ITBO20080197A1 - Metodo per la realizzazione di un filtro in tessuto non tessuto e filtro ottenuto mediante tale metodo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

METODO PER LA REALIZZAZIONE DI UN FILTRO IN TES-SUTO NON TESSUTO E FILTRO OTTENUTO MEDIANTE TALE METODO.

La presente invenzione ha per oggetto un metodo per la realizzazione di un setto filtrante in tessuto non tessuto ed un setto ottenuto mediante tale metodo.

Il setto filtrante può trovare utile impiego nella filtrazione di acque reflue e in particolare nei bioreattori a membrana, detti MBR.

Come noto, nei processi di filtrazione, quali ad esempio i processi di filtraggio dei reflui civili, possono essere utilizzati reattori a biomembrana MBR, costituiti da filtri polimerici in grado di rimuovere impurità biologiche per realizzare microfiltrazione e ultrafiltrazione ed ottenuti mediante casting polimerico.

Attualmente per la realizzazione di MBR non sono utilizzate membrane tessili a causa dei loro limiti, in termini di rugosità e porosità.

Filtri realizzati con un supporto tessile sono invece dotati di una porosità prestabilita generalmente adatta ad effettuare la filtrazione di particelle solide.

I setti filtranti tessili presentano pertanto importanti limiti applicativi relativi alla capacità filtrante degli stessi, determinata dalle dimensioni dei singoli pori. Si consideri che i setti attualmente disponibili sul mercato presentano una porosità con dimensioni di circa 5 μm per singolo poro.

Per questo motivo, i setti filtranti a base tessile non garantiscono le prestazioni richieste nel processo di filtrazione di particelle molto inferiori alla dimensione dei pori.

Inoltre, i setti filtranti del tipo sopra descritto presentano elevata rugosità con la conseguente capacità di trattenere particelle di grosse dimensioni e di essere soggetti a facile sporcatura.

In questo contesto, il scopo precipuo della presente invenzione è quello di proporre un metodo per la realizzazione di setti filtranti a base tessile (per impieghi MBR ed altri), in grado di ovviare agli inconvenienti sopra citati.

A tale scopo si è pensato di applicare uno strato in nanofibre su almeno una superficie di un setto filtrante a base tessile.

In questo modo, vengono ridotte sensibilmente le dimensioni dei singoli pori, determinando una superficie avente migliori prestazioni nel processo di filtrazione e con minore rugosità dei setti in tessuto non tessu to.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo per la realizzazione di un setto filtrante in composito, costituito da uno strato tessile, preferibilmente un tessuto non tessuto, e da uno strato di nanofibre aderente ad esso che viene depositato direttamente sullo strato tessile mediante un metodo di elettrofilatura, come riportato in una o più delle rivendicazioni annesse.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un metodo per la realizzazione di un setto filtrante in tessuto non tessuto e da uno strato in nanofibre ottenuto mediante tale metodo, come illustrato negli uniti disegni in cui:

la figura 1 è una vista prospettica e schematizzata di un setto filtrante in tessuto non tessuto in accordo con la presente invenzione; e la figura 2 è una vista prospettica e schematizzata di una stazione di eiettrofilatura attuante il metodo per la realizzazione di un setto filtrante in accordo con la presente invenzione.

la figura 3 mostra una forma preferita di realizzazione di un elettrodo estrusore secondo l’invenzione;

la figura 4 mostra una forma ulteriore preferita di realizzazione di un elettrodo estrusore secondo l'invenzione.

Con riferimento alle unite figure, viene illustrato un setto filtrante in tessuto non tessuto 1 ed un metodo di realizzazione di tale setto filtrante 1 in accordo con la presente invenzione.

Va specificato che, la presente invenzione viene vantaggiosamente applicata per la realizzazione di setti filtranti 1 utilizzati nei processi di filtrazione di reflui civili, allo scopo di trattenere impurità biologiche. Con particolare riferimento alla figura 2, il metodo per la realizzazione del setto filtrante in tessuto non tessuto 1 viene attuato alimentando una soluzione di polimero 2 ad un primo elettrodo 3 presentante almeno un foro 4.

In particolare, la soluzione di polimero 2 è contenuta in un rispettivo serbatoio 5, il quale risulta essere associato al primo elettrodo 3 ed in comunicazione di fluido con lo stesso. Il serbatoio 5 è inoltre associato ad una pompa 6, illustrata solo schematicamente, in grado di far fluire la soluzione di polimero 2 (generalmente in forma liquida) attraverso il foro 4 del primo elettrodo 3.

In questo modo, la soluzione di polimero 2 viene estrusa attraverso il foro 4 per realizzare una serie di nanofibre 7 come meglio sarà chiarito in seguito.

Con riferimento alle figure 3 e 4 è descritto un elettrodo di estrusione 12 comprendente un rotore 13 in materiale plastico, ad esempio polietilene, che può ruotare all'interno di una schermatura 14 e sul quale è riportato un filamento metallico 15, (ad esempio in acciaio) che ruotando preleva il polimero da una vaschetta 16 a contatto con il rotore e lo porta ad una zona di elettrofilatura 17 libera in aria per consentire la elettrofilatura del polimero verso l'elettrodo collettore 9.

Vantaggiosamente, con questa soluzione, la rotazione dell'elettrodo di estrusione permette la realizzazione di un numero multiplo di punti di elettrofilatura e quindi una maggiore produttività.

In una diversa soluzione, anziché prevedere la rotazione è prevista una pompa di alimentazione che alimenta il polimero in continuo o a intermittenza a vari punti di elettrofilatura appositamente previsti sull'elettrodo

Vantaggiosamente, nelle diverse forme realizzative la pompa 6 è opportunamente dimensionata per estrudere la soluzione 2 ad una portata compresa tra 0,1 e 5 ml/min.

Va specificato inoltre che la soluzione di polimero 2 viene ottenuta disciogliendo un polimero con una concentrazione compresa tra il 2 ed il 30 % in un solvente in grado di condurre elettricità, quale ad esempio acido formico.

Si noti inoltre che, in figura 2 viene illustrato un elettrodo 3 accoppiato al citato serbatoio 5 e dotato di un solo foro 4 di estrusione. Tuttavia, va specificato che l’elettrodo 3 può essere dotato di più fori 4 atti alla produzione delle citate nanofibre 7.

Ancora, il primo elettrodo 3 è realizzato in materiale elettricamente conduttivo ed è affacciato ad un secondo elettrodo collettore 9, anch’esso realizzato in materiale conduttivo.

In maggiore dettaglio, il secondo elettrodo 9 è costituito da un rullo 9a opportunamente collegato a rispettivi mezzi motori, non illustrati in quanto di tipo noto, per ruotare attorno ad un rispettivo asse longitudinale “X” sviluppantesi perpendicolarmente alla direzione in cui viene estrusa la soluzione 2. Preferibilmente, il rullo 9a ruota con una velocità periferica compresa tra 0,2 e 8 m/min.

Il primo ed il secondo elettrodo 3, 9 sono entrambi alimentati da un generatore di tensione 8 preferibilmente ad una tensione compresa tra 10 e 50 kV in corrente continua.

Inoltre, il primo ed il secondo elettrodo 3, 9 sono distanziati ad una distanza compresa tra 5 e 40 cm per creare un campo elettrico diretto dal primo 3 al secondo elettrodo 9 propagantesi neH’aria.

11 metodo comprende inoltre la fase di predisporre un supporto tessile 10 sul secondo elettrodo collettore 9. Preferibilmente, il supporto tessile 10 è costituito da un tessuto non tessuto realizzato in uno o più dei seguenti materiali: poliolefine, poliestere, poliammide o fluorocarbonato.

11 supporto tessile 10 viene quindi avanzato dal rullo 9a contemporaneamente alla fase di estrusione della soluzione in polimero 2.

In questo modo, il campo elettrico definito tra il primo 3 ed il secondo elettrodo 9 genera una serie di nanofibre 7 dalla soluzione 2 che viene estrusa dal foro 4.

Tali nanofibre 7 vengono quindi formate e contemporaneamente deposte sul supporto tessile 10 durante il proprio avanzamento imposto dal rullo 9a.

In diverse forme di attuazione dell'invenzione, il tessuto non tessuto può essere avvolto sull'elettrodo 9, oppure può solo appoggiare sullo stesso elettrodo ed essere alimentato e raccolto in continuo da due mezzi opportuni per realizzare un manufatto di lunghezza definita.

Vantaggiosamente, come illustrato in figura 1, si ottiene un tessuto 1 dotato in corrispondenza di una superficie del supporto tessile 10, di uno strato 11 di nanofibre 7.

In accordo con il metodo sopra descritto si ottengono nanofibre 7 aventi un diametro compreso tra 50 e 400 nm, preferibilmente compreso tra 200 e 250 nm. In questo modo, lo strato 11 di nanofibre 7 definisce una serie di pori, (non visibili nelle unite figure date le dimensioni delle nanofibre 7) ciascuno dei quali avente un diametro compreso tra 0, 1 e 1 μm.

Preferibilmente, le nanofibre 7 sono realizzate in uno o più dei seguenti materiali: Nylon®, poliestere, policarbonato, polietilenossido, polietere. In accordo con la tabella sotto riportata, vengono evidenziati dei valori ottimali per la produzione e deposizione delle nanofibre 7, per quanto riguarda la deposizione di nanofibre di nylon.

Tali valori, riportati solo a titolo esemplificativo e pertanto non limitativo, sono relativi ai parametri di funzionamento sopra citati in riferimento al metodo di realizzazione del filtro in tessuto in accordo con la presente invenzione.

In accordo con i parametri sopra specificati, si ottiene una deposizione continua dello strato 11 di nanofibre 7 sulla superficie del supporto tessile 10, in cui: lo strato 11 presenta spessore pari a 12 - 18 μm o anche inferiore mentre le fibre 7 presentano un diametro medio di 200 250 nm.

Da una analisi topografica si rileva il valore di rugosità dello strato 11 pari a 1 ,16 μm . Si noti come a seguito della deposizione dello strato 11 sul supporto 10 si riduce significativamente la rugosità del filtro in tessuto 1 rispetto ai setti filtranti convenzionali.

Si ottiene inoltre una sensibile diminuzione delle dimensioni dei pori i quali, in questa situazione presentano un diametro medio pari a 0,71 μm.

Vantaggiosamente, il metodo sopra descritto permette di deporre direttamente le nanofibre 7 sul supporto tessile 10 durante la formazione delle fibre 7 stesse.

In questo modo, vengono velocizzate le operazioni di realizzazione dell’intero setto filtrante a base tessile 1 con conseguenti vantaggi in termini economici e di gestione e manipolazione delle nanofibre. Va altresì considerato che vengono eliminate ulteriori fasi di trasporto e deposizione delle nanofibre 7 successive alla fase di realizzazione delle stesse, evitando che tali fibre vengano danneggiate.

Inoltre, la formazione per elettrofilatura delle nanofibre 7 permette di ottenere uno strato 11 dotato di pori aventi dimensioni molto ridotte, con i conseguenti vantaggi in termini di rugosità. Pertanto, il tessuto 1 presenta elevate prestazioni nel processo di filtrazione anche per particelle molto piccole.

Secondo una variante realizzativa del sistema di elettrofilatura, un dispositivo secondo l’invenzione prevede due o più stazioni di alloggiamento di rispettivi elettrodi estrusori (alimentati da almeno una siringa di estrusione) disposti in corrispondenza dei lati opposti dell’elettrodo cilindrico collettore 9 in modo da aumentare la produttività, e poter produrre strati di nanofibre a composizione multipolimerica. Questa forma realizzativa consente inoltre di omogeneizzare la distribuzione dello strato di nanofibre sulla superficie del supporto in TNT.

Secondo un’altra variante realizzativa è previsto di utilizzare un elettrodo estrusore provvisto di una molteplicità ugelli o punti di estrusione del polimero (ad esempio distanziati tra loro da 2 a 20 mm l’uno dall’altro). Questa forma realizzativa permette di creare un fascio di nanofibre elettrofilate che si depositano sull’elettrodo collettore 9.

Il trovato così concepito è suscettibile di evidente applicazione industriale; può essere altresì oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel'ambito del concetto inventivo; tutti i dettagli possono essere sostituiti, inoltre, da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la realizzazione di un setto filtrante composito a base tessile per la filtrazione molecolare caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: - alimentare una soluzione di polimero (2) ad un primo elettrodo (3) presentante almeno un foro (4) di erogazione; - predisporre un supporto tessile (10) su un elettrodo collettore (9) affacciato a detto primo elettrodo (3); ed - elettrofilare sul supporto tessile (10) una soluzione di polimero (2) attraverso il foro (4) del primo elettrodo (3) e generare un flusso di nanofibre (7) che si depositano direttamente sul supporto (10); - detta fase di estrusione è realizzata mediante un campo elettrico definito tra il primo elettrodo (3) ed il secondo elettrodo collettore (9).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detto campo elettrico definito tra il primo ed il secondo elettrodo (3, 9) viene generato da un generatore di tensione (8) associato a detti elettrodi (3, 9) per alimentare gli stessi ad una tensione compresa tra 10 e 50 kV.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui detto campo elettrico si sviluppa nell’aria tra il primo e secondo elettrodo (3, 9) distanziati ad una distanza compresa tra 5 e 40 cm.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui la fase di estrudere la soluzione di polimero (2) viene attuata mediante una pompa (6) per far fluire detta soluzione (2) attraverso il foro (4) del primo elettrodo (3) ad una portata compresa tra 0,1 e 5 ml/min.
5. 5. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui comprende inoltre la fase di disciogiiere un polimero in un solvente per ottenere detta soluzione di polimero (2).
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui comprende inoltre la fase di avanzare il supporto tessile (10) durante l’estrusione della soluzione di polimero (2) ruotando detto secondo elettrodo (9) conformato a rullo (9a).
7. 7. Setto filtrante in tessuto comprendente un supporto tessile (10) in tessuto non tessuto, ed una serie di nanofibre (7) polimeriche distribuite su almeno un lato della superficie di detto supporto tessile (10) dette nanofibre (7) polimeriche essendo deposte sul supporto tessile (10) in accordo con il metodo descritto in una o più delle rivendicazioni da 1 a 6.
8. 8. Setto filtrante in tessuto secondo la rivendicazione precedente in cui detto supporto tessile (10) è un tessuto non tessuto realizzato in uno o più dei seguenti materiali: poliolefine, poliammide, poliestere, fluorocarbonato.
9. 9. Setto filtrante secondo la rivendicazione 7 o 8 in cui dette nanofibre (7) sono realizzate in uno o più dei seguenti materiali: Nylon®, poliestere, polietilenossido, policarbonato, polietere.
10. 10. Setto filtrante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, in cui dette nanofibre (7) presentano un diametro compreso tra 50 e 400 nm, preferibilmente compreso tra 200 e 250 nm.
11. 11. Setto filtrante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10. in cui comprende una serie di pori, ciascuno dei quali avente dimensione compresa tra 0,1 e 1 μm.
12. 12. Dispositivo di elettrofilatura per la realizzazione di un setto filtrante composito a base tessile per la filtrazione molecolare, comprendente un primo elettrodo (12) presentante almeno un foro (17) di estrusione di una soluzione di polimero (2) verso un supporto tessile (10) applicato su di un elettrodo collettore (9) affacciato a detto primo elettrodo (12) per definire un campo elettrico e generare un flusso dì nanofibre (7) che si depositano direttamente sul supporto (10), caratterizzato dal fatto di comprendere prevedere un elettrodo con uno o più punti di estrusione di estrusione (12) rotante.
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 12 in cui detto elettrodo di estrusione prevede una pluralità di punti di elettrofilatura.
14. 14. Dispositivo secondo la rivendicazione 13 in cui detta pluralità di punti di elettrofiiatura è costituita da una pluralità di avvolgimenti di un filamento metallico (15) di un rotore (13) che può ruotare all'interno di una schermatura (14), il filamento (15) prelevando il polimero da una vaschetta (16) a contatto con il rotore e lo porta ad una zona di elettrofilatura (17) per consentire la elettrofilatura del polimero verso l'elettrodo collettore 9.
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 13 comprendente una pompa di alimentazione che distribuisce il polimero ad una pluralità di punti di elettrofilatura l’elettrodo.