kann das Ausmaß der Löslichkeit des Substrats in der Bindemittelzusammensetzung und daher der erforderliche Haltezeitraum durch Variieren der Anteilsverhältnisse der beiden Spezies eingestellt werden.
  • Wenn die Bindemittelzusammensetzung in die zusammengeklemmte Anordnung eingeführt wird, werden einige Teile des porösen Filtermediums, des Träger- und Drainagemediums und des Substrats unvermeidlicherweise vor anderen Teilen durch die Bindemittelzusammensetzung benetzt. Zum Beispiel, wenn das Substrat, das Träger- und Drainagemedium und das poröse Filtermedium, welche miteinander verbunden werden, ziemlich groß sind, können manche Teile bis zu 15 Sekunden oder mehr der Bindemittelzusammensetzung länger als andere Teile ausgesetzt sein. Wenn die Bindemittelzusammensetzung so ausgewählt oder zusammengesetzt ist, daß der Haltezeitraum ungefähr 15 Sekunden beträgt, können manche Teile des porösen Filtermediums in Kontakt mit dem Träger- und Drainagemedium der Bindemittelzusammensetzung zweimal so lange ausgesetzt worden sein wie andere Teile. Dies kann zu einer übermäßigen Bindung eines Bereichs der resultierenden Verbundstruktur führen, wobei der Fluß von Filtrat durch die Verbundstruktur örtlich gehemmt wird, während ein anderer Bereich im umgekehrten Filtrationsfließmodus versagen kann.
  • Eine Bindemittelzusammensetzung, welche eine Mischung von chemischen Spezies umfaßt, ermöglicht verhältnismäßig längere Haltezeiträume. Wie zuvor angemerkt wurde, liegt der Vorteil längerer Haltezeiträume darin, daß der Effekt des unterschiedlichen Benetzens, welcher während des Einfüllens auftreten kann, minimiert wird. Im Vergleich zu, beispielsweise, derselben 15 Sekunden langen Benetzungsdifferenz des vorhergehenden Abschnitts wird durch die Verwendung einer Zusammensetzung aus einer Mischung von chemischen Spezies, bei welcher die Bindung bei einem 150 Sekunden langen Haltezeitraum optimiert ist, der Unterschied zwischen der längsten und der kürzesten Gesamtzeit, während welcher ein Teil des Substrats mit dem imprägnierten porösen Medium vor dem Spülen in Kontakt steht, auf ungefähr 10 des Haltezeitraums verringert.
  • Nach der Haltezeit wird die Bindemittelzusammensetzung dann aus der zusammengeklemmten Anordnung abgezogen oder entfernt. Beispielsweise kann die Bindemittelzusammensetzung in einer Richtung entgegen der Richtung, in der sie einführt wurde, d. h. von dem porösen Filtermedium durch das Träger- und Drainagemedium und dann durch das Substrat, z. B. entlang dem Filtratweg und durch die Filtratöffnung hinaus, abgezogen werden. Sobald der erwünschte Zeitraum ihres Verweilens zwischen dem porösen Filtermedium, dem Träger- und Drainagemedium und dem Substrat verstrichen ist, kann die in dem grobmaschigen Siebmaterial und dem porösen Kissen enthaltene Bindemittelzusammensetzung rasch durch das poröse Filtermedium und das Träger- und Drainagemedium vorzugsweise in der Richtung zu dem Substrat hin und aus der Klemmvorrichtung über die Nuten und die Filtratöffnung des Substrats herausgespült werden. Beispielsweise kann die Binde mittellösung durch Anwenden von Luft- oder einem anderen Gasdruck an dem grobmaschigen Siebmaterial oder dem porösen Kissen oder durch Anlegen eines Vakuums an der Seite des porösen Filtermediums, welche dem Substrat am nächsten liegt, z. B. durch Anlegen eines Vakuums an der Auslaßöffnung des Substrats, entfernt werden. Die Anwendung von Druck oder eines Vakuums kann dann weitergeführt werden, bis die nun verbundene Struktur trocken ist (d. h. die verbleibende Bindemittelzusammensetzung verdampft worden ist), in dem einen Fall durch Verdampfen in das eingeführte Gas und in dem anderen Fall durch Verdampfen des Lösemittels in das Vakuum. Wenn die Lösemittel-Spezies aus der Bindemittelzusammensetzung verdampft, wird das aufgelöste Substrat ausgefällt und verfestigt sich innerhalb des Träger- und Drainagemediums und in dem porösen Filtermedium und auf der Oberfläche des Substrats, wodurch diese mechanisch miteinander verhakt werden und eine starke, sichere Bindung zwischen dem Substrat, dem Träger- und Drainagemedium und dem porösen Filtermedium erzeugt wird.
  • Das rasche Ausspülen von Bindemittelzusammensetzung aus dem grobmaschigen Siebmaterial und dem porösen Kissen durch das poröse Filtermedium zu dem Substrat hin ist vorteilhaft, da es einen Teil des aufgelösten Substrats von dem porösen Filtermedium entfernt. Würde allem aufgelöstem Substrat erlaubt, an Ort und Stelle zu verbleiben, könnte dies das poröse Medium in übermäßigem Ausmaß verstopfen und den Filtratfluß in dem porösen Filtermedium teilweise blockieren.
  • Es ist wünschenswert, Unterschiede bei den Zeiträumen des der Bindemittelzusammensetzung Ausgesetztseins in diesem Stadium zwischen einem Teil der gebundenen Oberfläche und einem anderen soweit wie möglich zu verringern. Dies kann teilweise durch Anlegen eines hohen Vakuums am Ende des Haltezeitraums bewirkt werden, wodurch die Bindemittelzusammensetzung durch Verdampfen, wenn die Bindemittelzusammensetzung durch das poröse Filtermedium gespült wird, rasch entfernt wird. Die Effektivität dieses Verfahrens wird jedoch durch die Absorption von Wärme während des Abdampfens behindert, welches die in der Bindemittelzusammensetzung enthaltenen chemischen Spezies abkühlt, wodurch ihr Dampfdruck und die effektive Förderleistung der Pumpe verringert werden. Jedoch kann die Nichtlösemittel-Spezies so gewählt werden, daß sie einen niedrigeren Dampfdruck aufweist als die Lösemittel-Spezies der Bindemittelzusammensetzung, vorzugsweise um ungefähr 10% oder mehr bei Umgebungstemperatur. Wenn das Vakuum angelegt ist, wird die Lösemittel-Spezies schneller als die Nichtlösemittel-Spezies entfernt, wodurch die Konzentration der Lösemittel-Spezies in der verbleibenden Bindemittelzusammensetzung verringert wird. Vorzugsweise wird die Ausgangsbeschaffenheit der Bindemittelzusammensetzung so gewählt, daß die verbleibende Bindemittelzusammensetzung nach einem sehr kurzen Zeitraum der Verdampfung zu einem Nichtlösemittel für das Substrat wird, wodurch jedes weitere Auflösen des Substrats verhindert wird und der Zeitraum, in welchem das Auflösen des Substrats stattfindet, auf einen sehr kurzen Zeitraum beschränkt wird, nachdem die Anordnung dem Vakuum ausgesetzt wurde, welcher sogar nur 5 Sekunden oder weniger betragen kann.
  • Die vorliegende Erfindung wird auch durch verschiedene alternative Verfahren verkörpert. Als ein alternatives Verfahren kann Bindemittelzusammensetzung aus der Richtung des grobmaschigen Siebmaterials durch das poröse Kissen zu dem porösen Filtermedium und dann durch das Träger- und Drainagemedium zu der Oberfläche des Substrats eingeführt werden. Wie bei dem unmittelbar zuvor beschriebenen Verfahren wird der Bindemittelzusammensetzung erlaubt, in dem porösen Medium und in dem Träger- und Drainagemedium, welche beide imprägniert sind, und in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats über einen geeigneten Haltezeitraum zu verbleiben. Als eine andere Ausführungsform kann die Bindemittelzusammensetzung aus der komprimierten Anordnung in der Richtung des grobmaschigen Siebmaterials oder des porösen Kissens unter Verwendung eines Differenzdrucks entfernt werden, beispielsweise durch Anlegen eines Vakuums an dem grobmaschigen Siebmaterial oder dem porösen Kissen.
    • Testverfahren
  • Die folgenden zerstörungsfreien Prüfverfahren werden mit Verbundstrukturen durchgeführt, welche mikroporöse Membranfilterelemente, die gemäß Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurden, umfassen. Die Filterelemente werden im allgemeinen in einer lecksicheren Anordnung mit Abdichtungen, welche die Aufstromseite von der Abstromseite des Filterelements trennen, getestet.
  • Bindungsfestigkeit (Druckumkehr): Die Festigkeit der Bindung zwischen einzelnen Komponenten und der benachbarten Komponente, mit welcher sie in der Verbundstruktur verbunden sind, d. h. das poröse Medium, das Träger- und Drainagemedium und das Substrat, kann durch Anwenden von Druck in der umgekehrten Filtratfließrichtung bestimmt werden. Der Druck wird schrittweise erhöht, bis die Bindung zwischen dem porösen Medium, dem Träger- und Drainagemedium und dem Substrat versagt. Wenn bei 34 kPa (5 psi) und einer Verweilzeit von 60 Sekunden kein Versagen der Bindung beobachtet wird, wird die relative Bindungsfestigkeit als akzeptabel angesehen.
  • Permeabilität (Durchflußrate (ΔP): Die effektive Permeabilität eines porösen Mediums kann durch Messen des Durchflusses von Wasser als einer Funktion von angewendetem Druck bestimmt werden. Unter Verwendung von Wasser bei Umgebungstemperatur, welches zuvor durch ein 0,04 um-Filter geleitet wurde, werden der Filtratdurchfluß und die Permeabilität in der vorwärtigen Filtratfließrichtung bei 17,2, 34,5 und 68,9 kPa (2,5, 5,0 und 10,0 psi) gemessen. Die Daten werden dann als mittlere Durchflußrate in Einheiten von ml/min/kPa (ml/min/psi) angegeben.
  • Porosität (Bubble Point Test): Jedes Membranfilterelement wird unter Verwendung eines Blasendrucktests wie in ASTM F316-86 beschrieben auf seine Porosität getestet.
  • Beurteilung bei Vorwärtsdruck/Temperatur: Die relative Beurteilung bezüglich Vorwärtsdruck/Temperatur eines porösen, mit einem Substrat verbundenen Mediums kann dadurch erhalten werden, daß Druck in der Vorwärtsfließrichtung des Filtrats bei einer vorgegebenen Temperatur angewendet wird, bis das poröse Medium nachzugeben beginnt oder grobes Versagen beobachtet wird. Durch ein 0,1 um-Filter gepumptes Wasser wird 30 Minuten lang bei einem Druck von 414 kPa (60 psi) und bei 90ºC durch die Verbundstruktur gepumpt.
    • BEISPIELE Beispiel 1
  • Eine durch Spritzgießen hergestellte, halbkreisförmige Polysulfonscheibe mit einer Dicke von 0,64 cm (1/4 Inch) und einem Durchmesser von 40,6 cm (16 Inch) diente als Substrat. Die halbkreisförmige Scheibe war mit einer Reihe konzentrischer Nuten auf beiden Seiten versehen, welche Drainage zu einem einzigen mittigen Kanal und einer Permeatöffnung hin bieten. Ein naßverlegtes nonwoven-Faservlies aus Polyester, erhältlich unter der Handelsbezeichnung HIROSE 05TH15, wurde als Träger- und Drainagemedium verwendet. Eine mikroporöse ULTIPOR® N&sub6;&sub6;-Membran aus Polyamid mit einer Porengröße von 0,45 um, erhältlich von Pall Corporation, East Hills, New York, diente als poröses Medium. Das Träger- und Drainagemedium und das poröse Medium wurden auf solche Abmessungen zugeschnitten, daß nach dem jeweiligen Anordnen des Träger- und Drainagemediums sowie des porösen Mediums auf dem bzw. benachbart zu dem Substrat die gesamte mit Nuten versehene Fläche des Substrats bedeckt war, wobei sich die Bedeckung über die Nuten im Randbereich hinaus um 0,3 Inch (7,6 mm) auf die Flachbereiche erstreckte. Das Substrat wurde sandwichartig zwischen einer Lage des Träger- und Drainagemediums und einer Lage des porösen Mediums auf beiden Seiten angeordnet, wobei sich die Lagen aus Träger- und Drainagemedium am nächsten an dem Substrat befanden. Diese geschichtete Anordnung wurden dann zwischen ein Paar poröser Kissen, welche aus 10 Lagen eines unter der Handelsbezeichnung LUTRASIL LSVP 688 erhältlichen nonwoven-Spinnvlieses aus Polypropylen bestanden, und einem Paar Aluminiumplatten mit einer Dicke von 1,91 cm (3/4 Inch) gelegt und bei einem Klemmdruck von 48,3 kPa (7 psi) festgeklemmt. Die Permeatöffnung, welche sich aus den Klemmplatten heraus erstreckte, wurde mit einer mit einem O-Ring abgedichteten Edelstahlvorrichtung versehen, um das Einspritzen und Evakuieren von Bindemittelzusammensetzung durch die Permeatöffnung zu erlauben. Die Bindemittelzusammensetzung bestand aus einer Lösemittel/Nichtlösemittel-Mischung von 54 Gew.-% Methylenchlorid und 46 Gew.-% Cyclopentan. Während sich die zusammengeklemmte Anordnung in der vertikalen Stellung befand, wurden 150 ml Bindemittelzusammensetzung mittels einer Spritze aus Glas schnell durch die Permeatöffnung eingespritzt, wobei die Nuten des Substrats, die Träger- und Drainagemedien, die porösen Medien und die porösen Kissen mit Bindemittelzusammensetzung gefüllt wurden und die Luft herausgetrieben wurde. Sobald die Bindemittelzusammensetzung eingespritzt war, begann eine Haltezeit von 120 Sekunden. Nachdem 120 Sekunden verstrichenwaren, wurde die überschüssige Bindemittelzusammensetzung durch fünfzehnminütiges Anlegen eines Vakuums an der Permeatöffnung evakuiert. Nach 15 Minuten wurde das Evakuieren abgebrochen und die ein Filterelement umfassende Verbundstruktur wurde aus den Klemmplatten herausgenommen. Die Bindungsfestigkeit wurde durch Anwenden eines Drucks von 34,5 kPa (5 psi) in der umgekehrten Richtung über einen Zeitraum von 60 Sekunden an der Permeatöffnung getestet, wobei sich keine Anzeichen eines Membranversagens zeigten, was darauf hindeutete, daß das poröse Medium integral mit dem Substrat verbunden war. Die Durchflußrate ΔP und der Blasendruckpunkt wurden bestimmt und die Werte betrugen 176 ml/min/kpa (1215 ml/min/psi) bzw. 217 kPa (31,5 psi). Die vor dem Verbinden bestimmten Werte der Durchflußrate ΔP und des Blasendruckpunkts des porösen Mediums betrugen 225 ml/min/kPa (1550 ml/min/psi) bzw. 214 kPa (31,0 psi). Somit behielt die Verbundstruktur 78% der effek tiven Permeabilität des porösen Mediums bei, ohne wesentliche Veränderung der Porengröße infolge des beschriebenen Verbindungsverfahrens.
    • Beispiel 2
  • Eine durch Spritzgießen hergestellte, halbkreisförmige Polysulfonscheibe mit einer Dicke von 0,64 cm (1/4 Inch) und einem Durchmesser von 15,2 cm (6 Inch) des in Beispiel 1 verwendeten Typs, aber mit einer Reihe von konzentrischen Nuten nur auf einer Seite für die Drainage zu einem einzigen mittigen Kanal und einer Permeatöffnung, diente als Substrat. Wie in Beispiel 1 diente ein naßverlegtes nonwoven-Faservlies aus Polyester, erhältlich unter der Handelsbezeichnung HIROSE 05TH15, als Träger- und Drainagemedium, und eine mikroporöse ULTIPOR N&sub6;&sub6;®-Membran aus Polyamid mit einer Porengröße von 0,45 um, erhältlich von Pall Corporation, diente als poröses Medium. Das Träger- und Drainagemedium und das poröse Medium wurden auf solche Abmessungen zugeschnitten, daß nach dem jeweiligen Anordnen des Träger- und Drainagemediums sowie des porösen Mediums auf dem Substrat die gesamte mit Nuten versehene Fläche des Substrats bedeckt war, wobei sich die Bedeckung über die Nuten im Randbereich hinaus um 0,762 cm (0,3 Inch) auf die Flachbereiche erstreckte. Das Träger- und Drainagemedium wurde sandwichartig zwischen dem Substrat und dem porösen Medium auf der mit Nuten versehenen Seite angeordnet, wobei das Träger- und Drainagemedium am nächsten an dem Substrat angeordnet war. Diese geschichtete Anordnung wurden dann zwischen ein Paar Aluminiumplatten mit einer Dicke von 3,2 mm (1/8 Inch) gelegt, ein poröses Kissen, welches aus 10 Lagen eines unter der Handelsbezeichnung LUTRASIL LSVP 688 erhältlichen nonwoven-Spinnvlieses aus Polypropylen bestand, wurde zwischen das poröse Medium und eine der Klemmplatten gelegt und die Anordnung wurde bei einem Klemmdruck von 8 psi zusammengeklemmt. Die Permeatöffnung, welche sich auf der nutenlosen Seite des Substrats befand, wurde mit einem Preßsitz-Luer-Formstück aus Polypropylen versehen, um das Einspritzen und Evakuieren der Bindemittelzusammensetzung durch die Permeatöffnung zu erlauben. Die Bindemittelzusammensetzung bestand aus einer Lösemittel/Nichtlösemittel-Mischung von 54 Gew.-% Methylenchlorid und 46 Gew.-% Cyclopentan. Während sich die zusammengeklemmte Anordnung in der horizontalen Stellung befand und sich die Nuten auf der oberen Oberfläche des Substrats befanden, wurden 45 ml Bindemittelzusammensetzung mittels einer Spritze aus Glas schnell durch die Permeatöffnung eingespritzt, wobei die Nuten des Substrats, das Träger- und Drainagemedium, das poröse Medium und das Kissen mit Bindemittelzusammensetzung gefüllt wurden und die Luft herausgetrieben wurde. Sobald die Bindemittelzusammensetzung eingespritzt war, begann eine Haltezeit von 150 Sekunden. Nachdem 150 Sekunden verstrichen waren, wurde die überschüssige Bindemittelzusammensetzung durch zweiminütiges Anlegen eines Vakuums an der Permeatöffnung evakuiert. Nach 2 Minuten wurde das Evakuieren abgebrochen und die ein Filterelement umfassende Verbundstruktur wurde aus den Klemmplatten herausgenommen. Die Durchflußrate ΔP und der Blasendruckpunkt der Verbundstruktur wurden gemessen und betrugen 37,7 ml/min/kPa (260 ml/min/psi) bzw. 214 kPa (31 psi). Die Durchflußrate ΔP und der Blasendruckpunkt des nicht verbundenen porösen Mediums waren gemessen worden und betrugen 45,4 ml/min/kPa (313 ml/min/psi) bzw. 214 kPa (31 psi). Somit behielt die Verbundstruktur 83% der effektiven Permeabilität des porösen Mediums bei, ohne Veränderung der Porengröße. Die Bindungsfestigkeit wurde durch Anwenden eines Drucks von 34,5 kPa (5 psi) in der umgekehrten Richtung an der Permeatöffnung über einen Zeitraum von 60 Sekunden getestet, wobei sich keine Anzeichen eines Membranversagens zeigten, was darauf hindeutete, daß das poröse Medium integral mit dem Substrat verbunden war.
    • Beispiel 3
  • Eine mikroporöse Polytetrafluoroethylenmembran mit einer Porengröße von 0,2 um, welche als poröses Medium diente, wurde mit einem Träger- und Drainagemedium aus nonwoven-Polyestermaterial und einer Polysulfonscheibe des Typs wie in Beispiel 2 und durch das in Beispiel 2 beschriebene allgemeine Verfahren verbunden. Die Bindungsfestigkeit wurde durch Anwenden eines in umgekehrter Richtung wirkenden Drucks von 34,5 kPa (5 psi) über einen Zeitraum von 60 an der Permeatöffnung getestet, wobei sich keine Anzeichen eines Membranversagens zeigten, was darauf hindeutete, daß das poröse Medium integral mit dem Substrat verbunden war. Der Druck am Blasendruckpunkt, welcher in Alkohol vor und nach dem Verbinden gemessen wurde, betrug 108 bzw. 107 kPa (15,6 bzw. 15,5 psi), was auf keine Veränderung der Porengröße hindeutete. Die gemessene Durchflußrate ΔP der Verbundstruktur betrug 28,1 ml/min/kPa (194 ml/min/psi).
    • Beispiel 4
  • Eine von Pall Corporation erhältliche ULTIPOR® N&sub6;&sub6;-Polyamidmembran mit einer Porengröße von 0,45 um diente als poröses Medium und ein unter der Handelsbezeichnung TETKO PeCap 7-105/52 erhältliches, gewebtes Polyestersiebmaterial diente als das Träger- und Drainagemedium. Das poröse Medium und das Träger- und Drainagemedium wurden mit einer Polysulfonscheibe des Typs aus Beispiel 2 und im wesentlichen durch das in Beispiel 2 verbundene Verfahren verbunden. Eine Menge von 32 ml Bindemittelzusammensetzung wurde in die Permeatöffnung eingespritzt und eine Haltezeit von 200 Sekunden wurde verwendet. Nach dem Verstreichen von 200 Sekunden wurde die überschüssige Bindemittelzusammensetzung durch Anlegen eines Vakuums über einen Zeitraum von 3 Minuten an der Permeatöffnung evakuiert. Nach 3 Minuten wurde das Evakuieren abgebrochen und die Verbundstruktur wurde von ihrem Platz zwischen den Klemmplatten entfernt. Die Bin dungsfestigkeit wurde bei einem in umgekehrter Richtung wirkenden Druck von 34,5 kPa (5 psi) über einen Zeitraum von 60 Sekunden an der Permeatöffnung getestet, wobei sich keine Anzeichen eines Membranversagens zeigten, was darauf hindeutete, daß das poröse Medium integral mit dem Substrat verbunden war. Die Meßwerte für die Durchflußrate ΔP bzw. den Blasendruckpunkt betrugen 35,7 ml/min/kPa (246 ml/min/psi) bzw. 214 kPa (31 psi). Die Meßwerte für die Durchflußrate ΔP bzw. den Blasendruckpunkt betrugen für das nicht verbundene poröse Medium 45,5 ml/min/kPa (314 ml/min/psi) bzw. 214 kPa (31 psi). Somit behielt die Verbundstruktur eine effektive Permeabilität des porösen Mediums von 79% bei, ohne Veränderung in der Porengröße.
    • Beispiel 5
  • Eine Verbundstruktur wurde wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt und getestet, um eine Beurteilung bei Vorwärtsdruck/Temperatur zu erstellen. Die Verbundstruktur wurde 90ºC warmem, gefiltertem, entionisiertem Wasser bei einem Druck in Vorwärtsrichtung von 414 kPa (60 psi) über einen Zeitraum von 30 Minuten ausgesetzt. Die Bindungsfestigkeit wurde auch bei einem an der Permeatöffnung angewendeten, in umgekehrter Richtung wirkenden Druck von psi über einen Zeitraum von 60 Sekunden getestet, wobei sich keine Anzeichen eines Membranversagens zeigten, was darauf hindeutete, daß das poröse Medium integral mit dem Substrat verbunden blieb. Die vor dem Aussetzen gemessenen Werte der Durchflußrate ΔP und des Blasendruckpunkts der Verbundstruktur betrugen 36,3 ml/min/kPa (250 ml/min/psi) bzw. 207 kPa (30 psi). Die nach dem Aussetzen gemessenen Werte der Durchflußrate ΔP und des Blasendruckpunkts betrugen 39,2 ml/min/kPa (270 ml/min/psi) bzw. 210 kPa (30,5 psi), was auf keine wesentliche Veränderung der Permeabilität oder der Porengröße hindeutete. Keine Anzeichen für ein Nachgeben der Membran wurden beobachtet.
  • Wie in der vorangegangenen Offenbarung und den Beispielen gezeigt, weist eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Verbundstruktur viele Vorteile auf, insbesondere den, daß die Verbundstruktur ein ganz hervorragendes Filterelement umfassen kann. Beispielsweise ist das Filterelement in der Lage, Umkehrdrücken von 34,5 kPa (5 psi) und in Vorwärtsrichtung wirkenden Druckgefällen über dem porösen Medium von mindestens ungefähr 172 kPa (25 psid) standzuhalten. Ferner ist die Bindung zwischen dem porösen Filtermedium, dem Träger- und Drainagemedium und dem Substrat äußerst stark, was das poröse Filterelement befähigt, Schergeschwindigkeiten von ungefähr 5000 pro Sekunde standzuhalten. Nicht nur ist die Bindung extrem stark, sondern auch die Permeabilität der verbundenen porösen Medien bleibt extrem hoch. Beispielsweise beträgt die Permeabilität des verbundenen porösen Filtermediums wenigstens ungefähr 50% der Permeabilität des nicht verbundenen porösen Filtermediums. Außerdem ist die Porosität des verbundenen porösen Filtermediums gegenüber der Porosität des nicht verbundenen porösen Filtermediums im wesentlichen unverändert.
  • Ein anderer Vorteil von Filterelementen, welche die vorliegende Erfindung verkörpern, liegt darin, daß die Hindung zwischen dem porösen Filtermedium, dem Träger- und Drainagemedium und dem Substrat ohne jegliches Klebemittel bewirkt wird, vorzugsweise durch die Verfestigung des aufgelösten Substrats. Infolgedessen gibt es kein Klebemittel, welches in das Filtrat auswaschen könnte, und die Bindung wird nicht durch aggressive Chemikalien beeinträchtigt, es sei denn, die Chemikalien können das Substrat angreifen. Desweiteren, wenn das Substrat aus einem hochtemperaturbeständigen polymeren Material gebildet ist, bleibt die Bindung bei erhöhten Temperaturen intakt, bis der Erweichungspunkt des Substrats erreicht wird. Bei hochtemperaturbeständigen Polymeren wie etwa Polysulfon können die Betriebs- und Sterilisationstemperaturen sogar bei 250ºC liegen.

Claims (33)

1. Verbundstruktur, umfassend:
ein poröses Filtermedium;
ein poröses Trägermedium, welches das poröse Filtermedium trägt; und
ein Substrat, welches einen Drainagemechanismus aufweist;
worin das poröse Filtermedium und das poröse Trägermedium den Drainagemechanismus des Substrats überlagern und worin das poröse Filtermedium, das poröse Trägermedium und das Substrat miteinander mit Hilfe eines Lösemittels verbunden sind, derart, daß die Permeabilität des Filtermediums nicht wesentlich vermindert ist und mit minimaler Behinderung des Durchflusses in Richtung zum Rand, benachbart zu den Bindungen.
2. Verbundstruktur nach Anspruch 1, worin das poröse Filtermedium ein mikroporöses Filtermedium umfaßt.
3. Verbundstruktur nach Anspruch 1 oder 2, worin das poröse Filtermedium ein polymeres Material umfaßt.
4. Verbundstruktur nach Anspruch 3, worin das poröse Filtermedium ein Polyamid, ein Fluorpolymer oder ein Polyethersulfon umfaßt.
5. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das poröse Filtermedium zwei oder mehr Lagen umfaßt.
6. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Substrat ein polymeres Material umfaßt.
7. Verbundstruktur nach Anspruch 6, worin das Substrat Polyethersulfon, Polysulfon oder Polyamid umfaßt.
8. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin der Drainagemechanismus des Substrats eine Mehrzahl an Nuten umfaßt und worin das poröse Trägermedium mit dem Bereich des Substrats zwischen benachbarten Nuten verklebt ist.
9. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das poröse Filtermedium und das poröse Trägermedium mit dem Substrat durch verfestigtes Substrat verbunden sind, welches in dem porösen Trägermedium und dem porösen Filtermedium enthalten ist.
10. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das Substrat als ein Blatt oder eine Platte ausgebildet ist, mit gegenüberliegenden ebenen Oberflächen, und wobei jede ebene Oberfläche mit einem porösen Trägermedium und einem porösen Filtermedium lösungsmittelgeklebt ist.
11. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das Substrat starr ist.
12. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das poröse Trägermedium ein polymeres Material umfaßt.
13. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin das poröse Trägermedium ein nonwoven-Fasermaterial umfaßt.
14. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin das poröse Trägermedium eine Dicke von weniger als 0,51 mm (20 mils) aufweist.
15. Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin das poröse Trägermedium einen niedrigen Durchflußwiderstand in Richtung zum Rand aufweist.
16. Verfahren zur Bildung einer Verbundstruktur, umfassend:
Anordnen eines porösen Filtermediums, so daß es in Verbindung mit einer ersten Oberfläche eines porösen Trägermediums steht;
Anordnen einer zweiten Oberfläche des porösen Trägermediums, so daß sie in Verbindung mit einer Oberfläche eines Substrates ist;
Einführen einer Bindemittelzusammensetzung, welche einen Teil des Substrats mindestens geringfügig löst, ohne das poröse Filtermedium oder das poröse Trägermedium merklich aufzulösen;
Hineinfließenlassen von mindestens einem Teil der Bindemittelzusammensetzung, welche gelöstes Substrat enthält, in das poröse Trägermedium und das poröse Filtermedium; und
Entfernen eines Teils der Bindemittelzusammensetzung, welche das gelöste Substrat enthält, und Wiederverfestigen des restlichen gelösten Substrats zur Bildung einer Bindung zwischen dem porösen Filtermedium, dem porösen Trägermedium und dem Substrat, derart, daß die Permeabilität des Filtermediums im wesentlichen nicht vermindert wird, und mit minimaler Behinderung des Flusses in Richtung zum Rand benachbart zu den Bindungen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, welches ferner das Anwenden von Druck zum Komprimieren des porösen Filtermediums, des porösen Trägermediums und des Substrats umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, worin das Anordnen des porösen Trägermediums, so daß es in Verbindung mit der Substratoberfläche steht, das Anordnen des porösen Trägermediums umfaßt, so daß es das poröse Filtermedium oberhalb des Drainagemechanismus' des Substrates trägt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, worin das Anordnen des porösen Filtermediums, so daß es in Verbindung mit der ersten Oberfläche des porösen Trägermediums steht, das Inkontaktbringen des porösen Filtermediums mit der ersten Oberfläche des porösen Trägermediums beinhaltet.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, worin das Anordnen der zweiten Oberfläche des porösen Trägermediums, so daß es in Verbindung mit der Oberfläche des Substrats steht, das Inkontaktbringen der zweiten Oberfläche des porösen Trägermediums mit dem Substrat beinhaltet.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, worin das Einführen der Bindemittelzusammensetzung das Einführen der Bindemittelzusammensetzung, welche eine erste chemische Spezies umfaßt, beinhaltet, welch letztere ein Lösemittel für das Substrat umfaßt, und eine zweite chemische Spezies umfaßt, welche ein Nichtlösemittel für das Substrat umfaßt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, worin das Einführen der Bindemittelzusammensetzung das Einführen der Bindemittelzusammensetzung in das poröse Filtermedium vor dem Einführen in das porösen Trägermedium umfaßt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, worin das Einführen der Bindemittelzusammensetzung das Einführen der Bindemittelzusammensetzung in das Substrat vor dem Einführen in das poröse Trägermedium beinhaltet.
24. Verfahren nach Anspruch 23, worin das Einführen der Bindemittelzusammensetzung in das Substrat vor der Einführung in das poröse Trägermedium das Einführen der Bindemittelzusammensetzung in einen Permeatauslaßöffnung des Substrats umfaßt.
25. Verfahren nach Anspruch 24, worin das Einführen der Bindemittelzusammensetzung in das Substrat vor dem Einführen in das poröse Trägermedium das Einführen der Bindemittelzusammensetzung in eine Permeatöffnung umfaßt, welche in Fließverbindung mit einer oder mehrerer Nuten in der Substratoberfläche steht.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, worin das poröse Filtermedium und das poröse Trägermedium in der Bindemittelzusammensetzung geringfügig löslich sind.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, worin man mindestens einen Teil der Bindemittelzusammensetzung, welche gelöstes Substrat enthält, in das poröse Trägermedium und das poröse Filtermedium einfließen läßt, den Schritt umfaßt, daß man die Bindemittelzusammensetzung, welche gelöstes Substrat enthält, in ein nonwoven-, faserförmiges poröses Trägermedium und das poröse Filtermedium einziehen läßt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27, worin das Einfließenlassen von mindestens einem Teil der Bindemittelzusammensetzung, welche gelöstes Substrat enthält, in das poröse Trägermedium und das poröse Filtermedium den Schritt umfaßt, daß mindestens ein Teil der Bindemittelzu sammensetzung, welche gelöstes Substrat enthält, in das poröse Trägermedium und das poröse Filtermedium einfließen gelassen wird, während die Verbundstruktur in einer geschlossenen Kammer eingeschlossen ist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, worin das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung in Richtung des porösen Filtermediums umfaßt.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, worin das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung in Richtung des Substrats umfaßt.
31. Verfahren nach Anspruch 30, worin das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung in Richtung des Substrates das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung durch eine Permeatauslaßöffnung des Substrats umfaßt.
32. Verfahren nach Anspruch 31, worin das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung durch eine Permeatauslaßöffnung des Substrats das Führen der Bindemittelzusammensetzung durch eine oder mehrere Nuten, die in Verbindung mit der Permeatauslaßöffnung stehen, beinhaltet.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 32, worin das Entfernen der Bindemittelzusammensetzung das Anlegen eines Vakuums einschließt.
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