DE69813367T2

DE69813367T2 - Polymerisches Integralnetz

Info

Publication number: DE69813367T2
Application number: DE1998613367
Authority: DE
Inventors: John B. Harrington Park Ronan; David E. Huntington Station Newman; Scott D. Dryden Hopkins; Jeffrey B. South Huntington Burns
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-01
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2018-05-02
Also published as: JPH11105133A; SG63842A1; JP3372870B2; CA2236705A1; DE69813367D1; EP0878292B1; KR19980087053A; US20010024710A1; US6277464B1; EP0878292A1

Description

TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integrales Netzmaterial aus polymerem Material und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Polymere Netzmaterialien oder Netzwerke sind flachmaterialartige gefensterte Strukturen, welche ein Polymermaterial enthalten. Polymere Netzmaterialien finden Anwendung in vielen, ganz unterschiedlichen Einsatzgebieten, die von der Elektronik bis hin zur Medizin reichen, so dass derartige Netzmaterialien kommerziell wichtige Materialien darstellen. Diese Netzmaterialien können je nach Aufbau verschiedene Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können derartige Netzmaterialien aus einer Vielfalt von Polymeren hergestellt sein, eine Vielfalt von Lochgrößen und -formen aufweisen und nahezu jede gewünschte Dicke annehmen.
In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, Netzmaterialien zur Verfügung zu haben, die aus einem relativ inerten Material hergestellt sind, um eine Gefährdung der Integrität des Netzgitters oder eine abträgliche Beeinflussung von Materialien, welche mit dem Netzmaterial in Kontakt kommen, zu vermeiden. Polymere sind eine attraktive Wahlmöglichkeit für Netzmaterialien, die zur Verwendung in derartigen Anwendungen gedacht sind, weil viele Polymere außerordentlich beständig gegenüber den meisten Chemikalien sind. In der Tat zählen Fluorpolymere, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), zu den Materialien mit der größten chemischen Inertheit. Netzmaterialien aus Fluorpolymeren wären also sehr von Nutzen in Anwendungen, wo die Netzmaterialien rauen Bedingungen ausgesetzt sind, so etwa in Batterien, Filterapparaten und dergleichen.
Für andere Anwendungen ist es wünschenswert, das Netzmaterial so herzustellen, dass es eine minimale Menge an extrahierbaren Substanzen enthält, weil solche Substanzen die physikalischen und chemischen Eigenschaften des polymeren Gitters und damit des Netzmaterials abträglich beeinflussen können und ferner Materialien, welche mit dem Netzmaterial in Kontakt kommen, kontaminieren können. Bei Netzmaterialen, welche reaktive extrahierbare Substanzen enthalten, treten über die Zeit, mit Entzug der extrahierbaren Substanzen aus dem Netzmaterial, Veränderungen oder Degradation ein. Und

– was vielleicht noch wichtiger ist: in anderen Anwendungen, so etwa in Filtrationseinrichtungen, in denen ein Netzmaterial als Filtermedium oder Stützelement verwendet wird, hat die Anwesenheit von extrahierbaren Substanzen in dem Netzgitter einen negativen Effekt auf die letztendlich erhaltene Qualität des Filtrats. Im Besonderen können extrahierbare Substanzen aus dem Netzgitter herausgelöst oder ausgelaugt werden und so das Filtrat und/oder das filtrierte Material kontaminieren.

Die GB 1 331 775 (Imperial Chemical Industries Limited) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Tetrafluorethylen-Polymerbandes, welches umfasst: Formpressen eines zylinderförmigen Barrens aus einer Mischung von Tetrafluorethylen-Polymerpartikeln und Partikeln von einem faserigen auslaugbaren Füllstoff, Sintern des Barrens, Schälen eines Bandes vom Umfang des Barrens und Auslaugen von wenigstens einem Teil der Faserfüllstoffpartikel aus dem Band und Waschen des Bandes, um Laugungsmittelreste zu entfernen.
Es ist ferner vielfach wünschenswert, extrem dünne polymere Netzmaterialien und Netzmaterialien mit sehr kleinen, regelmäßig geformten Löchern oder Poren zur Verfügung zu haben. Solche Netzmaterialien sind in Filtrationseinrichtungen, speziell Ultrafiltrationseinrichtungen, zum Entfernen sehr kleiner Partikel (z. B. Mikroben) aus einem Fluid von Nutzen. Ferner ist bei sehr dünnen Netzmaterialien die Druckdifferenz über ein Filter während der Filtration auf ein Minimum reduziert, wodurch bei einigen Arten von Filtrationsverfahren (z. B. bei der dynamischen oder Crossflow-(Querstrom-)Filtration) die Wirksamkeit verbessert wird.
Typisch werden zahlreiche Arten von polymeren Netzmaterialien durch Extrusion, durch Weben, durch Wirken oder durch Stanzen von Löchern oder Schlitzen in ein polymeres Flachmaterial hergestellt. In vielen Fällen ist es sehr schwierig und kostenaufwändig, die Größe und Gestalt von Löchern oder Poren in Netzmaterialien, welche nach diesen Verfahren hergestellt werden, zu steuern, insbesondere, wenn sehr kleine und gleichförmige Löcher erforderlich sind und im Falle von sehr dünnen Netzmaterialien. Hinzu kommt, dass viele der gängigen Verfahren zur Herstellung von Netzmaterialien, speziell die Extrusionsverfahren, dazu neigen, erhebliche Mengen an extrahierbaren Substanzen (z. B. Metalle, Harze etc.) in das Polymergitter einzuführen.
Es besteht also Bedarf an einem Netzmaterial, welches im Wesentlichen frei von extrahierbaren Substanzen ist, und an einem sehr dünnen Netzmaterial, welches eine im Wesentlichen gleichförmige Lochgröße und -gestalt aufweist. Die vorliegende Erfindung stellt ein solches polymeres Netzmaterial bereit sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein "nonwoven" oder nichtgewebtes, nichtextrudiertes, einlagiges integrales Netzmaterial ein geprägtes Gitter aus Polymermaterial, welches zwei gegenüberliegende Oberflächen und eine Mehrzahl an Löchern aufweist, welche das Netzmaterial von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche durchdringen, wobei das Gitter im Wesentlichen frei von extrahierbarem Material ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines geprägten Gitters das Inkontaktbringen eines Barrens aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen, um einen geprägten Barren zu schaffen, und Schälen des geprägten Barrens, um ein nichtgewebtes, nichtextrudiertes, einlagiges integrales Netzmaterial zu schaffen, welches ein geprägtes Gitter umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist nützlich in Anwendungen, welche Netzmaterialien oder Fasermaterialien verwenden, so etwa in medizinischen Geräten oder Produkten, Gasaustausch- oder Sauerstoffapparaten, elektronischen Geräten, für Trennaufgaben oder andere Anwendungen, welche die Verwendung von polymeren Netz- oder Fasermaterialien erlauben.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die zeichnerische Darstellung und anhand der folgenden Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen noch näher verdeutlicht.
Die 1A bis 1C sind schematische Darstellungen der Oberflächen von polymeren integralen Netzmaterialien in Einklang mit der vorliegenden Erfindung. 1B ist eine vergrößere schematische Darstellung der Löcher und des Gitters einer Art von integralem Netzmaterial, wie sie in 1A dargestellt ist, während 1C eine ähnliche vergrößerte schematische Darstellung der Löcher und des Gitters einer alternativen Art von integralem Netzmaterial darstellt.
2 ist eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen Barrens aus polymerem Material mit einem Prägewerkzeug vom Rotations-Abroll-Typ und einer Klinge zum Abschälen eines geprägten Flachmaterials von dem Barren.
Die 3A bis 3G sind schematische Darstellungen von verschiedenen Arten von Polymerbarren mit Prägewerkzeugen. 3A ist eine schematische Seitenansicht eines zylinderförmigen Barrens aus Polymermaterial und eines Prägewerkzeugs vom Rotations-Abroll-Typ sowie der von dem Prägewerkzeug in der Oberfläche des Barrens erzeugten Eindrücke. 3B ist eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen Barrens aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug vom Manteltyp. 3C ist eine Endansicht, welche einen zylinderförmigen Barren aus Polymermaterial innerhalb eines Prägewerkzeugs vom Manteltyp zeigt. 3D ist eine schematische Darstellung eines planaren Barrens aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug vom Pressentyp. 3E ist eine querschnittliche Seitenansicht von 3D, welche einen planaren Barren aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug vom Pressentyp zeigt. 3F ist eine schematische Darstellung eines Hohlbarrens aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug vom Rotations-Abroll-Typ. 3G ist eine schematische Darstellung eines planaren Barrens aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug vom Rotations-Abroll-Typ.
Die 4A bis 4B sind schematische Seitenansichten von geprägten Barren aus Polymermaterial, Klingen zum Abschälen von geprägtem Flachmaterial von den Barren und geprägten Flachmaterialien mit einem Prägemuster. 4A ist eine schematische Seitenansicht eines zylinderförmigen Barrens aus Polymermaterial, wobei der Barren Eindrücke aufweist, welche von einem Prägewerkzeug in der Oberfläche des Barrens erzeugt werden, einer Klinge zum Abschälen eines geprägten Flachmaterials von dem Barren und eines Flachmaterials mit einem Prägemuster. 4B ist eine schematische Darstellung eines planaren Barrens aus Polymermaterial, wobei der Barren Eindrücke aufweist, welche von einem Prägewerkzeug in der Oberfläche des Barrens erzeugt werden, einer Klinge zum Abschälen eines geprägten Flachmaterials von dem Barren und eines Flachmaterials mit einem Prägemuster.
Die 5A und 5B sind schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen von sich verjüngenden Vorsprüngen an einem Prägewerkzeug. 5A stellt einen pyramidenförmigen Vorsprung dar, während 5B einen konischen Vorsprung zeigt.
6 ist eine querschnittliche schematische Darstellung eines Teils eines Barrens, einschließlich der Barrenoberfläche, mit synklinalen Ausnehmungen, welche von einem Prägewerkzeug mit sich verjüngenden Vorsprüngen erzeugt werden. Die unterbrochenen Linienzüge A, B und C repräsentieren drei von zahlreichen möglichen Ebenen zum Schälen des geprägten Barrens.
7 ist eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines geprägten Flach- oder Integralnetzmaterials mit lokalen Vertiefungen oder Rillen zwischen einigen einander benachbarten Löchern.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung stellt ein nichtgewebtes, nichtextrudiertes, integrales retikuliertes Netzmaterial (z. B. ein einlagiges Netzmaterial) mit einem Gitter aus Polymermaterial, welches durch Löcher oder durch Poren definiert ist, bereit. Im Sinne des vorliegenden Textes bedeutet Netzmaterial ein beliebiges gefenstertes Flachmaterial, welches Löcher aufweist, die das Flachmaterial von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche durchdringen. Bevorzugt ist das integrale Netzmaterial nichtextrudiert, um das Vorhandensein von extrahierbaren Substanzen (z. B. Metallen, Harzen und dergleichen) in dem Netzgitter auf ein Minimum zu reduzieren. Ferner wird das Netzmaterial vorzugsweise nicht verstreckt, weil durch das Verstrecken eine Veränderung der Gitterstruktur verursacht werden kann.
Das Netzmaterial kann ein beliebiges geeignetes Polymermaterial umfassen (z. B. Frischmaterial, wiederaufgearbeitetes Material, rezyklisiertes Material etc.). Bevorzugt umfasst das integrale Netzmaterial ein Polymermaterial, z. B. thermoplastische Polymere etc., wobei das polymere Netzmaterial ein Füllermaterial enthalten kann (z. B. Glasfaser-Füllstoffe, Kohlenstofffaser-Füllstoffe, Mineralfaser-Füllstoffe oder andere geeignete Füllstoffe). In zahlreichen Anwendungen umfasst das integrale Netzmaterial ein Polymermaterial, welches eine überlegene chemische Beständigkeit und Schälbarkeit zeigt, so zum Beispiel ein Fluorpolymer, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE). Beispiele für geeignete Fluorpolymere sind Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polychlortrifluorethylen-co-ethylen (E/CTFE-Polymer), Polytetrafluorethylen-co-hexafluorethylen (FEP), Polytetrafluorethylen-co-perfluor-(alkylvinylether) (PFA), Polytetrafluorethylen-coethylen (E/TFE), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Copolymere von Vinylidenfluorid. Meistbevorzugt ist das Polymer PTFE, PFA oder UHMWPE. Ferner ist das integrale Netzmaterial in Einklang mit der vorliegenden Erfindung – unabhängig von der Natur des Polymers – bevorzugt im Wesentlichen frei von Kontaminanten (z. B. extrahierbaren Substanzen), so etwa ein integrales Netzmaterial, welches im Wesentlichen aus dem Polymermaterial besteht. Beispielsweise kann das Netzmaterial weniger als ca. 500 Teile auf eine Million (ppm) an extrahierbaren Substanzen aufweisen, z. B. weniger als ca. 100 ppm oder sogar weniger als 50 ppm an extrahierbarem Material (z. B. weniger als ca. 10 ppm an extrahierbarem Material), so etwa weniger als ca. 1 ppm an extrahierbarem Material, wobei das Netzmaterial noch bevorzugter weniger als ca. 10 Teile auf eine Milliarde (ppb) an metallischem extrahierbarem Material (z. B. ca. 1 ppb an metallischem extrahierbarem Material) aufweist. Meistbevorzugt besteht das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial ganz aus dem gewünschten Polymer. Demgemäß kann das erfindungsgemäße bevorzugte integrale Netzmaterial praktisch chemisch inert sein, so dass die strukturelle Integrität des Integralnetzgitters selbst nach langandauerndem Kontakt mit sehr starken industriellen Lösungsmitteln erhalten bleibt, wobei im Wesentlichen kein Material aus dem Integralnetzgitter ausgelaugt und in ein Fluid eingeführt wird, welches mit dem integralen Netzmaterial in Kontakt kommt. In anderen Anwendungen jedoch (z. B. zur Verwendung als chirurgische Produkte, biologisch abbaubares Verpackungsmaterial etc.) ist das Polymermaterial bevorzugt ein reaktives Material.
Das polymere integrale Netzmaterial in Einklang mit der vorliegenden Erfindung kann mit beliebigen geeigneten Mitteln aufgebaut sein. Das integrale Netzmaterial kann hydrophil oder hydrophob sein; das integrale Netzmaterial kann glatte oder raue Oberflächen haben; und das integrale Netzmaterial kann mit anderen Materialien beschichtet oder konjugiert sein (z. B. mit einer Oberflächenbeschichtung).
Das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial kann beliebige Abmessungen oder eine beliebige Gestaltgebung aufweisen, jedoch unter der Bedingung, dass das integrale Netzmaterial eine gefensterte flachmaterialartige Struktur ist. Das integrale Netzmaterial kann also eine beliebige gewünschte Größe aufweisen, so etwa mehrere Meter in der Breite oder in der Länge oder auch nur ein paar Zentimeter in der Breite oder Länge oder sogar noch erheblich kleiner oder größer. Ferner kann das integrale Netzmaterial eine beliebige Gestalt annehmen; so kann das integrale Netzmaterial zum Beispiel rechteckig, quadratisch, rund, oval, länglich, polygonal, unregelmäßig oder von beliebiger anderer gewünschter Gestalt sein.
Das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial kann zwar beliebige geeignete Abmessungen aufweisen; es ist jedoch eine flachmaterialartige Struktur. Bevorzugt ist das Integralnetzgitter also dünn im Vergleich zu seiner Länge und Breite; das Integralnetzgitter kann jedoch eine beliebige gewünschte Dicke haben. Beispielsweise kann das Gitter mehrere Mikrometer dick sein, wenngleich dickere Gitter eine Dicke von einem oder mehreren Millimetern oder sogar noch mehr (z. B. eine Dicke von einen Zentimeter oder mehr) aufweisen können. Demgemäß hat das Gitter wünschenswerterweise eine Dicke von ca. 1000 μm oder weniger (z. B. ca. 1 bis 750 μm), bevorzugt ca. 500 μm oder weniger (z. B. ca. 10 bis 500 μm), noch bevorzugter ca. 250 μm oder weniger (z. B. ca. 50 bis 250 μm), meistbevorzugt ca. 200 μm oder weniger (z. B. ca. 100 bis 200 μm). Es versteht sich, dass das Gitter wesentlich dicker oder dünner sein kann als mit diesen beispielhaften Abmessungen angegeben. Ferner kann die Gitterdicke variieren oder gleichförmig sein (z. B. an manchen Stellen dicker sein als an anderen), wobei eine variierende Gitterdicke graduell oder unregelmäßig sein kann. Bevorzugt weist das Gitter jedoch durchweg eine annähernd gleichmäßige Dicke auf, meistbevorzugt weist das Gitter eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich zwar auf integrale Netzmaterialien von beliebiger Gestaltgebung, Größe und Dicke (vorausgesetzt, das integrale Netzmaterial ist flachmaterialartig); das integrale Netzmaterial in Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist jedoch gefenstert. Demgemäß weist ein erfindungsgemäßes integrales Netzmaterial ein/e oder mehrere Löcher oder Poren auf, welche seine Dicke von einer Oberfläche zur anderen durchdringen. Ein erfindungsgemäßes integrales Netzmaterial kann eine beliebige Zahl von solchen Löchern aufweisen; das integrale Netzmaterial muss aber mindestens ein solches Loch aufweisen. Bevorzugt weist ein integrales Netzmaterial eine Anordnung von Löchern auf, welche seine Dicke durchdringen, wobei die Anordnung regelmäßig oder unregelmäßig sein kann. Ferner können die Löcher beliebige Abmessungen oder Größen aufweisen. So können die Löcher zum Beispiel einige Mikrometer weit sein, oder sie können größer sein, z. B. ca. einen Millimeter weit, oder sogar noch größer (z. B. etwa einen Zentimeter oder mehr). Ferner kann das integrale Netzmaterial eine Mehrzahl von Lochgrößen aufweisen, die in ihrer Weite erheblich variieren. Alternativ kann die Lochgröße über das gesamte erfindungsgemäße integrale Netzmaterial annähernd gleichförmig sein. Die exakten Abmessungen für die Löcher innerhalb eines erfindungsgemäßen integralen Netzmaterials können je nach vorgesehenem Verwendungszweck für das integrale Netzmaterial variieren. So ergibt zum Beispiel ein integrales Netzmaterial mit sehr kleinen Löchern (z. B. mit einer Weite von ein paar Mikrometern) ein hervorragendes Filter zum Abtrennen von partikelförmigem Material aus einem Fluid, während ein integrales Netzmaterial mit größeren Löchern (z. B. mit einer Weite von weniger als 1000 μm, insbesondere mit einer Weite von 500 bis 800 μm) ein ausgezeichnetes Stützmittel zur Verwendung in Filtrationseinrichtungen ergibt. Ein bevorzugtes integrales Netzmaterial weist sich verjüngende Löcher von annähernd gleichförmiger Gestalt, angeordnet in einem regelmäßigen Muster auf. Bevorzugt ist das Muster spalten- und zeilenweise angeordnet, so dass die jedes Loch umgebende Gitterweite im We sentlichen gleichmäßig ist. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist das Muster mit diamantförmigen Öffnungen, welches in 7 dargestellt ist.
Ein erfindungsgemäßes integrales Netzmaterial ist schematisch in den 1A bis 1C dargestellt. Infolge der Löcher 11 bildet das polymere Gitter 13 des integralen Netzmaterials 12 eine retikulierte Struktur. Demgemäß umfasst ein integrales Netzmaterial 12 bevorzugt ein polymeres Gitter 13, dessen Struktur durch Löcher 11 definiert ist, welche das integrale Netzmaterial 12 von einer Oberfläche zur anderen durchdringen. Je nach Anordnung der Löcher 11 kann das polymere Gitter 13 eine regelmäßige Anordnung aufweisen (1B) oder eine unregelmäßige Anordnung (1C). Ferner: je nach Größe der Löcher 11 kann das polymere Gitter 13 einen Großteil der Fläche des integralen Netzes umfassen, oder das polymere Gitter 13 kann eine Minderheit der Fläche des integralen Netzes umfassen.
Neben Löchern und einem polymeren Gitter kann ein integrales Netzmaterial auch noch zusätzliche Elemente aufweisen. So kann das integrale Netzmaterial oberflächenbehandelt sein (z. B. durch Aufbringen einer hydrophilen oder hydrophoben Beschichtung auf die Oberfläche des integralen Netzmaterials) oder oberflächenprofiliert sein (z. B. zum Erleichtern der Fluiddynamik). So kann zum Beispiel, wie in 7 dargestellt, ein integrales Netzmaterial 71 lokale Vertiefungen 74 in einer Oberfläche (oder auch in den beiden, einander gegenüberliegenden Oberflächen) seines Gitters 72 aufweisen. Die Vertiefungen 74 können Rillen oder Kanäle zwischen benachbarten Löchern 73 bilden. Im Falle anderer Anwendungen kann die Netzoberfläche aber auch bevorzugt glatt sein. Es versteht sich, dass das integrale Netzmaterial eine beliebige Zahl anderer zusätzlicher Merkmale aufweisen kann, welche seine Verwendung in verschiedenen Anwendungen erleichtern (z. B. kann ein integrales Netzmaterial ladungsmodifiziert sein, auf einer oder beiden Oberflächen mit Klebstoff beschichtet sein, verstreckt sein etc.).
Das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial kann in einer Vielfalt von Applikationen Anwendung finden, welche den Einsatz von polymeren Netzmaterialien oder Fasermaterialien erlauben, so etwa in medizinischen Geräten oder Produkten (z. B. als Verband- oder Nahtmaterial), Gasaustausch- oder Sauerstoffapparaten, elektronischen Geräten (z. B. als Isolierung wie etwa in Batterien), für Trennaufgaben (z. B. als Filter oder Stützmittel innerhalb von Filtrationseinrichtungen) oder anderen Anwendungen. Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Filtrationseinrichtung bereit, welche das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial enthält. Die Filtrationseinrichtung umfasst ein Gehäuse, einen Prozessfluideinlass, welcher so angeordnet ist, dass Prozessfluid in das Gehäuse geleitet wird, einen Permeatauslass, welcher so angeordnet ist, dass Permeat von dem Gehäuse abgeleitet wird, mindestens ein Trennelement, welches innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und ein erfindungsgemäßes integrales Netzmaterial aufweist, wobei eine Oberfläche des Netzmaterials (d. h. eine aufstromseitige Oberfläche) mit dem Prozessfluideinlass in Verbindung steht und eine andere Oberfläche des Netzmaterials (d. h. eine abstromseitige Oberfläche) mit dem Permeatauslass in Verbindung steht. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit zum Abtrennen eines Materials (z. B. eines partikelförmigen Materials) aus einem Prozessfluid unter Verwendung einer solchen Filtereinrichtung.
Das integrale Netzmaterial kann zwar nach einem beliebigen geeigneten Verfahren hergestellt werden; die vorliegende Erfindung stellt jedoch ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines solchen Netzmaterials sowie zur Herstellung anderer geprägter Flachmaterialien (z. B. eines nicht-gefensterten Flachmaterials) bereit. In Einklang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und wie schematisch in 2 dargestellt wird das geprägte Flachmaterial 26 von einem Barren 21 gewonnen. Das Verfahren verwendet bevorzugt ein Prägewerkzeug 22 (bevorzugt mit Vorsprüngen 23, um eine oder mehrere Ausnehmungen 24 in dem Barren 21 zu erzeugen) und eine Klinge 25 zum Schälen (d. h. zum tangentialen Teilen des Barrens 21), um ein geprägtes Flachmaterial 26 zu erzeugen.
Wie in den 4A–B gezeigt, wird nach diesem Verfahren ein gemustertes geprägtes Flachmaterial 42 aus dem Polymermaterial von dem Barren 41 ent fernt, wobei das geprägte Flachmaterial 42 zwei Oberflächen 49a, 49b und das geprägte Muster 44 aufweist.
Im vorliegenden Text, einschließlich der beigefügten Ansprüche, bedeutet Barren einen Block, einen Vorformling oder eine andere Masse, welche zum Prägen und nachfolgenden Schälen geeignet ist, unabhängig von Gestalt oder Zusammensetzung. Der Barren kann mit beliebigen geeigneten Mitteln geformt sein, z. B. mit einem Formwerkzeug oder beliebigen anderen Mitteln zum Formen polymerer Barren. Meistbevorzugt wird der Barren nach einem Verfahren hergestellt, welches die Anwesenheit von extrahierbarem Material stark minimiert oder im Wesentlichen eliminiert. Ein bevorzugter Barren zur Verwendung für das vorliegende endungsgemäße Verfahren ist also eine im Wesentlichen reine Masse des gewünschten polymeren Materials, z. B. ein Barren, welcher im Wesentlichen aus dem gewünschten Polymer besteht, oder auch ein Barren, welcher ganz aus dem gewünschten Polymer besteht. So kann der Barren zum Beispiel weniger als ca. 500 Teile auf eine Million (ppm) an extrahierbarem Material enthalten, z. B. weniger als ca. 100 ppm oder auch weniger als 50 ppm an extrahierbarem Material (z. B. weniger als ca. 10 ppm an extrahierbarem Material), so etwa weniger als ca. 1 ppm an extrahierbarem Material, wobei der Barren noch bevorzugter weniger als ca. 10 Teile auf eine Milliarde (ppb) an metallischem extrahierbarem Material (z. B. weniger als ca. 1 ppb an metallischem extrahierbarem Material) enthält. Es versteht sich, dass die genauen Mittel zum Formen des Barrens in hohem Grade von der Natur des Polymermaterials abhängen, wobei solche Mittel auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind. Der Barren kann ein beliebiges geeignetes polymeres Material enthalten (z. B. frisches, wiederaufgearbeitetes, rezyklisiertes etc.), so etwa die an anderer Stelle im vorliegenden Text beschriebenen Materialien. Bevorzugte Polymermaterialien sind diejenigen, welche sich leicht abschälen lassen, wobei das Polymermaterial wünschenswerterweise auch ausreichend verformbar ist, um einen Barren von dem Polymermaterial mit einer geeigneten Einrichtung zu prägen. Meistbevorzugt besteht der Barren im Wesentlichen aus PTFE, PFA oder UHMWPE.
Ein Barren aus Polymermaterial zur Verwendung für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren kann eine beliebige geeignete Gestalt oder Abmessungen aufweisen. So kann zum Beispiel, wie in 2 dargestellt, ein Barren 21 als Zylinder ausgebildet sein. Ein derartiger Barren 21 kann kompakt sein oder eine Aussparung aufweisen, um auf einen Dorn 27 aufgesetzt zu werden. In anderen Ausführungsformen kann ein Barren 31 hohl sein (3F) oder planar (3D bis 3E). Ferner können die Barren eine beliebige andere gewünschte Oberflächeneigenschaft aufweisen (d. h. profiliert, konkav, konvex etc.). Weiter kann der Barren in dem Fall, dass er planar ist, eine beliebige gewünschte Gestalt aufweisen. Zum Beispiel kann die Oberfläche eines planaren Barrens viereckig, rund, oval, länglich, polygonal etc. oder auch unregelmäßig sein.
Wie in den 3A bis 3G gezeigt, umfasst das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren als ersten Schritt das Prägen des Barrens 31, so dass Ausnehmungen 34 in eine Oberfläche des Barrens 31 bis auf eine bestimmte Tiefe eingebracht werden. Die Mittel zum Prägen des Barrens 31, welche für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden können, können beliebiger Art sein. So kann der Barren 31 Ausnehmungen 34 aufweisen, welche durch separates Eindrücken von Ausnehmungen 34 in den Barren 31 (d. h. durch Umformung der Oberfläche des Barrens 31), z. B. mit einem Stanzwerkzeug, einem oder mehreren Prägewerkzeugen oder anderen geeigneten Mitteln oder Einrichtungen geformt werden. Alternativ können die Ausnehmungen 34 durch Entfernen oder Abtragen von Material von dem Barren 31 geformt werden (z. B. mit einem Bohrer oder einer anderen Vorrichtung, durch Fotoätzung, durch chemisches Ätzen oder über eine andere geeignete Behandlung). Bevorzugt wird der Barren 31 unter Verwendung eines Prägewerkzeugs 33 geprägt.
Das Prägewerkzeug 33, welches für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren Verwendung finden kann, kann von beliebiger Art sein, die geeignet ist, Ausnehmungen 34 in den Barren einzudrücken. Die Art des Prägewerkzeugs ist von vielfältigen Parametern abhängig, so etwa von den Oberflächenkontu ren oder vom Oberflächenprofil des Barrens 31, der Polymerart und den gewünschten Eigenschaften des polymeren geprägten Flachmaterialproduktes. Ein Beispiel für ein geeignetes Prägewerkzeug 33 ist ein Werkzeug (z. B. ein Metallwerkzeug) mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 32. Wie in den 3A, 3F und 3G gezeigt, kann das Prägewerkzeug 33, welches für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann, ein Prägewerkzeug 33 vom Rotations-Abroll-Typ sein, welches bei axialer Rotationsbewegung aufeinanderfolgende Vorsprünge 32 in Kontakt mit der Oberfläche des Barrens 31 bringt. Wie in den 3B bis 3C gezeigt, ist ein weiterer Typ von Prägewerkzeug 33 ein Prägewerkzeug 33 vom Manteltyp mit nach innen ragenden radialen Vorsprüngen 32. Wie in den 3D und 3E gezeigt, ist ein weiterer Typ von Prägewerkzeug 33 ein Prägewerkzeug 33 vom Pressentyp mit von einer Oberfläche abstehenden Vorsprüngen 32. Neben den dargestellten Prägewerkzeugen können auch andere Prägewerkzeuge für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.
Das Prägen kann nach einer beliebigen geeigneten Technik durchgeführt werden, wobei die Wahl der Prägetechnik in hohem Grade von den Eigenschaften des Barrens 31 und des Prägewerkzeugs 33 abhängt. Beispielsweise kann ein Barren geprägt werden durch Passage eines Prägewerkzeugs 33 vom Rotations-Abroll-Typ entlang des Barrens 31 tangential zur Oberfläche des Barrens 31 (3A und 3G). Alternativ kann ein Barren 31 geprägt werden durch Platzieren des Barrens 31 innerhalb eines Prägewerkzeugs 33 vom Manteltyp (3B bis 3C), durch Kontaktieren eines Barrens 31 mit einem Prägewerkzeug 33 vom Pressentyp (3D bis 3E), durch Prägen der inneren Oberfläche eines hohlen Barrens (3F) oder durch andere geeignete Mittel. Wie in 3A gezeigt, wird ein zylinderförmiger Barren 31 wirksam geprägt, während er eine axiale Rotationsbewegung (z. B. in die durch den Pfeil a bezeichnete Richtung) relativ zu einem Prägewerkzeug 33 vom Rotations-Abroll-Typ ausführt, welches eine axiale Rotationsbewegung in der Gegenrichtung ausführt (z. B. in die durch den Pfeil b bezeichnete Richtung). Unabhängig von der gewählten Prägetechnik aber werden durch den Prozess des Prägens Aus nehmungen 34 in eine Oberfläche des Barrens 31 eingebracht, wie hierin beschrieben.
Ein Prägewerkzeug 33 weist bevorzugt Vorsprünge 32 zum Kontaktieren des Barrens 31 auf. Die Vorsprünge 32 können eine beliebige Anordnung (z. B. ein Muster oder eine unregelmäßige Anordnung) auf dem Prägewerkzeug 33 bilden. Die Vorsprünge 32 können regelmäßig oder unregelmäßig beabstandet sein, und eine Anordnung von Vorsprüngen 32 kann eine beliebige gewünschte Dichte aufweisen (z. B. von ca. 1/cm² bis ca. 500/cm², typisch ca. 10/cm² bis ca. 100/cm²). Wenn das Prägewerkzeug 33 ein Prägewerkzeug 33 vom Rotations-Abroll-Typ ist, können die Vorsprünge 32 eine unregelmäßige oder lineare Anordnung entlang der Länge des Prägewerkzeugs 32 bilden; alternativ können die Vorsprünge 32 eine helixförmige Anordnung beliebigen Grades bilden (Helices von ca. 5° bis 75°, so etwa ca. 15° bis 60° oder auch ca. 30° bis 45° sind typisch). Beispielsweise weist ein Prägewerkzeug vom Rotations-Abroll-Typ zum Formen eines geprägten Flachmaterials, welches mit dem in 7 gezeigten Muster mit diamantförmigen Öffnungen versehen ist, Vorsprünge auf, die spiralförmig in einem Winkel von annähernd 45° angeordnet sind, wobei einander gegenüberliegende Seiten der Vorsprünge einen eingeschlossenen Winkel von ca. 90° aufweisen (d. h. der Winkel è, wie in 5A angegeben, beträgt ca. 45°). Durch Variieren der Platzierung der Vorsprünge 32 kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren geprägte Flachmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen.
Die Vorsprünge 32 können auch beliebige geeignete Abmessungen zum Eindrücken von Ausnehmungen 34 in den Barren 31 aufweisen. Da die Eindruckoder Lochgröße eines polymeren Flachmaterials in Beziehung zur Breite der Vorsprünge 32 des Prägewerkzeugs (sowie zur Tiefe der Eindringung der Vorsprünge) steht, variieren die exakten Abmessungen der Vorsprünge 32 in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des polymeren geprägten Flachmaterialproduktes. Zum Erzeugen eines geprägten Flachmaterials mit sehr kleinen Eindrücken oder Löchern (z. B. einem polymeren integralen Netzmaterial, welches zur Feinfiltration befähigt ist), können die Vorsprünge 32 eine maximale Breite auf Eindringniveau von weniger als ca. 20 μm aufweisen; zum Beispiel kann ein Vorsprung 32 eine Breite von weniger als ca. 10 μm (z. B. weniger als ca. 5 μm) auf Eindringniveau aufweisen. Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren erstreckt sich auch auf die Verwendung von Prägewerkzeugen 33 mit noch kleineren Vorsprüngen 32, um ein polymeres geprägtes Flachmaterial mit kleinen Eindrücken zu erzeugen (z. B. ein integrales Netzmaterial mit sehr kleinen Löchern oder Poren). Ähnlich weist ein Prägewerkzeug 33 zum Erzeugen eines geprägten Flachmaterials oder integralen Netzmaterials mit größeren Eindrücken oder Löchern Vorsprünge 32 auf, die größer sind als die obengenannte relativ kleine Größe (d. h. eine Breite auf Eindringniveau von ca. 20 μm oder mehr). Beispielsweise weisen in zahlreichen Anwendungen die Vorsprünge 32 eine Breite von bis zu ca. 1 Millimeter auf Eindringniveau auf, während in anderen Anwendungen die Vorsprünge 32 eine Breite von bis zu ca. 1 Zentimeter auf Eindringniveau aufweisen. Es versteht sich, dass die Vorsprünge 32 sogar noch erheblich breiter sein können als diese beispielhaften Abmessungen, in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des polymeren geprägten Flachmaterialproduktes.
Die Höhe der Vorsprünge 32 begrenzt die maximale Tiefe der Ausnehmungen 34, welche in den Barren 31 eingebracht werden können; demgemäß können längere Vorsprünge 32 tiefere Ausnehmungen 34 einprägen als kürzere. Es versteht sich, dass die Vorsprünge 32 nicht bis zu ihrer vollen Länge in den Barren 31 eingebracht werden müssen (d. h. auch ein längerer Vorsprung 32 kann eine Ausnehmung 34 von relativ geringer Tiefe einprägen). Demgemäß können die Vorsprünge 32 eine beliebige geeignete Höhe aufweisen, um Ausnehmungen 34 von gewünschter Tiefe zu erzeugen. In Abhängigkeit von der Tiefe, bei der der geprägte Barren 31 geschält wird, erlauben tiefere Ausnehmungen 34 mehrere Lagen eines polymeren geprägten Flachmaterials von einem Barren 21 zu gewinnen, der nur ein einziges Mal geprägt wurde. Weiter: in Fällen, wo das gewünschte geprägte Flachmaterial ein integrales Netzmaterial ist, erlauben tiefere Ausnehmungen 34, dickere Netzmaterialien abzuschälen. Demgemäß ist in vielen Anwendungen ein Vorsprung 32 relativ hoch, um von einem einmal geprägten Barren 31 eine möglichst große Produktmenge zu gewinnen. Umgekehrt sind in anderen Anwendungen (z. B. um den Barren 31 für ein nachfolgendes Prägen mit einem anderen Muster von Ausnehmungen 34 aufzusparen) die Vorsprünge 32 kürzer, und in vielen Anwendungen sind die Vorsprünge 32 so kurz, dass sie nur geringfügig in den Barren 31 eindringen. Ferner kann ein Prägewerkzeug 33 Vorsprünge 32 von unterschiedlicher Höhe aufweisen, um Ausnehmungen 34 von unterschiedlicher Tiefe in dem Barren 31 zu erzeugen.
Die Vorsprünge 32 können eine beliebige querschnittliche Gestalt aufweisen; die Vorsprünge 32 können also tetragonal (z. B. Rhomboide, Rechtecke, Rauten etc.), rund, oval, länglich, orthogonal, sternförmig oder von beliebiger anderer gewünschter Gestaltgebung sein. Ferner kann das Prägewerkzeug 33 Vorsprünge 32 von gleichförmiger Gestalt oder variierter Gestalt aufweisen. Ferner kann ein Vorsprung 32 seine Gestalt entlang seiner Länge ändern (z. B. von tetragonal an der Basis zu rund an der Spitze oder eine andere geeignete Anordnung), um Ausnehmungen 34 von variierender Gestalt zu erzeugen. So kann ein einmal geprägter Barren 31 nacheinander geschält werden, um geprägte Flachmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erzeugen. Alternativ können die Vorsprünge 32 so ausgebildet sein, dass sie nutartige Ausnehmungen in den Barren prägen, so dass beim anschließenden Schälen statt eines integralen Netzmaterials mit einem Gitter Filamente (z. B. Fasern) entstehen.
Die Vorsprünge 32 können zwar eine beliebige gewünschte Gestalt aufweisen; bevorzugt sind sie jedoch so ausgebildet, dass sie eine sich verjüngende Form aufweisen. Wie schematisch in den 5A bis 5B gezeigt, sind die sich verjüngenden Vorsprünge 52 pyramidenförmig (5A) oder konisch (5B). Meistbevorzugt sind die Vorsprünge 52 zum Bilden des Musters mit diamantförmigen Öffnungen nach 7 von pyramidenförmiger Gestalt. Die Verjüngung kann von der Basis des Vorsprungs nach außen oder – bevorzugt – nach innen verlaufen und kann einen beliebigen Grad è aufweisen, so zum Beispiel weniger als ca. 90° (d. h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 180°), z. B. weniger als ca. 60° (d. h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 120°), so etwa weniger als ca. 45° (d. h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 90°), weniger als ca. 30° (d. h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 60°) oder sogar weniger als 15° (d. h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 30°). In der Tat können die sich verjüngenden Vorsprünge 52 Stifte bilden, die eine ganz leichte Verjüngung aufweisen, z. B. mit einem Winkel è weniger als ca. 5° (d. h. mit einem eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 10°), oder sie können ganz ohne Verjüngung ausgebildet sein. Bevorzugt weisen die Vorsprünge 52 des Prägewerkzeugs 51 jedoch eine gleichmäßige Verjüngung auf, noch bevorzugter weisen die Vorsprünge einen eingeschlossenen Winkel von 90° auf (d. h. der Winkel è der nach innen gerichteten Verjüngung beträgt ca. 45°). Aus der Betrachtung der 5A, 5B und 6 wird erkennbar, dass in dem Falle, dass die Vorsprünge 52 sich verjüngen, die von den Vorsprüngen 52 erzeugten Ausnehmungen 62 dementsprechend synklinal sind.
Weil die Vorsprünge während des Prägeschrittes nicht bis zu ihrer maximalen Tiefe in den Barren eindringen müssen, werden Prägewerkzeuge mit sich verjüngenden Vorsprüngen bevorzugt, weil sie ein größeres Maß an Kontrolle über das resultierende geprägte Flachmaterial erlauben. Beispielsweise kann über die Einstellung der Tiefe, bis zu der die Vorsprünge eindringen, die Größe der Ausnehmungen gesteuert werden. Es können also Ausnehmungen mit größerer Weite geprägt werden, indem man die Vorsprünge tiefer eindringen lässt.
Wie in den 4A bis 4B schematisch gezeigt, beinhaltet das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren, im Anschluss an den Prägeschritt den geprägten Barren 41 zu schälen, bevorzugt durch trennendes Ineingriffbringen des Barrens 41 mit einer Klinge 45. Für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren können beliebige Mittel zum Schälen des Barrens 41 Verwendung finden. So kann der Barren 41 geschält werden durch Passage der Klinge 45 durch den Barren 41 tangential zur Oberfläche des Barrens 41. Eine gleichmäßigere Abschälung des geprägten Barrens 41 erhält man jedoch, wenn der Barren relativ zu einer feststehenden Klinge 45 bewegt wird, und dieses Verfahren zum Schälen des Barrens wird bevorzugt. Somit wird, wie in 4A gezeigt, ein zylinderförmiger Barren am gleichmäßigsten geschält, während er eine axiale Rotationsbewegung (wie durch den Pfeil a gezeigt) ausführt, um mit einer feststehenden Klinge 45 in Eingriff zu kommen. Ähnlich wird, wie in 4B gezeigt, ein planarer Barren 41 am gleichmäßigsten geschält, wenn er vorwärts bewegt wird, um mit einer feststehenden Klinge in Eingriff zu kommen (wie durch den Pfeil b angegeben).
Der Barren 41 kann bei einer beliebigen Tiefe bezogen auf die Tiefe der eingeprägten Ausnehmungen 43 geschält werden. In vielen Anwendungen wird der Barren 41 bei einer Tiefe geschält, die geringer ist als die Tiefe der eingeprägten Ausnehmungen 43. Somit wird erkennbar, dass ein geprägtes Flachmaterial 42, welches von dem Barren 41 durch Schälen entfernt wird, ein integrales Netzmaterial ist (d. h. ein gefenstertes Flachmaterial), weil das geprägte Flachmaterial 42 das Muster von Ausnehmungen 43, 44, welche durch vorheriges Prägen des Barrens 41 in den Barren 41 eingebracht wurden, beibehält. In anderen Anwendungen wird der Barren 41 bei einer Tiefe geschält, welche die Tiefe der eingeprägten Ausnehmungen 43 überschreitet, wodurch ein geprägtes Flachmaterial 42 erzeugt wird, welches nicht gefenstert ist, welches aber an den Stellen der eingeprägten Ausnehmungen 43, 44 dünner ist als das Gitter zwischen den Ausnehmungen 43, 44. Falls gewünscht, können derartige eingeprägte Flachmaterialien durch eine Folgebehandlung mit Fenstern versehen werden ( z. B. durch Verstrecken, um die dünnen Bereiche in den Gebieten der eingeprägten Ausnehmungen aufzureißen).
Das Schälen kann nach einer beliebigen geeigneten Technik erfolgen, wobei die Wahl der Schältechnik in hohem Grade von den Eigenschaften des geprägten Barrens 41 abhängt. So kann zum Beispiel, wie in 6 gezeigt, ein Barren 61 mit Ausnehmungen 62, nachdem er ein einziges Mal geprägt wurde, mehrere Male geschält werden, so etwa bei aufeinanderfolgenden Tiefen (wie z. B. mit den unterbrochenen Linienzügen A, B und C dargestellt), um integrale Netzmaterialien mit verschiedenen Lochgrößen (Linienzüge A und B) oder ein nicht-gefenstertes geprägte Flachmaterial (Linienzug C) zu erzeugen. Ferner kann, wie in 4A gezeigt, ein einmal geprägter zylinderförmiger Barren 41 spiralig geschält werden (z. B. in einer konzentrischen Spirale), um ein einziges geprägtes Flachmaterial 42 von dem Barren zu erhalten. Ferner kann, wie in 2 gezeigt, ein zylinderförmiger Barren 21 mit einem Prägewerkzeug 22 vom Rotations-Abroll-Typ kontinuierlich geprägt werden und unter axialer Rotation (wie durch den Pfeil a gezeigt) relativ zu einer Klinge 25 geschält werden. Weil der Durchmesser des Barrens in dem Maße abnimmt, wie Lagen von geprägtem Flachmaterial 26 spiralförmig von dem Barren 21 abgeschält werden, kann die Klinge 25 kontinuierlich gegen den Barren 21 geschaltet werden oder der Barren 21 kann kontinuierlich gegen die Klinge 25 geschaltet werden, um eine gewünschte Schältiefe aufrechtzuerhalten. Ferner kann zur Wahrung einer gleichmäßigen Musterdefinition nach dem Abschälen von Lagen von geprägtem Flachmaterial das Prägewerkzeug 22 kontinuierlich gegen den Barren 21 geschaltet werden oder der Barren 21 kann kontinuierlich gegen das Prägewerkzeug 22 geschaltet werden. Somit kann ein kontinuierliches integrales Netzmaterial mit im Wesentlichen gleichförmigen Lochgrößen von einem zylinderförmigen Barren 21 polymeren Materials erzeugt werden.
Wie hierin erwähnt, verwendet das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt sich verjüngende Prägewerkzeugvorsprünge, um synklinale Ausnehmungen in den Barren einzudrücken. Wie in 6 gezeigt, können integrale Netzmaterialien mit Poren oder Löchern von unterschiedlichen Abmessungen von geprägten Barren 61 mit synklinalen Ausnehmungen 62 durch Variieren der Tiefe, bei der der geprägte Barren 61 nachfolgend geschält wird (unterbrochene Linienzüge A und B), erzeugt werden. Beispielsweise erzeugt das Schälen eines geprägten Barrens 61 mit synklinalen Ausnehmungen 62 bei relativ geringer Tiefe (Linienzug A in 6) ein integrales Netzmaterial mit relativ weiteren Löchern und Poren und engerem Gitter, während das Schälen des Barrens 61 bei einem tieferen Niveau (Linienzug B in 6) ein integrales Netzmaterial erzeugt, welches relativ kleinere Löcher oder Poren und ein weiteres Gitter aufweist. Somit können in Einklang mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene separate integrale Netzmaterialien, jeweils mit unterschiedlichen Lochgrößen, aber mit dem gleichen Poren- oder Lochmuster und dem gleichen Poren- oder Lochabstand, von dem gleichen ge prägten Barren 61 mit synklinalen Ausnehmungen 62 durch wiederholtes Schälen des Barrens 61 bei zunehmenden Tiefen (Linienzüge A und B) erzeugt werden. Das Schälen des Barrens 61 bei einem Niveau, welches tiefer ist als die Tiefe der Ausnehmungen 62 (Linienzug C in 6) erzeugt ein nicht-gefenstertes Flachmaterial. Es wird erkennbar sein, dass beim sukzessiven Schälen eines einmal geprägten Barrens die Lochgröße der von einem Barren mit synklinalen Ausnehmungen abgeschälten sukzessiven Lagen zwangsweise immer kleiner wird. Wenn also Gleichförmigkeit der Lochgröße zwischen Folgelagen gewünscht wird, muss entweder der Barren vor jeder Folgeschäloperation über das bestehende Muster neu geprägt werden oder die Vorsprünge des Prägewerkzeugs sollten sich nicht verjüngen.
Durch Steuern der Prozesse des Prägens und Schälens des Barrens kann ein geprägtes Flachmaterial mit einem Gitter von beliebiger geeigneter Dicke erzeugt werden, wie im Vorstehenden beschrieben. So kann zum Beispiel über die Steuerung des Prägeschrittes die Gitterdicke beeinflusst werden. Die Verdrängung von Barrenmaterial durch die Vorsprünge bewirkt ein Schwellen der Oberfläche des Barrens, da das Gesamtvolumen des Barrens während des Prägeschrittes nicht wesentlich verändert wird. Durch Variieren der Abmessungen der Prägewerkzeugvorsprünge sowie der Prägetiefe kann also der Grad beeinflusst werden, in dem sich der Barren während des Prägeschrittes ausdehnt. Ferner kann über die Steuerung des Schälprozesses das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren geprägte Flachmaterialien mit variabler Gitterdicke oder gleichmäßiger Gitterdicke erzeugen. Schälen mit veränderlicher Tiefe kann ein geprägtes Flachmaterialgitter erzeugen, welches an manchen Stellen dicker ist als an anderen, wobei die Variationen entweder graduell oder unregelmäßig sind. Ferner kann die Gestalt der Klinge ( z. B. sägeartig ausgezackt oder auf eine andere Weise unregelmäßig) die Dicke des geprägten Flachmaterials oder Netzgitters beeinflussen. Es versteht sich, dass durch Steuerung des Schälprozesses das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren geprägte Flachmaterialgitter erzeugen kann, welche durchweg eine annähernd gleichmäßige Dicke aufweisen, und sogar Gitter mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke.
Neben den im Vorstehenden erwähnten Schritten, welche als ersten Schritt das Prägen und als nachfolgenden Schritt das Schälen des Polymerbarrens beinhalten, kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren auch andere Schritte umfassen. So kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren eine geeignete Vorbehandlung des Barrens aus polymerem Material umfassen. Die Art der gewünschten Vorbehandlung ist in großem Umfang abhängig von der Zusammensetzung des Polymers, wobei diese Vorbehandlungen auf dem Fachgebiet bekannt sind. Beispielsweise kann der Barren oder ein Teil des Barrens vor dem Prägeschritt oder während des Prägeschrittes erwärmt werden, um das polymere Material empfänglicher für das Eindrücken während des Prägeschrittes zu machen. So kann zum Beispiel der Barren vor dem Prägen in einem Ofen auf eine gleichmäßige Temperatur erwärmt werden. Alternativ kann das Prägewerkzeug ein Heizelement zum Erwärmen einer Oberfläche des Barrens während des Prägeschrittes aufweisen. Die Temperatur, auf die der Barren erwärmt wird, hängt von dem Polymer ab. Für thermoplastische Polymere wird die Oberfläche des Barrens auf eine Temperatur nahe der Glasübergangstemperatur erhitzt. Ein PTFE-Barren wird bevorzugt auf eine Temperatur erhitzt, die in einem Bereich von oberhalb Raumtemperatur (z. B. oberhalb ca. 25°C) bis hin zu ca. 185°C, noch bevorzugter von ca. 135°C bis ca. 165°C (z. B. 150°C) liegt. Ähnlich kann die Oberfläche eines Barrens, welcher UHMWPE enthält, bevorzugt auf eine Temperatur erwärmt werden, welche in einem Bereich von oberhalb Raumtemperatur bis hin zu ca. 60°C liegt, noch bevorzugter von ca. 50°C bis ca. 60°C (z. B. ca. 55°C), während die Oberfläche eines Barrens, welcher PFA enthält, bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von oberhalb Raumtemperatur bis hin zu ca. 185°C, noch bevorzugter von ca. 135°C bis ca. 165°C (z. B. ca. 150°C) erhitzt wird.
Das geprägte Flachmaterial aus Polymermaterial kann nach dem Schälen vom geprägten Barren modifiziert werden. Die Art der erwünschten Modifikation hängt in hohem Grade von der Zusammensetzung des Polymers und der vorgesehenen Verwendung des geprägten Flachmaterials ab. Derartige Modifikationen sind auf dem Fachgebiet bekannt. So kann bzw. können zum Beispiel eine oder beide Oberflächen des geprägten Flachmaterials geglättet, wärme behandelt, spannungsfrei gemacht, beschichtet etc. werden. Ferner kann ein geprägtes Flachmaterial, welches durch Schälen des Barrens bei einer Tiefe, welche die Tiefe der Ausnehmungen überschreitet, gewonnen wird, nach dem Schälen verstreckt werden, um die dünnen Bereiche in den Gebieten der geprägten Vertiefungen aufzureißen und sie dadurch zu gefensterten Strukturen (d. h. integralen Netzmaterialien) zu machen. Es versteht sich, dass das geprägte Flachmaterial aus Polymermaterial auf beliebige andere geeignete Weise modifiziert werden kann.
Für einige Anwendungen umfasst das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren ferner das Kontaktieren des integralen Netzmaterials mit einer zweiten Prägeeinrichtung (oder sogar zwei oder mehr Prägeeinrichtungen, Klingen, sägeartig ausgezackten Kanten etc.), um – wie in 7 gezeigt – lokale Vertiefungen 74 oder Rillen 74 in eine Oberfläche des Gitters 72 des geprägten Flachmaterials zwischen einigen der einander benachbarten Löchern oder Ausnehmungen 73 einzudrücken. Die Rillen 74 oder Vertiefungen 74 müssen nicht zwischen allen benachbarten Löchern vorhanden sein. Für manche Anwendungen mag es wünschenswert sein, dass die Rillen 74 das Gitter 72 durchbrechen, so dass zwischen einigen der einander benachbarten Löchern oder Ausnehmungen 73 Spalte entstehen.
In der vorliegenden Erörterung sind Mittel angegeben, mit denen ein Barren geprägt werden kann; das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren muss aber den ersten Schritt des Prägens nicht verwenden. Für manche Anwendungen zum Beispiel kann ein Barren aus Polymermaterial bereits eine geeignete Anordnung von Ausnehmungen enthalten, so etwa die im vorliegenden Text beschriebenen Ausnehmungen. Es versteht sich, dass derartige Barren keiner weiteren Prägung bedürfen, um für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren Verwendung finden zu können. In derartigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung also ein Verfahren bereit zum Herstellen eines geprägten Flachmaterials von einem geprägten Barren aus Polymermaterial (d. h. einem Barren, welcher eine Oberfläche mit einer oder mehreren Ausnehmungen aufweist, welche vertieft in der Oberfläche des Barrens angeordnet sind) durch Schälen des geprägten Barrens wie im vorliegenden Text beschrieben. Nach diesem Verfahren wird ein geprägtes Flachmaterial aus Polymermaterial von dem Barren entfernt.
Das vorliegende Verfahren kann ein polymeres geprägtes Flachmaterial erzeugen, welches im Wesentlichen frei von extrahierbarem Material ist. Möglich wird dies, weil das geprägte Flachmaterial ohne den Einsatz von Manipulationen hergestellt wird, durch welche bekanntermaßen mit dem geprägten Flachmaterial assoziiertes extrahierbares Material erzeugt oder eingeführt wird. Zwar wird der Barren, wie hierin beschrieben, mit dem Prägewerkzeug und der Klinge in Kontakt gebracht; durch diese Manipulation werden kontaminierende Substanzen jedoch höchstens oberflächlich in das geprägte Flachmaterial eingebracht, ohne dass diese Substanzen in das geprägte Flachmaterial integriert werden. Daraus ergibt sich, dass das geschälte geprägte Flachmaterial in ein geeignetes Fluid getaucht oder in einem geeigneten Fluid gewaschen werden kann, um spurenweise vorhandene Materialablagerungen von der Oberfläche des geprägten Flachmaterials zu entfernen.
Alle hierin angeführten Referenzen, einschließlich Patente, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen, werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben; für den Durchschnittsfachmann wird erkennbar sein, dass Varianten der bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden können und dass die Erfindung auch auf andere als die speziell hierin beschriebene Weise umgesetzt werden kann. Demgemäß umfasst die vorliegende Erfindung alle Modifikationen, welche in den Bereichs der Erfindung fallen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Nichtgewebtes, nichtextrudiertes, einlagiges integrales Netzmaterial (12, 71), umfassend ein geprägtes Gitter (13, 26, 42) aus Polymermaterial, welches zwei gegenüberliegende Seiten und eine Mehrzahl an Löchern (11, 73) aufweist, welche das Netzmaterial von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche durchdringen, wobei das Gitter im Wesentlichen frei von extrahierbarem Material ist.
Netzmaterial nach Anspruch 1, worin das Polymermaterial ein thermoplastisches Material ist.
Netzmaterial nach Anspruch 2, worin das thermoplastische Material ein Fluorpolymer ist.
Netzmaterial nach Anspruch 1, worin das Polymermaterial Polytetrafluorethylen-co-perfluoro-(alkylvinylether) ist.
Netzmaterial nach Anspruch 1, worin das Polymermaterial ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht ist.
Netzmaterial nach Anspruch 1, worin das Polymermaterial ein Polytetrafluorethylen ist.
Netzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches im Wesentlichen aus dem Polymermaterial besteht.
Netzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin eine Oberfläche des Gitters stellenweise Vertiefungen (74) in einer Oberfläche des Gitters umfasst.
Netzmaterial nach Anspruch 8, worin eine Vertiefung eine Rille zwischen zwei benachbarten Löchern des Netzmaterials bildet.
Netzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das Gitter nicht verstreckt ist.
Netzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die Weite der Löcher ca. 20 μm oder größer ist.
Netzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, angeordnet innerhalb eines Filtergerätes, wobei das Filtergerät ein Gehäuse, einen Prozessfluideinlass und einen Permeatauslass umfasst, worin der Prozessfluideinlass so angeordnet ist; dass er Prozessfluid in das Gehäuse leitet, und der Permeatauslass so angeordnet ist, dass er Permeat aus dem Gehäuse ableitet, und worin eine Oberfläche des Netzmaterials in Verbindung mit dem Prozessfluideinlass und eine andere Oberfläche des Netzmaterials in Verbindung mit dem Permeatauslass steht.
Verfahren zur Abtrennung von partikelförmigem Material aus einem Prozessfluid, umfassend das Durchleiten des Prozessfluids durch ein Netzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zum Herstellen eines geprägten Gitters (13, 26, 42), umfassend: Inkontaktbringen eines Barrens (21, 31, 41, 61) aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug (22, 33, 51) mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen (23, 32, 52), um einen geprägten Barren zu schaffen; und Abschälen des geprägten Barrens, um ein nichtgewobenes, nichtextrudiertes, einlagiges integrales Netzmaterial (12, 71) zu schaffen, welches ein geprägtes Gitter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, worin das Polymermaterial Polytetrafluorethylen-co-perfluoro(alkylvinylether), Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht oder Polytetrafluorethylen ist.
Verfahren nach Anspruch 14, worin das Polymermaterial ein thermoplastisches Material umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, worin das Polymermaterial ein Fluorpolymer umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, worin der Barren im Wesentlichen aus dem Polymermaterial besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, worin das Verfahren ferner die Wärmebehandlung des geprägten Gitters aus Polymermaterial umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, worin das Verfahren ferner das Hydrophilmachen einer Oberfläche des geprägten Gitters umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, worin das Verfahren ferner das Inkontaktbringen des geprägten Gitters mit einem zweiten Prägewerkzeug umfasst, wobei lokale Vertiefungen (74) in eine Oberfläche des geprägten Gitters eingedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, worin die lokalen Vertiefungen Rillen zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen (24, 34, 43, 62) des geprägten Gitters sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das Verfahren ferner das Aufheizen der Oberfläche des Barrens vor dem Inkontaktbringen des Barrens mit dem Prägewerkzeug umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, worin das geprägte Gitter nicht gereckt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, worin das geprägte Gitter im Wesentlichen frei von extrahierbaren Materialien ist.