DK141715B - Rørformet genstand til omvendt osmose eller ultrafiltrering, samt fremgangsmåde til fremstilling deraf. - Google Patents

Description

VE i) (§) (11) FREMLÆ6GELSESSKRIFT 141715 DANMARK {,,) lnt C|3 B 01 D 13/00 §(21) Ansøgning nr. 204)/75 (22) Indleveret den 15· spr. 1975 (23) Lebedag 13. apr. 1975 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesskrtftet offentliggjort den 2. jun. 1980

Dl REKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begse»«fra den

14. apr. 1972ø 7215252, PR

<71> RHONE-POULENC S.A., 22, avenue Montaigne, Paris 8e, PR.

(72) Opfinder: Michel Pages, Villa les Argelas, Saint Martin D‘Ardeche 07, ER.

(74) Fuldmeegtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Rørformet genstand til omvendt osmose eller, ultrafiltrering, samt fremgangsmåde til fremstilling deraf.

Den foreliggende opfindelse angår en rørformet genstand til omvendt osmose eller ultrafiltrering, samt en fremgangsmåde til fremstilling af denne genstand.

Det er kendt, at sådanne rørformede genstande sædvanligvis omfatter et rørformet støtteorgan, et porøst materiale og en membran.

Sådanne genstande fremstilles ved, at et kollodium anbringes på støtteorganer, som på en gang er stive og porøse, og som består af rør af glasfibre (jf. det franske patentskrift nr. 1.395*552), eller på rør, som er forsynet med perforeringer, omkring hvilke rør man har svøbt et porøst materiale, såsom papir og/eller stof (jf. det amerikanske patentskrift nr. 3.446.359>- Støtteorganet kan ligeledes bestå af et rør, som er dækket med et elastisk tekstilsvøb eller med et tekstilsvøb, som kan trække sig sammen i varme og derved indeslutte røret.

2 U1715

De således fremstillede rørformede genstande besidder visse ulemper. Tekstilsvøbet indeholder uundgåeligt nogle isolerede tråde, som strækker sig uden for svøbets overflade og trænger gennem membranen og således skaber perforeringer i membranen, hvilke perforeringer forringer membranens ydeevne, og til og med kan de gøre membranen ubrugelig til industriel anvendelse.

Det er derfor ifølge USA-patentskrift nr. 3.563.889 blevet foreslået at anvende garner fremstillet af kontinuerte monofilamenter ved fremstillingen af tekstilsvøb for at opnå en mere glat overflade af dette, som ikke udviser de nævnte ulemper. Det viser sig imidlertid, at også et sådant tekstilsvøb udviser adskillige uregelmæssigheder, der kan bevirke membranbrud under anvendelsen, især når de rørformige genstande underkastes høje tryk. Dette fremgår bl.a. af, at der i USA-patentskriftet kun nævnes anvendelsestryk på op til 3,5 bar.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at fremstille nye rørformede genstande, som ikke har de nævnte ulemper, men som omfatter en membran, som praktisk talt er fri for perforeringer, som har en mere ensartet tykkelse, og som er mere pålidelig og har forbedret ydeevne.

Opfindelsen angår altså en rørformet genstand til omvendt osmose eller ultrafiltrering, hvilken genstand omfatter et tekstilmateriale, som er dannet på sidevæggen af et rør, samt en membran, som er fast forbundet med tekstilmaterialet, og den rørformede genstand er ejendommelig ved, at tekstilmaterialet på den mod membranen vendte side har en overflade, der er underkastet en mekanisk og/eller termisk behandling for at gøre denne glat.

Opfindelsen angår ligeledes en fremgangsmåde til fremstilling af en rørformet genstand af ovennævnte art, ved hvilken man anbringer et tekstilmateriale omkring et rør og derefter danner en membran ved afsætning af et kollodium på det fremkomne tekstilmateriale, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at det anbragte tekstilmateriale underkastes en mekanisk og/eller termisk behandling for at gøre overfladen deraf glat, inden det belægges med det kollodium, som skal danne membranen.

Overfladebehandlingen, som den rørformede genstand ifølge den foreliggende opfindelse underkastes, giver den en stor overflade-regelmæssighed uden fremspring, og desuden bliver afsætningen af den polymer, der skal udgøre membranen, meget ensartet i tykkelse på 3 141715 grund af overfladeglatningen af tekstilsvøbet. Den rørformede genstand ifølge opfindelsen kan derfor modstå væsentlig højere tryk (60 bar) end materialet ifølge det ovennævnte USA-patent-skrift nr. 3.563.889, Endvidere opnås den fordel, at den rørformede genstand kan fremstilles af garner, der er gængse i handelen, og som generelt altid udviser overfladeuregelmæssigheder.

Som rør kan man anvende enten en simpel dorn, som gør det muligt at fremstille membranen fastbundet til tekstilmaterialet, eller mere almindeligt det rør, som udgør et af støtteorganerne for membranen, når denne er i brug. Dette rør kan være et stift rør, som enten er porøst eller forsynet med regelmæssigt ordnede perforeringer, og det kan være fremstillet af stål eller af en syntetisk harpiks, såsom en copolymer af acrylonitril, butadien og styren (såkaldt ABS-plast).

Tekstilmaterialet fremstilles enten ud fra et væv eller tilsvarende, som man svøber i ét eller flere lag omkring røret, eller fortrinsvis ved hjælp af et tekstilsvøb. Dette er sædvanligvis enten et elastisk svøb eller et svøb af et materiale, som kan krympe, især i varme.

Tekstilmaterialet kan være et vævet, flettet, strikket eller ikke-vævet materiale. Det kan bestå af tråde eller fibre af naturligt, kunstigt eller fortrinsvis syntetisk materiale. Det kan hensigtsmæssigt være et syntetisk materiale, som blødgøres progressivt ved opvarmning. Tekstilmaterialer på basis af polypropen er særligt egnede.

Tekstilmaterialet kan afsættes enten inden i det støttende rør eller fortrinsvis udenpå og omkring røret. Trådende kan være énfiber-tråde eller fortrinsvis flerfibertråde. Antallet af fibre i flerfiber-trådene er sædvanligvis mellem 5 og 200, fortrinsvis mellem 20 og 100. Trådenes titer kan være mellem 10 og 1000 denier, fortrinsvis mellem 50 og 500 denier.

Por at fremstille en rørformet genstand ifølge opfindelsen anbringer man først tekstilmaterialet på det rørformede støtteorgan.

Til dette formål skærer man tekstilmaterialet i de ønskede dimensioner og anbringer det på røret ved kendte metoder, f.eks. ved at svøbe det omkring røret eller ved at trække det på røret. Den sidstnævnte teknik er især interessant, når man anvender et tekstilsvøb. Man fæstner derefter tekstilmaterialet på en hvilken som helst gængs måde. idet man undgår dannelsen af folder, f.eks. ved hjælp af en krave, som spændes ved begge ender. Hvis der anvendes et svøb, benyttes et sådant, hvis bredde i plan tilstand svarer til den halve omkreds af 4 141715 den rørformede genstand. Hvis man anvender et svøb, som kan krympe i tværretningen, sker fastgørelsen ved en simpel sammentrækning, f.eks. ved at røret plus svøbet i en vis tid udsættes for varme, når svøbet er fremstillet af et materiale, som krymper i varme. Det kan være fordelagtigt at fastgøre svøbet stabilt ved en af rørets ender på gængs måde, f.eks. ved en kraftig termisk krympning af svøbet eller ved hjælp af en konisk prop, somfhstspænder svøbets ende inden i røret.

En god kontakt mellem tekstilmaterialet og rørets hele overflade kan f.eks. opnås ved fugtning af tekstilmaterialet, især ved nedsænkning af røret, som er dækket med tekstilmaterialet, i en væske, såsom vand.

Når tekstilmaterialet sidder godt på plads, begynder man at glatte dets ydre overflade. Denne operation kan ske ved en hvilken som helst kendt kemisk, fysisk eller mekanisk metode, eller ved en kombination af forskellige metoder.

Glatningen kan f.eks. ske ved, at det støttende rør plus tekstilmaterialet føres gennem en zone, der er opvarmet til en temperatur, som vil forårsage en overfladisk blødgøring af tekstilmaterialet. Glatningen kan ligeledes tilvejebringes på mekanisk måde ved kalibrering ved hjælp af en profileret, glat genstand. Hensigtsmæssigt sker glatningen ved en kombination af begge disse metoder.

Graden af glatningen bør opnås og opretholdes med præcision, hvilket forudsætter en nøjagtig justering af glatningsanordningen i forhold til svøbet. Desuden bør glatningen af et rørformet svøb gennemføres ensartet over svøbets yderflade.

I et svøb, som er elastisk, eller som kun kan krympe i diametral retning, spændes islættrådene omkring røret og forsvinder ind i svøbet, mens kædetrådene anbringer sig og viser sig længere ud. Denne anordning kan yderligere accentueres gennem den anvendte vævningsmåde.

En sådan anordning forbedrer fastholdelsen og vedhæftningen af membranen på en tekstilbærer og fremmer strømningen af den væske, som er passeret gennem membranen.

Man kan udnytte glatningen til at kalibrere yderoverfladen af det på røret anbragte tekstilmateriale, dvs. give det en veldefineret yderdiameter. Man gennemfører derfor glatningen og kalibreringen af det på støtteorganet anbragte tekstilmateriale ved anvendelse af både mekaniske og termiske metoder.

Glatningen kan gennemføres på følgende måde. Man fører med konstant hastighed et rør, som udvendigt er dækket med et syntetisk stof, gennem en glat og profileret genstand, som består af et svagt konvergent 5 141715 rør, der på kendt måde, f.eks. ved hjælp af en induktionsspole, er opvarmet til en konstant temperatur, som er tilstrækkelig til at tilvejebringe en overfladisk blødgøring af stoffet. Fremføringen 3ker langs rørets akse. Det lette tryk, som udøves af rørets glatte væg på det på overfladen blødgjorte stof, gør det muligt med lethed at opnå den ønskede glatning.

Det er fordelagtigt at lade en foropvarmning af stoffet på dets støtteorgan gå forud for glatningen. Denne foropvarmning kan opnås ved, at røret, som er dækket med stof, først ledes gennem ét eller flere varmeelementer, der er opvarmet til stigende temperaturer, som f.eks. kan bestemmes eksperimentielt. Disse varmeelementer kan ligeledes bestå af svagt konvergerende rør.

Glatningen af tekstiloverfladen bør fortsættes tilstrækkeligt langt, for at alle uregelmæssigheder på overfladen skal forsvinde. Især bør glatningen nedpresse, udjævne eller fjerne alle fibre eller tråde, som hæver sig over tekstilmaterialets yderoverflade.

Glatningen tilvejebringer desuden en udbredning af tekstiltrådene på overfladen. iDenne udbredning bør ikke fortsættes så langt, attrådene forenes til en hovedsagelig kontinuerlig overflade, fordi man derved skaber et næsten uigennemtrængeligt membranunderlag, hvilket ville modvirke det efterstræbte formål.

De bedste glatningsbetingelser bestemmes eksperimentelt i hver enkelt tilfælde med hensyntagen til naturen af de tråde, som danner tekstilmaterialet, og til trådenes struktur.

Man har konstateret, at rørformede tekstilsvøb, især vævede eller flettede svøb, egner sig særlig godt til glatning.

Man han ligeledes konstateret, at tekstilmateriale med flerfi-bertråde giver bedre resultat end tekstilmateriale, som udelukkende består af énfibertråde. Ved glatning udbredes énfibertrådene over en ganske stor overflade og giver uigennemtrængelige zoner. Flerfibertråde med samme titer har ikke denne ulempe, selv om de udbredes over en hovedsagelig lige så stor overflade. Grundfibrene bevarer hovedsagelig deres form, som sædvanligvis er cylindrisk, og de forener sig ikke så let med hinanden.

Takket være den ovenfor beskrevne glatning har tekstilmaterialets yderoverflade en finere hud, som muliggør en mere ensartet fordeling af kollodium på tekstilmaterialet og følgelig dannelse af en membran med en mere regelmæssig tykkelse. Membranens tykkelse kan 141715 6 siden, hvis det ønskes, mindskes således, at man forbedrer dens ydeevne, hvad angår permeatstrøm, under bibeholdelse af en tilfredsstillende selektivitet. Desuden mindsker man således forbruget af kollodium.

Efter glatningen fremstiller man en membran på overfladen af det glattede tekstilmateriale. Dette sker sædvanligvis ved afsætning af et kollodium og afdampning af opløsningsmidlet.

Man har konstateret, at man kan forbedre membranens ydeevne væsentligt, hvis man efter glatningen af tekstilmaterialets yderoverflade og før afsætningen af kollodium på denne overflade midlertidigt ændrer tekstilmaterialets porøsitet ved imprægnering af tekstilmaterialet med en forbindelse, som ikke blander sig med kollodiumet, som ikke har nogen virkning på tekstilmaterialet, og som senere kan fjernes, i alt fald delvis. Sædvanligvis tilvejebringer man en midlertidig tildækning af tekstilmaterialets porer, enten med vand eller med en med vand blandbar væske. Man kan ligeledes anvende forbindelser, som er opløselige i vand, såsom gelatine, gummi arabicum, naphthalen og polyvinylalkohol. Man kan også imprægnere tekstilmaterialet med kamfer, som kan fjernes ved sublimering ved en temperatur af størrelsesordenen 40°C. Denne midlertidige tildækning af mellemrummene mellem trådene i tekstilmaterialet gennemføres på en hvilken som helst kendt måde, f.eks. ved neddypning af røret og det glattede tekstilmateriale i et bad ved stuetemperatur. Denne behandling tilvejebringer samtidig afkøling af røret og tekstilmaterialet .

Efter glatningen, som eventuelt efterfølges af en midlertidig tildækning af tekstilmaterialets porer, anbringer man et kollodium på kendt måde, f.eks. ved de metoder, som er beskrevet i det franske patentskrift nr. 1.506.402. Vandet eller den væske, som er anvendt til den midlertidige tildækning af tekstilmaterialets porer, afdampe s efter at have forhindret indtrængning af kollodium i det indre af tekstilmaterialet. På denne måde lettes den senere strømning af permeat under membranen og gennem tekstilmaterialet, hvorved permeat-strømmen øges.

Eventuelt gennemfører man en varmebehandling af membranen, således som det f.eks. er beskrevet i det amerikanske patentskrift nr. 3.446.359· 7 141715

Opfindelsen illustreres i følgende eksempel.

Eksempel

Man anvender et rør af en copolymer af acrylonitril, butadien og styren (ABS-plast), hvilket rør har et cirkulært tværsnit, en indre diameter på 1,00 cm, en yderdiameter på 1,80 cm og en længde på 150 cm. Røret er forsynet med huller med diameter 0,08 cm, som er anbragt i en afstand af 8,5 cm fra hinanden langs rørets længde. Omkring dette rør anbringes et rørformet, vævet tekstilsvøb med femskaftet satinbinding med skridningstallet 2. Dette svøb har en bredde i jævnet tilstand på 3 cm og en længde på 151 cm.

Det væv, hvoraf svøbet består, har en kæde, som består af polypropentråde med titeren 200 denier/40 fibre, snoet 340 omdrejninger pr. meter, og et islæt, som består af elastiske tråde (stretch-garn) med titeren 70 denier/20 fibre. Disse tråde kan krympe i varme og er fremkommet ved spinding af en blanding af 83$ polyvinylchlorid og 17# overchloreret polyvinylchlorid (sælges under navnet "Clevyl"). Vævet er fremkommet ved 30 skytteslag pr. cm på hver side.

Man sænker røret med tekstilsvøbet ned i vand ved 85°C i 5 minutter. Herved krymper svøbet radialt og kommer i kontakt med hele rørets overflade. Svøbets længde forbliver derimod uforandret. Svøbet fæstner sig således af sig selv på støtterøret.

Derefter indfører man den således fremkomne genstand i to på hinanden følgende konvergente rør, som består af hårdforchromet kobber. Det første rør, hvis mindste inderdiameter er 18,8 ram, er opvarmet til en temperatur på 190°C, og det andet rør, hvis mindste inderdiameter er 18,6 mm, er opvarmet til en temperatur på 210°C.

Man flytter genstanden af rør og tekstilsvøb i disse to rør med en konstant hastighed på 0,03 m/s, og man tilvejebringer således successivt foropvarmning og glatning af tekstilsvøbet.

Man frembringer derefter en midlertidig tildækning af tekstilsvøbets porer ved hjælp af vand. Ved tillempning af de metoder, som er beskrevet i de franske patentskrifter nr. 1.426.548 og nr. 1.506.402 afsætter man derefter på tekstilsvøbet et kollodium, som indeholder 25% celluloseacetat i en blanding af acetone og formamid i vægtforholdet 60:40. Man holder det hele ved en temperatur på 0°C i 30 minutter, hvorpå det hele underkastes en varmebehandling ved 85°C i 20 minutter. På denne måde fremstilles en membran, som har regelmæssig tykkelse, som er fri for huller, og som hæfter godt til det glattede tekstilsvøb.

8 141715

Ydeevnen af den således fremkomne membran A er sammenlignet med ydeevnen dels af en membran B med samme sammensætning fremstillet på et identisk underlag, men uden den forudgående tildækning af porerne i underlaget, og dels af en membran C fremstillet under lignende betingelser med tildækning af porerne i underlaget, men på et identisk tekstilsvøb, som ikke er glattet. De fremkomne resultater er sammenfattet i nedenstående tabel.

Type af 2 Tilbageholdnings-

membran Q, 1/døgn · nr grad, % K

A 304 98,7 8,8 B 230 98,8 8 C 336 85,0 10,4 I tabellen betegner Q den strøm, udtrykt i liter pr. døgn og m2 membranoverflade, af en natriumchloridopløsning (35 g/1), som trænger igennem membranen ved 20°C under et tryk på 60 bar.

Tilbageholdningsgraden i % betegner forholdet mellem den mængde salt, som tilbageholdes af membranen, og den oprindelige saltmængde. Koefficienten K er forholdet mellem den strøm af rent vand, udtrykt i liter/døgn · m , som trænger igennem membranen ved 20°C ved en trykforskel på 6o bar, og den tilsvarende vandstrøm ved en trykforskel på 1 bar.

Af tabellen fremgår dels, at membran C, som er fremstillet på et ikke-glattet underlag, har en lavere tilbageholdningsgrad end membranerne A og B, som er fremstillet på glattede underlag, og dels, at den midlertidige tildækning af porerne i tekstilunderlaget for membran A betydeligt øger værdien af strømmen Q.