FR2707522A1 - Membrane de filtrage microporeuse soutenue, procédé de préparation de celle-ci, élément formant cartouche filtrante comprenant cette membrane et procédé de filtrage utilisant celle-ci. - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract
La présente invention concerne une membrane de filtrage microporeuse soutenue. La membrane de l'invention comprend un matériau de support fibreux non tissé poreux ayant des premier et second côtés et une membrane microporeuse continue ayant des première et seconde zones, dans laquelle le premier côté du matériau de support fait partie intégrante avec la première zone tout en ne faisant pas saillie dans la seconde zone, et la première zone a une taille de pore au moins supérieure d'environ 50% à la taille de pore de la seconde zone. L'invention s'applique notamment au filtrage de fluides contenant des bactéries.
Description
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La présente invention concerne une membrane de filtrage microporeuse soutenue, un procédé pour sa préparation, un élément formant cartouche filtrante comprenant cette membrane
et un procédé de filtrage utilisant celle-ci.
Des membranes microporeuses ont été préparées pendant plusieurs années. Le brevet US No. 4 340 479 décrit généralement la préparation de membranes microporeuses sans peau par coulage d'une solution de résine polymère sur un substrat et par trempe de la pellicule fine de polymère
résultante.
Bien que ces membranes conviennent pour plusieurs utilisations, elles souffrent plusieurs désavantages. En
particulier, de telles membranes sont relativement fragiles.
Afin de conférer une résistance mécanique à de telles membranes, elles sont habituellement accouplées à un matériau de support fibreux non tissé; toutefois, le coulage de la solution de résine polymère sur un tel matériau ne n'effectue pas sans difficultés ni problèmes. Le substrat a de préférence une grande taille de pore pour minimiser la chute de pression à travers la membrane soutenue et des fibres
grossières pour obtenir la plus grande résistance mécanique.
Les pores de substrat qui sont trop grands conduisent toutefois à des vides ou des trous dans le revêtement de la membrane sur le support, et une grossièreté croissante de fibre résulte en une raideur croissante de fibre et en la possibilité d'endommagement de la membrane pendant les manipulations physiques de la membrane soutenue nécessaires pour préparer, par exemple, un élément de filtre tel qu'une
cartouche filtrante.
En outre, dans le procédé d'enduction, il y a invariablement des fibres faisant saillie à partir de la masse principale des fibres qui forment le matériau de support. Par conséquent, la membrane n'est pas formée sur une surface entièrement lisse, et l'épaisseur de la couche de membrane doit être augmentée pour assurer que toutes ces fibres saillantes et tous les défauts dans la couche de membrane engendrés par de telles fibres saillantes, sont
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complètement couverts par une partie de membrane suffisante non fissurée pour atteindre les caractéristiques de filtrage souhaitées. Les tentatives pour éviter certains de ces problèmes en formant séparément la membrane et en la laminant ensuite sur un matériau de support adapté, typiquement par application de chaleur sur celui-ci, n'ont pas été entièrement couronnées de succès. Bien que le laminage soit capable de s'occuper de manière adéquate de nombreuses déficiences structurelles et de préparation des membranes microporeuses, d'autres problèmes sont introduits par cette méthodologie. Le problème le plus significatif est la possibilité d'une délamination subséquente de la membrane. Ce problème est particulièrement sérieux lorsqu'une membrane est nettoyée en vue de sa réutilisation par rinçage à contre-courant du système de filtrage. Un autre problème relatif au laminage concerne l'effet potentiel du procédé de laminage sur la structure de pores de la membrane. Lorsque la chaleur est utilisée pour effectuer le laminage, l'augmentation de la température peut endommager la membrane en altérant la structure ou la taille de pores de la membrane sur sa surface. De telles altérations de la taille de pores peuvent détériorer la résolution et/ou la durée de vie utile de la membrane. En résultat, les membranes microporeuses laminées ne sont pas entièrement satisfaisantes, et des membranes formées directement sur des matériaux de support adaptés sont utilisées le plus
couramment, bien qu'avec certains compromis.
Afin de compenser le plus grand nombre possible des problèmes précités, des membranes microporeuses sans peau disponibles dans le commerce utilisent généralement un matériau de support fibreux non tissé relativement épais avec des pores fins et des fibres fines avec une couche de membrane d'épaisseur substantielle enveloppant le matériau de support entier, c'est-à-dire le matériau de support est entièrement noyé dans la membrane. La membrane microporeuse soutenue résultante est généralement satisfaisante pour ses utilisations prévues, mais elle est assez épaisse et présente
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une chute de pression élevée. En outre, dans des applications critiques, comme celles qui consistent à retirer des bactéries, des virus, et d'autres contaminants nocifs à partir de produits pharmaceutiques, deux membranes microporeuses de cette sorte sont typiquement utilisées en série pour garantir que le retrait attendu des contaminants,
désigné par "tréduction de titrage", est effectivement obtenu.
L'utilisation de deux membranes ou plus en série résulte toutefois en des chutes de pression plus élevées de manière
significative.
Certains efforts ont été effectués pour préparer des membranes microporeuses avec peau qui diffèrent des membranes sans peau précitées en ce qu'elles ont une peau dense trouée par des pores de diamètre plus petit que les pores dans le restant de la membrane. De telles membranes microporeuses avec peau sont révélées, par exemple, dans le brevet US No. 3 876 738. De telles membranes avec peau peuvent être considérées comme comprenant la peau qui produit la première action de tamisage et une couche de support qui est cette partie de la membrane qui ne forme pas la peau et qui a une taille de pore plus grande que les pores trouant la peau. Ces membranes avec peau souffrent toutefois au moins les mêmes difficultés et problèmes que les membranes microporeuses sans peau décrites ci-dessus et peuvent même présenter des chutes de pression plus élevées et d'autres faibles caractéristiques de filtrage. Le brevet US No. 4 595 503 cherche à améliorer la résistance et la taille de pore de telles membranes microporeuses avec peau en étirant les membranes dans au moins une direction avant de les sécher; toutefois, un tel étirage peut facilement résulter en des déchirures ou des
grands pores de manière inacceptable.
Dans un essai pour éviter ce problème particulier, le brevet US No. 4 770 777 révèle un procédé quelque peu différent pour préparer une membrane microporeuse soutenue avec peau, mais le procédé n'élimine pas tous les problèmes associés aux membranes microporeuses avec peau. Le procédé consiste à couler une première couche de membrane sur un
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support solide qui est séparé ultérieurement de la première couche de membrane, noyer un support en tissu dans cette première couche de membrane pour former un premier composite couche de membrane/support en tissu, et couler une seconde couche de membrane au-dessus du premier composite couche de membrane/support en tissu pour former un composite stratifié en forme de sandwich. La membrane microporeuse soutenue avec peau ainsi préparée souffre toutefois les mêmes désavantages que les autres membranes microporeuses avec peau en ce qui concerne la chute de pression élevée et d'autres faibles
caractéristiques de filtrage.
En particulier, des défauts significatifs sous la forme, par exemple, de macrovides, de fissures, de picots, et d'autres défauts et imperfections qui fissurent la couche de peau ou conduisent à une défaillance d'utilisation, peuvent être présents dans les membranes. La présence de tels défauts dans la peau peut résulter en une membrane qui est dimensionnée pour le retrait de matériaux d'une certaine taille, mais qui néanmoins permet à une partie d'un tel matériau de passer à travers la membrane lors de son utilisation. En outre, de telles membranes avec peau possèdent un faible niveau d'intégrité structurelle et sont
facilement encrassées par des débris.
En conséquence, il existe un besoin pour une membrane microporeuse qui soit apte à fournir un niveau élevé d'intégrité structurelle sans une chute de pression accrue de manière significative à travers la membrane. De plus, une telle membrane doit également fournir une réduction de titrage relativement élevée et uniforme et, en outre, être sensiblement sans défaut de manière à minimiser la
possibilité de défaillance d'utilisation.
La présente invention propose une telle membrane microporeuse soutenue qui présente une réduction du titrage élevée, une chute de pression basse, une absence de défauts, et une bonne intégrité structurelle. La présente invention propose également un procédé pour préparer une telle membrane.
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Ces avantages et d'autres avantages de la présente invention, ainsi que d'autres caractéristiques inventives
additionnelles, apparaîtront au cours de la description de
l'invention qui est donnée ici.
A cet effet, la présente invention propose une membrane microporeuse soutenue de filtrage comprenant un matériau de support fibreux, poreux et non tissé ayant des premier et second côtés, et une membrane microporeuse continue avec des première et seconde zones en couches. Le premier côté du matériau de support fait partie intégrante avec la première zone tout en ne pénétrant pas dans la seconde zone, et la première zone a une taille de pore au moins supérieure
d'environ 50% à la taille de pore de la seconde zone.
La présente invention propose en outre un procédé pour préparer une telle membrane de filtrage microporeuse soutenue. Le procédé consiste à prévoir un matériau de support fibreux, non tissé et poreux ayant des premier et second côtés, appliquer une première solution de coulage sur le premier côté du matériau de support pour former une première couche de solution de coulage ayant une surface sensiblement lisse, appliquer une seconde solution de coulage sur la surface sensiblement lisse de la première couche de solution de coulage pour former une seconde couche de solution de coulage avant la formation complète d'une membrane à partir de la première solution de coulage, et former une membrane microporeuse continue ayant des première et seconde zones à partir des première et seconde solutions de coulage de sorte que le premier côté du matériau de support fasse partie intégrante avec la première zone tout en ne pénétrant pas dans la seconde zone, et la première zone a une taille de pore au moins supérieure d'environ 50% à la
taille de pore de la seconde zone.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre de deux modes de réalisation particuliers, actuellement préférés de l'invention, donnés
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uniquement à titre d'exemples illustratifs non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexes, dans lesquels: - la figure 1A est une micrographie à balayage électronique d'une membrane de filtrage microporeuse soutenue de la présente invention qui représente l'interface entre les deux zones poreuses de la membrane à un facteur de grossissement de 600X; - la figure lB représente un détail de la membrane microporeuse de l'invention, indiqué par une région rectangulaire sur la figure lA, avec un facteur de grossissement de 6000X; et - la figure 2 est une micrographie à balayage électronique d'une autre membrane de filtrage microporeuse soutenue de la présente invention qui représente l'interface entre les deux zones poreuses de la membrane à un facteur de
grossissement de 5000X.
Suivant l'exemple de réalisation représenté sur les dessins, la présente invention propose une membrane de filtrage microporeuse soutenue comprenant un matériau de support fibreux non tissé poreux et une membrane microporeuse continue. Le matériau de support a des premier et second côtés, alors que la membrane microporeuse a des première et seconde zones en couches. Le premier côté du matériau de support fait partie intégrante avec la première zone de la membrane microporeuse tout en ne faisant pas saillie dans la seconde zone de la membrane microporeuse, et la première zone a une taille de pore au moins supérieure d'environ 50% à la
taille de pore de la seconde zone.
La membrane de filtrage microporeuse soutenue de la présente invention a une efficacité élevée (telle que mesurée par réduction de titrage) et un niveau élevé d'intégrité structurelle avec une chute de pression plus faible de manière significative, en comparaison avec des membranes de filtrage soutenues classiques de porosité similaire. Nous pensons que ces résultats sont obtenus en résultat de la première zone de la membrane continue (qui fait partie intégrante du matériau de support) agissant soi-même en tant
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qu'un matériau de substrat à faible chute de pression, homogène et à surface lisse et de la seconde zone de la membrane microporeuse (disposée en couche au-dessus de la première zone) servant en tant que composant qui détermine l'efficacité de filtrage ou la réduction de titrage. Le matériau de support fibreux non tissé poreux peut être préparé à partir de tout matériau adapté d'une manière quelconque adaptée. Le matériau de support doit fournir à la membrane une résistance suffisante pour supporter les pressions d'écoulement rencontrées pendant son utilisation sans se déformer au point que la membrane microporeuse soit endommagée. Le matériau de support comprend de préférence du
polyester, du polypropylene, du polyethylene ou du polyamide.
Le matériau de support utilisé conjointement avec la présente invention est formé de préférence à partir de fibres ayant un diamètre aussi grand que possible de manière à fournir un degré élevé d'intégrité structurelle et une chute de pression basse, tout en n'étant pas tellement grand que des manipulations mécaniques ultérieures de ces fibres puissent endommager la membrane microporeuse qui, avec le matériau de support, constituent la membrane microporeuse soutenue de la présente invention. Encore plus préférablement, le matériau de support utilisera des fibres ayant un diamètre d'environ -25 pm pour obtenir une taille moyenne de pore d'environ
50-100 pm.
La première zone de la membrane microporeuse possède de préférence des pores qui sont aussi grands que possible tout en étant compatibles avec l'obtention d'une surface lisse pour la seconde zone. La première zone doit avoir une taille moyenne au moins supérieure d'environ 50% à la taille moyenne des pores dans la seconde zone, de préférence au moins supérieure d'environ 100% à la taille moyenne des pores dans la seconde zone, encore plus préférablement au moins supérieure d'environ 200% à la taille moyenne des pores dans la seconde zone. Les pores dans la première zone ont généralement une taille s'étalant d'environ 0,5 Mm à environ Mm, de préférence environ 0,5 Mm à environ 2 pm. La
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répartition de la taille de pore de la première zone est de préférence très étroite, encore plus préférablement similaire à la répartition de taille de pore de la seconde zone, bien que ceci ne soit pas essentiel pour des performances satisfaisantes. La première zone doit être aussi fine que possible tant qu'elle fournit la résistance structurelle souhaitée et couvre entièrement le premier côté du matériau de support de sorte qu'aucune fibre du matériau de support ne fasse saillie à travers la première zone et pénètre dans la seconde zone. L'épaisseur de cette zone sera typiquement d'environ 50 pm à environ 200 pm et de préférence environ
Mm à environ 125 Mm.
La seconde zone possède des pores qui ont une taille fournissant l'efficacité de filtrage ou la réduction de titrage souhaitée. Généralement, les pores de la seconde zone sont d'environ 1 Mm ou moins, s'étalant typiquement à partir d'environ 0,01 Mm à environ 1 Mm. Encore plus préférablement, les pores de la seconde zone auront une taille qui s'étalera à partir d'environ 0,02 Mm à environ 0,5 pm. La répartition de taille de pore de la seconde zone sera bien étroite. La membrane microporeuse présente de préférence sensiblement les mêmes écoulements diffusifs à des pressions de 70% et 85% de KL, c'est-à-dire la courbe KL a un point d'inflection plutôt aigu. En termes absolus, les écoulements diffusifs à des pressions de 70% et 85% de KL sont de préférence inférieurs à cm3/min/pied carré de surface de membrane (108 cm3/min/m2 de surface de membrane) et encore plus préférablement inférieurs à 5 cm3/min/pied carré de surface de membrane (54 cm3/min/m2 de surface de membrane). La création d'une courbe KL est décrite dans le brevet US No. 4 340 479. Une courbe similaire, désignée par courbe KUF, utile pour des membranes microporeuses ayant une taille de pore très faible, peut être utilisée de manière analogue pour mesurer la répartition de taille de pore. La création d'une courbe KUF est décrite dans la demande de brevet US No. de série 07/882 473, déposée le 13 Mai 1992. La seconde zone est de préférence aussi fine que possible pour minimiser la chute de
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pression à travers la membrane microporeuse tout en étant suffisamment épaisse pour obtenir la réduction de titrage souhaitée conformément à la relation entre l'épaisseur et la réduction de titrage, comme indiqué dans le brevet US No. 4 340 479. L'épaisseur de la seconde zone sera typiquement comprise entre environ 10 pm et environ 250 Mm, de préférence
entre environ 25 pm et environ 125 Mm.
Alors qu'au moins le premier côté du matériau de support fait partie intégrante avec la première zone de la membrane microporeuse, le second côté du matériau de support peut également faire corps avec la première zone de la membrane microporeuse. Autrement dit, le matériau de support entier peut être noyé dans la première zone de la membrane microporeuse pour assurer qu'aucune partie du matériau de support n'est séparée du restant de la membrane microporeuse soutenue pendant son utilisation, en particulier pendant son lavage par inversion du courant. De préférence, toutefois, le second côté du matériau de support ne fait pas partie intégrante avec la première zone de la membrane microporeuse, c'est-à-dire le matériau du support entier n'est pas noyé dans la première zone de la membrane microporeuse. Encore plus préférablement, tout sauf une partie du matériau de support, spécifiquement tout sauf une couche ayant une épaisseur d'au moins environ 50 Mm sur le second côté du matériau de support, fait partie intégrante avec la première
zone de la membrane microporeuse.
Le mode de réalisation de la présente invention dans lequel le second côté du matériau de support ne fait pas partie intégrante avec la première zone de la membrane microporeuse est particulièrement utile lorsque la membrane de filtrage microporeuse soutenue de la présente invention est pliée, par exemple dans un élément formant cartouche filtrante comprenant un boîtier et la membrane de filtrage microporeuse soutenue de la présente invention qui a été formée en une pluralité de plis. Dans une telle configuration plissée, la résistance hydraulique faible du matériau de support non tissé fibreux du second côté de la membrane
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soutenue garantit que le fluide filtré passant à travers la membrane de filtrage microporeuse soutenue dans la région des plis ne sera pas indûment empêché de passer entre des plis adjacents, c'est-à-dire n'aura pas un impact contraire significatif sur la chute de pression à travers l'élément de
filtrage ou sur le volume de stockage de fluide de filtrage.
Par conséquent, le second côté du matériau de support peut remplacer le matériau distinct de drainage ou de séparation qui est classiquement accouplé aux membranes de filtrage plissées dans des éléments formant cartouche filtrante et analogue qui utilisent des membranes de filtrage dans des
configurations plissées.
La présente invention propose en outre un procédé pour préparer une membrane de filtrage microporeuse soutenue. Le procédé consiste à prévoir un matériau de support fibreux non tissé poreux ayant des premier et second côtés, appliquer une première solution de coulage sur le premier côté du matériau de support pour former une première couche de solution de coulage ayant une surface sensiblement lisse, appliquer une seconde solution de coulage sur la surface sensiblement lisse de la première couche de solution de coulage pour former une seconde couche de solution de coulage avant la formation complète d'une membrane microporeuse à partir de la première solution de coulage, et former une membrane microporeuse continue ayant des première et seconde zones à partir des première et seconde solutions de coulage de sorte que le premier côté du matériau de support fasse partie intégrante avec la première zone tout en ne faisant pas saillie dans la seconde zone, et la première zone a une taille de pore au moins supérieure d'environ 50% à la taille de pore de la
seconde zone.
La membrane microporeuse soutenue peut être préparée d'une manière quelconque adaptée, de préférence généralement conformément à l'enseignement du brevet US No. 4 340 479. Par conséquent, les solutions de coulage, les bains de trempe et les processus généraux de formation de membrane sont classiques en nature à quelques exceptions près. La formation
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de la membrane s'effectuera nécessairement en deux étapes avec la première solution de coulage qui est appliquée sur le matériau de support suivie par la seconde solution de coulage. La membrane comprenant à la fois les première et seconde couches est alors trempée simultanément dans le même bain de trempe. Etant donné que la première couche est plus grossière, elle coagulera plus lentement, permettant la formation d'une membrane microporeuse continue ayant les première et seconde zones comme décrit précédemment. La présente invention peut s'appliquer à tout polymère adapté pour la formation d'une membrane microporeuse, par exemple un polymère quelconque parmi les nombreux polyamides, ainsi que le polyvinylidène fluoride, le polysulfone, et le polyéthersulfone. Alors que le procédé de la présente invention peut être mis en oeuvre d'une manière quelconque adaptée, le matériau de support sera typiquement transporté à une caisse de tête et configuré pour séquentiellement appliquer deux solutions de coulage sur le matériau. Spécifiquement, cette caisse de tête appliquera une première solution de coulage sur le premier côté (ou supérieur) du matériau de support pour former une première couche de solution de coulage couvrant sensiblement le premier côté du matériau de support de sorte qu'aucune fibre du matériau de support ne fasse saillie à travers la première couche de solution de coulage et qu'une surface sensiblement lisse soit formée pour le dépôt de la seconde couche de solution de coulage. La combinaison d'une surface sensiblement lisse et sans défaut est un facteur significatif pour réaliser une seconde zone microporeuse qui soit elle-même sensiblement uniforme en épaisseur et sans défaut. Le lissé de la première couche de solution de coulage peut être influencé par la viscosité de la première solution de coulage. La première solution de coulage doit avoir une viscosité qui est adaptée pour réaliser une surface sensiblement lisse qui restera aussi régulière après
l'application de la seconde solution de coulage sur celle-ci.
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En conséquence, la viscosité de la première solution de coulage doit être au moins égale à environ 250 centipoises, de préférence au moins environ 500 centipoises, et encore
plus préférablement au moins environ 1000 centipoises.
Lorsque la première solution de coulage est appliquée sur le support, de l'air sera souvent présent dans cette solution. Si les bulles d'air sont laissées dans la solution, elles engendreront des défauts dans la surface de la membrane formée à partir de celle-ci. De telles bulles d'air peuvent être retirées de la solution par tout moyen adapté. De préférence, le matériau de support et la première couche sont soumis à une dépression sous vide de sorte que la première solution de coulage soit rendue sensiblement sans air. En particulier, le second côté du matériau de support est acheminé de préférence sur une fente à vide afin de tirer la première solution de coulage à partir du premier côté du matériau de support vers le bas dans le matériau de support et, en même temps, retirer l'air de la première solution de coulage. Apres l'application de la première solution de coulage sur le matériau de support, le matériau de support ainsi recouvert est passé à travers un moyen qui est apte à réguler l'épaisseur de la première couche de solution de coulage et assurer qu'une surface lisse soit prévue pour le dépôt de la seconde solution de coulage. Ceci peut être accompli par tout moyen classique, comprenant par exemple un rouleau ou une lame de docteur, bien que l'utilisation d'une lame de docteur
à cet effet soit préférée.
Les première et seconde couches de solution de coulage combinées sont ensuite trempées en utilisant des procédés classiques, par exemple en les passant dans un bain de trempe. Une membrane microporeuse continue ayant des première et seconde zones est formée à partir des première et seconde couches de solution de coulage, avec chaque zone ayant une taille moyenne de pore particulière mais différente à l'intérieur d'une distribution étroite de taille de pore. La membrane microporeuse est continue au sens o un continuum
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existe entre les zones, avec aucune rupture entre la structure polymère qui comprend la première zone et celle qui comprend la seconde zone, bien qu'il y ait un changement
brutal dans la taille de pore entre les deux zones.
L'interface entre les deux zones est montrée dans les micrographies à balayage électronique des figures 1 et 2. La figure 1A montre l'interface entre les deux zones dans une membrane microporeuse de la présente invention à un facteur de grossissement de 600 X, alors que la figure lB montre la région rectangulaire indiquée sur la figure 1A à un facteur de grossissement de 6000 X. La figure 2 montre l'interface entre les deux zones dans encore une autre membrane microporeuse de la présente invention à un facteur de grossissement de 5000 X. Le continuum de la membrane microporeuse conforme à la présente invention est à opposer avec la transistion qui existe entre deux membranes poreuses complètement formées ayant une porosité différente et qui ont
été laminées ensemble.
Les exemples suivants sont une illustration supplémentaire de la présente invention mais, bien entendu, ils ne doivent pas être pris comme limitant d'aucune façon la
portée de la présente invention.
Exemple 1
Cet exemple illustre les avantages relatifs aux membranes microporeuses soutenues de la présente invention en
comparaison avec des membranes classiques similaires.
Deux membranes microporeuses soutenues (échantillons A et B) sont préparées conformément à la présente invention, et leurs propriétés sont déterminées et comparées avec des membranes disponibles dans le commerce (Pall Ultipor , marque enregistrée sous N66 et Millipore GVWP). Les résultats de la
comparaison sont explicités ci-dessous.
Le calibre de pore est le calibre nominal de pore, alors que KL est déterminé conformément au brevet US No.4340479. La résistance à la déchirure est déterminée en utilisant une modification de l'essai ASTM D1004-61 dans
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lequel des spécimens d'essai sont coupés en des pièces de 0,75 pouce (1, 905 cm) x 4 pouces (10,16 cm) avec le centre de l'un des bordslongitudinaux entaillé avec une entaille en "V"I' à 30 suivant une profondeur d'un huitième de pouce (3,175 mm). Les échantillons sont étirés sur un dispositif d'essai de traction normalisé avec une vitesse de 2 pouces (5,08 cm) par minute pour obtenir la résistance à la déchirure. La résistance à la déchirure et les propriétés physiques associées sont une mesure de la rugosité de la membrane et de sa capacité à supporter les processus de fabrication nécessaires pour convertir la membrane en des éléments à intégrité élevée, en particulier pour le retrait de bactéries. Egalement, la rugosité de membrane doit supporter des conditions d'utilisation normales qui incluent des grandes impulsions hydrauliques qui peuvent provoquer la
défaillance d'une membrane faible.
Comme il apparaît des données obtenues, les membranes microporeuses soutenues de la présente invention fournissent la combinaison d'une réduction de titrage élevée et d'une résistance mécanique élevée pour des chutes de pression réduites de manière significative. Les membranes microporeuses disponibles dans le commerce à porosité similaire doivent échanger la chute de pression contre la résistance mécanique pour obtenir des réductions de titrage
souhaitables.
(tableau - lère partie) Echantillon Calibre de Type KL Epaisseur pore (pm) (livres par (KPa) (millièmes (Mm) pouce carré) de pouce) Echantillon A 0,2 soutenu 53 3,65 7,8 198 Echantillon B 0,2 soutenu 52 3,58 7, 5 191 Ultipor N66 0,2 soutenu 52 3, 58 5,4 137 Ultipor N66 0,8 soutenu 18 1,24 5,8 147 Ultipor N66 0,2 non soutenu 48 3,31 3,0 76 Millipore GVWP 0,2 non soutenu 43 2,96 4,5 114 (tableau - 2ème partie) Echantillon Chute de pression Réduction de Résistance à titrage (bactérie la déchirure (en pouce de Hg à 28 (en KPa à 8,53 Pseudomonas (livre) (Newton) pieds par min. m/min) diminuta) d'écoulement d'air)
Echantillon A 9,5 32,2 > 1,5 x 1010 non -
déterminée Echantillon B 7,5 25,4 2 x 1011 5,0 22,2 Ultipor N66 12,7 43,0 > 2 x 1010 7,2 32,0
Ultipor N66 2,6 8,8 négligeable non -
déterminée Ultipor N66 9,5 32,2 > 2 x 1010 0,62 2,76 Millipore GVWP 11,0 37,3 > 2 x 1010 2,8 12,5 en
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Exemple 2
Cet exemple illustre le fait que les membranes microporeuses soutenues de la présente invention possèdent les caractéristiques souhaitables de réduction de titrage de bactéries. Des membranes microporeuses soutenues sont préparées conformément à la présente invention, et trois échantillons (indiqués par 1, 2 et 3) de chacune de cinq membranes (indiquées par A, B, C, D et E) sont éprouvées en utilisant une solution bactérienne de défi Pseudomonas diminuta de 1 x 108/cm3 de concentration et de taille de bactérie de 0,20 lm, à 40 psi (livres par pouce carré) (2,76 KPa) sous une variété de conditions de défi total. Les débits d'écoulement en sens direct avant et après le défi, le défi total, la récupération totale et le taux de réduction de titrage sont déterminés pour 15 échantillons en forme de disque de 142 mm des membranes de la présente invention. Les résultats de ces
essais sont explicités ci-dessous.
Comme il apparaît à partir des données engendrées, les membranes microporeuses soutenues de la présente invention sont très adaptées pour le filtrage des bactéries dans les fluides. L'échantillon No. B1 est l'unique échantillon qui n'a pas fonctionné comme on l'attendait, et il est clair à partir de la valeur d'écoulement en sens direct préliminaire au défi que cette membrane est défectueuse. Les autres membranes ont obtenu essentiellement une réduction de titrage absolue. Echantillon Ecoulement en sens Ecoulement en sens Défi total Récupération Réduction de titrage direct préliminaire direct ultérieur (unité totale (cm3/min) (cm3/min) coliforme) A1 0,10 0,08 3,4 x 101 0 > 3,4 x 101 A2 0,12 0,14 3,4 x 10l 0 > 3,4 x 101 A3 0,10 0,12 3,4 x 101 0 > 3,4 x 101 B1 180 156 3,4 x 1010 5,5 x 106 6,2 x 103 B2 0,10 0,10 9,5 x 109 0 > 9,5 x 109 B3 0,16 0,10 9,5 x 109 o > 9,5 x 109 C1 0,09 0,10 9,5 x 109 0 > 9,5 x 109 C2 0,05 0,17 9,5 x 109 0 > 9,5 x 109 C3 0,20 0,07 1,2 x 101 0 > 1,2 x 101 D1 0,05 0,40 1,2 x 101 0 > 1,2 x 101 D2 0,05 0,60 1,2 x 101 0 > 1,2 x 101 D3 0,12 0,11 1,2 x 101 0 > 1,2 x 100 E1 0,10 0,11 1,6 x 101 0 > 1,6 x 10 E2 0,09 0,20 1,6 x 101 o > 1,6 x 101 E3 0,12 0,10 1,6 x 101 0 > 1,6 x 10l1
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Exemple 3
L'exemple illustre la distribution souhaitable de taille de pore étroite des membranes microporeuses de la
présente invention.
Des échantillons des membranes microporeuses soutenues référencées dans l'exemple 2, à savoir les membranes A, C et E, sont soumis à un essai d'écoulement en sens direct pour déterminer l'écoulement d'air diffusif à travers ces derniers (cm3/min/pied carré de surface de membrane) à plusieurs pressions d'essai (psi). Chacun des échantillons est éprouvé avec la face fine, c'est-à-dire la seconde zone, de la membrane microporeuse regardant à la fois en amont et en
aval. Les données résultantes sont explicitées ci-dessous.
Les valeurs KL de ces échantillons de membranes sont également déterminées. Les valeurs KL des échantillons A, C et E sont respectivement d'environ 58 psi (4,0 KPa), 58 psi (4,0 KPa) et 48 psi (3, 31 KPa). Avec la face fine de la membrane regardant en amont, l'échantillon de membrane A a le même débit d'écoulement d'environ 1 cm3/min/pied carré de surface de membrane à des pressions égales à 70% et 85% des valeurs de KL. De manière analogue, l'échantillon de membrane C a des débits d'écoulement d'environ 1 et 3 cm3/min/pied carré de surface de membrane respectivement à des pressions de 70% et 85% des valeurs KL, et l'échantillon de membrane E a des débits d'écoulement de 0 à environ 1 cm3/min/pied carré de surface de membrane à des pressions de 70% et 85% des valeurs KL. Ces valeurs indiquent que les distributions de taille de pore des membranes microporeuses préparées
conformément à la présente invention sont très étroites.
Pression d'essai Echantillon A Echantillon C Echantillon E (livre par pouce carré) KPa amont aval amont aval amont aval amont aval amont aval amont aval
0,69 0 0 0 0 0 0
1,38 0 0 0 0 0 0
2,07 0 0 0 0 0 0
2,76 1 0 1 0 1 0
3,10 1 0 2 0 1 0,2
46 3,17 1 0,5
47 3,24 2 1,7
48 3,31 7 5,0
49 3,38 50
3,45 1 0 3 1
3,79 2 1 4 2
56,5 3,90 6 6
57 3,93 10 4 7 12
58 4,0 22 9 19 31
58,5 4,03 55 12 31 50
59 4,07 50 50
2707522
Toutes les références citées ici, y compris les publications, les brevets et les demandes de brevet, sont incorporées ici dans leur totalité par leur référence. Bien que la présente invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses modifications et variantes sans pour
autant sortir de son cadre ni de son esprit.
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Claims (17)
1. Membrane de filtrage microporeuse soutenue comprenant un matériau de support fibreux non tissé poreux ayant des premier et second côtés et une membrane microporeuse continue ayant des première et seconde zones en couches, caractérisée en ce que ledit premier côté dudit matériau de support fait partie intégrante avec ladite première zone tout en ne faisant pas saillie dans ladite seconde zone, et ladite première zone a une taille de pore au moins supérieure d'environ 50% à la taille de pore de ladite
seconde zone.
2. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite seconde zone a
une taille de pore d'environ 1 Mm ou moins.
3. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite membrane présente sensiblement les mêmes écoulements diffusifs à des
pressions de 70% et 85% de KL.
4. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite membrane présente des écoulements diffusifs inférieurs à cm3/min/pied carré (108 cm3/min/m2) de surface de membrane
à des pressions de 70% et 85% de KL.
5. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite membrane présente des écoulements diffusifs inférieurs à cm3/min/pied carré (54 cm3/min/m2) de surface de membrane à
des pressions de 70% et 85% de KL.
6. Membrane de filtrage microporeuse soutenue, selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite seconde zone a une taille de pore comprise entre environ 0,02 Mm et environ
0,5 Mm.
7. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite seconde zone a
une épaisseur comprise entre environ 10 Mm et environ 150 pm.
22 2707522
8. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite première zone a une taille de pore comprise entre environ 0,5 Mm et environ Mm.
9. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon
l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée
en ce que ledit matériau de support est choisi parmi le groupe constitué du polyester, du polyethylene, du
polypropylene, du polyamide et du polyvinylidène fluoride.
10. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon
l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée
en ce que ledit second côté dudit matériau de support ne fait pas partie intégrante avec ladite première zone de ladite
membrane microporeuse.
11. Membrane de filtrage microporeuse soutenue selon
l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce
que ledit second côté dudit matériau de support fait partie intégrante avec ladite première zone de ladite membrane microporeuse.
12. Elément formant cartouche filtrante comprenant un boîtier et la membrane de filtrage microporeuse soutenue
selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, qui a été
formée en une pluralité de plis.
13. Procédé de préparation d'une membrane de filtrage microporeuse soutenue, caractérisé en ce qu'il consiste à: prévoir un matériau de support non tissé poreux ayant des premier et second côtés, appliquer une première solution de coulage sur ledit premier côté dudit matériau de support pour former une première couche de solution de coulage ayant une surface sensiblement lisse, appliquer une seconde solution de coulage sur ladite surface sensiblement lisse de ladite première couche de solution de coulage pour former une seconde couche de solution de coulage avant la formation complète d'une membrane microporeuse à partir de ladite première solution de coulage, et
23 2707522
former une membrane microporeuse continue ayant des première et seconde zones à partir des première et seconde solutions de coulage de sorte que ledit premier côté dudit matériau de support fasse partie intégrante avec ladite première zone tout en ne faisant pas saillie dans ladite seconde zone, et ladite première zone a une taille de pore au moins supérieure d'environ 50% à la taille de pore de ladite
seconde zone.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à passer ledit matériau de support et la première solution de coulage au-dessus d'un dispositif à vide de sorte que ladite première solution de coulage soit rendue sensiblement sans air avant d'appliquer ladite seconde
couche de solution de coulage.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite première couche de solution de coulage est munie d'une surface sensiblement lisse en mettant en contact ladite première couche de solution de coulage avec une lame de docteur après que ledit matériau de support et la première solution de coulage soient passés sur ledit dispositif à vide.
16. Procédé de filtrage d'un fluide contenant des bactéries consistant à passer un fluide contenant des bactéries à travers une membrane de filtrage microporeuse
soutenue selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, de
manière à retirer au moins 99% des bactéries dans ledit
fluide contenant des bactéries.
17. Procédé de filtrage d'un fluide contenant des bactéries consistant à passer un fluide contenant des bactéries à travers une membrane de filtrage microporeuse soutenue selon la revendication 3 ou 6, de manière à retirer au moins 99,5% des bactéries dans ledit fluide contenant des bactéries.
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