NO138079B - Fremgangsmaate for fremstilling av et roerformig filtrerende element - Google Patents

Description

Foreliggende' op<p>finnelse angår fremstilling av et rørformig element, spesielt anvendbart til omvendt osmose

eller ultrafiltrering, samt en fremgangsmåte til fremstilling

av dette.

Man vet at den slags rørformige elementer vanligvis omfatter et rørformig støtteorgan, et porøst element og et membran.

Den slags elementer fremstilles ved at et kollodium anbringes på støtteorganer som samtidig er stive og porøse og . som består av rør av glassfibre (se fransk patent nr. 1.395.552), eller på rør som er utstyrt med perforeringer, rundt hvilke rør det er viklet et porøst element, slik som papir og/eller tøy (se amerikansk patent nr. 3. kk6. 359) • Støtteorganet kan også bestå av et rør som er dekket med et elastisk tekstilhylster eller med et tekstilhylster som er brakt til sammentrekning i varme for derved å inneslutte røret.

De således fremstilte rørformige elementer oppviser visse mangler. Tekstilhylsteret inneholder uunngåelig noen isolerte tråder, hvilke strekker seg utenfor hylsterets flate og trenger gjennom membranet og således i membranet skaper perforeringer, som reduserer membranets ytelse og som til og med kan gjøre membranet uegnet til industriell anvendelse.

Hensikten med foreliggende fremgangsmåte er å frembringe nye rørformige elementer, som ikke oppviser nevnte mangler, men som omfatter et membran som praktisk talt er fritt

for perforeringer, som har en jevnere tykkelse og som oppviser forbedret pålitelighet og forbedret ytelse.

Foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte for fremstilling av et rørformig element, spesielt egnet for omvendt osmose eller ultrafiltrering, bestående av et membran og et vevet, flettet, strikket eller ikkevevet tekstilelement anordnet på ytterveggen av et porøst eller perforert.rør, . omfattende: dannelse av teksti-lelem-eht^t på og rundt røret og dannelse av membranet ved avsetning av et kollodium direkte på tekstilelementet, og. fremgangsmåten karakteriseres ved at -den ytre flate av tekstilelementet glattes før den dekkes av kollodiumet som skal danne membranet, hvilken glatting av tekstilelementet oppnås ved relativ for-skyvning av elementet som er anordnet på røret parallelt med røraksen og i kontakt med en glatt profileringsinnretning.

Som rør anvender man enten en enkel kjerne som gjor det mulig å fremstille membraner fast forbundet med tekstilelementet, eller vanligere det rør som utgjør et av støtte-organene for membranet når dette er i drift. Dette rør kan være ei: stivt rør som enten er porøst eller som er utstyrt med regelmessig anordnede perforeringer, og det kan være laget av stål eller av et syntetisk harpiks, slik som et kopolymer av akrylnitril, butadien og styren (såkalt ABS-plast).

Tekstilelementet fremstilles enten ved å gå ut fra

et vev eller tilsvarende, som man vikler i ett eller flere sjikt rundt røret eller fortrinnsvis ved hjelp av et tekstilhylster. Dette er vanligvis enten et elastisk hylster eller et hylster av krympbart stoff, spesielt krympbart i varme.

Tekstilelementet kan være et vovet, flettet, strikket eller ikke-vevet element. Det kan bestå av tråder eller fibre av naturlig, kunstig eller fortrinnsvis syntetisk materiale. Det består hensiktsmessig av et syntetisk materiale som myk-ner progressivt under oppvarming. Teks tilelementer på basis av polypropen er spesielt egnet.

Man kan avsette tekstilelementet enten i det støttende roret eller fortrinnsvis utenpå og rundt dette. Trådene kan være enfibertråder eller fortrinnsvis flerfibertråder. Antall fibre i f lerf ibertrådene er vanligvis mellom 5 og 200, fortrinnsvis mellom 20 og 100. Trådenes titer kan være mellom 10 og 1000 denier, fortrinnsvis mellom 50 og 500 denier.

For å fremstille et rørformet element ifølge oppfinnelsen anbringer man først tekstilelementet på det rørformede støtteorgan. Til dette formål skjærer man tekstilelementet i ønskede dimensjoner og anbringer det på røret ifølge vanlige fremgangsmåter, f.-eks. ved å vikle det rundt røret eller ved å tre det på røret. Denne sistnevnte teknikk; er spesielt interessant når det- gjelder et tekstilhylster. Man fester deretter tekstilelementet på en hvilken som helst vanlig måte, mens man unngår foldedannelser, f.eks. ved hjelp av en krave som trekkes til ved hver ende. Hvis det gjelder et hylster, anvender man et hylster, hvis bredde i flat tilstand tilsvarer halve omkretsen av- det rørformige element. Når man anvender et i tverr-retningen krympbart hylster, skjer festingen ved enkel sammentrekning, f.eks. ved at røret pluss hylsteret i et visst tidsrom utsettes for varme, når det gjelder et hylster av et materiale som krymper i- varme. TJet kan være fordelaktig å feste hylsteret ved en av rørets ender på en hvilken som helst vanlig måte, f«eks. ved en kraftig termisk krymping av hylsteret eller ved hjelp av en konisk plugg som spenner fast hylsterets ende i røret. En god kontakt mellom tekstilelementet og rørets hele flate kan f.eks. oppnås ved fukting av tekstilelementet, spesielt ved nedsenking av røret som er dekket med tekstilelementet i en væske, slik som vann.

Når tekstilelementet er godt anbrakt på plass, starter man glattingen av ytterflåtene. Dette kan skje på en hvilken som helst kjent kjemisk, fysikalsk eller mekanisk måte eller ved en kombinasjon av forskjellige måter.

Glattingen kan f.eks. skje ved at. det støttende rør pluss tekstilelementet føres gjennom en sone som er oppvarmet til en temperatur som er tilstrekkelig til å frembringe en ytterflateoppmykning av tekstilmaterialet. Glattingen kan også skje mekanisk, ved kalibrering ved hjelp av et profilert glatt element. Hensiktsmessig skjer glattingen ved en kombinasjon av disse to fremgangsmåter.

Graden av glatting bør skje og opprettholdes med pre-sisjon, noe som forutsetter en viss justering av glattingsan-ordningen i forhold til hylsteret. Videre bør glattingen av et rørformig hylster gjennomføres ensartet over hele hylsterets periferi.

I et hylster som er elastisk eller krympbart kun i diametral retning, spennes innslagstrådene rundt røret og for-svinner inn i hylsteret mens varmetrådene plasserer seg og viser seg lenger ute. Denne anordning kan ytterligere aksen-tueres ved .den anvendte v-evningsmetode .

En-slik anordning forbedrer.fastholdingen bg vedheft-ningen.åv membranet, på en tekstilbærer og letter strømningen av den væske som har passert gjennom membranet.

Man kan utnytte glattingen for å Tcalibrere ytterfla-ten av det .på røret anbrakte „tekstilelement, dvs. gi det en godt definert ytre diameter.. Man gjennomfører for dette formål glattingen og kalibreringen av det på støtteorganet anbrakte tekstilelement under anvendelse av både mekaniske og termiske metoder.

Glattingen kan gjennomføres på følgende måte: Man forflytter med konstant hastighet et rør som utvendig er dekket med et syntetisk tøy gjennom et glatt og profilert element bestående av en svakt konvergerende føring, som på en hvilken som helst kjent måte, f.eks. ved hjelp av en induksjonsspole, er oppvarmet til en konstant temperatur, som er tilstrekkelig for å frembringe en overflateoppmykning av tøyet. Forflyt-tingen skjer langs føringens akse. Det lette trykk, som fø-ringens glatte vegg utøver på det på overflaten oppmykede tøy, gjør det med letthet mulig å oppnå den ønskede glatting.

Det e*r fordelaktig før glattingen å gjennomføre en forvarming av tøyet på støtteorganet. Denne forvarmingen kan oppnås ved at røret som er dekket med tøy først føres gjennom et eller flere varmelementer, som er oppvarmet til økende temperatur, som f.eks. er fastlagt eksperimentelt. Også disse varmeelementer kan bestå av svakt konvergerende føringer.

Glattingen av tekstilflaten bør gjennomføres i tilstrekkelig grad til at alle uregelmessigheter på flaten for-svinner. Spesielt bør glattingen presse ned, plane ut eller fjerne alle fibre eller tråder som hever seg over tekstilelementets ytterflate.

Glattingen frembringer videre en utbedring av tekstil-trådene på flaten. Denne utbredning bør ikke drives så langt at trådene forenes til en i det vesentlige kontinuerlig flate, da det i dette tilfelle ville dannes et nesten ugjennomtren-gelig membranunderlag, noe som ville motvirke det ønskelige mål.

De beste glattingsbetingelser bestemmes eksperiementelt i hvert enkelt tilfelle under hensyntagen til arten av de tråder som danner tekstilelementet og til trådenes struktur.

Man har konstatert at rørformige tekstilhylstere, spesielt vevede eller flettede hylstere, egner seg spesielt til glatting.

Man har også .konstatert at tekstilmaterialer med flerfibertråder gir "bedre resultater enn tekstilmaterialer bestående utelukkende av enfibertråder. Ved glatting utspres enfibertrådene over en ganske stor flate og gir ugjennom-trengelige soner. Flerfibertråder med samme titer oppviser ikke denne mangel, selv om de utbres over en i det vesentlige like stor flate. Gruimfibrene bevarer i hovedsaken sin form, som vanligvis er sylindrisk, og de forenes ikke så lett med hverandre.

På grunn av den ovenfor beskrevne glatting oppviser tekstilelementets ytterflate en finere hyd, noe som muliggjør en mere ensartet fordeling av kollodium på tekstilmaterialet og som følge av dette dannelse av membraner med mer regelmessig tykkelse. Membranets tykkelse kan deretter, hvis øns-kelig, reduseres slik at man forbedrer ytelsen med henblikk på permeatflom under opprettholdelse av en tilfredsstillende selektivitet. Dessuten reduserer man således forbruket av kollodium.

Etter glattingen danner man et membran på flaten av det glattede tekstilelement. 'Vanligvis skjer dette ved avsetning av et kollodium og avdampning av oppløsningsmidlet.

Man har konstatert at man vesentlig kan forbedre membranets ytelse,hvis man etter glattingen av tekstilelementets ytterflate og før avsetningen av kollodium på denne flate tilfeldig modifiserer tekstilelementets porøsitet ved impreg-nering av tekstilelementet med en forbindelse som ikke blander seg med det anvendte, kollodium og som ikke har noen innvirk-ning på tekstilelementet og som etterpå kan elimineres, i det minste delvis. Vanligvis oppnår man en tilfeldig tiitetting av tekstilelementets porer, enten med vann eller med en med vann blandbar væske. Man kan også anvende forbindelser som er oppløselige i vann, slik som gelatin, gummi arabicum, naftalen, polyvinylalkohol. Man kan også impregnere tekstilelementet med kamfer, som kan skilles av med sublimering ved en temperatur på omkring ko C. Denne tilfeldige tilietting av mellomrommet mellom trådene'i tekstilelementet gjennomføres -på en hvilken som helst kjent måte, f.eks. ved neddypping av røret og det glattede tekstilelement' i <e>t' "bad ved romtemperatur. Denne be-handling frembringer samtidig avkjøling av røret og tekstilelementet. -

Etter.glattingen, som eventuelt følges av en tilfeldig tiltetting av tekstilelementets porer, anbringer man et kollodium på kjent måte, f.eks. ifølge de fremgangsmåter som er beskrevet i fransk patent nr. 1.5o6.402. Vannet eller den væske som er anvendt for den tilfeldige tiltetting av tekstilelementets porer dampes av etter å ha forhindret inntrengning av kollodium i det indre av tekstilelementet. På denne måte lettes den senere strømning av permeat under membranet og gjennom tekstilelementet, hvorigjennom permeatstrømmen økes.

Eventuelt gjennomfører man en varmebehandling av membranet, slik det f.eks. er beskrevet i det amerikanske patent nr. 3.^6.359.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved følgende illu-strerende eksempel.

Eksempel.

Man anvender et rør av et kopolymer av akrylnitril, butadien og styren (ABS-plast), hvilket rør har et sirkulært tverrsnitt og en indre diameter på 1,00 cm, en ytre diameter på 1,80 cm og en lengde på 150 cm. Røret er utstyrt med hull med en diameter på 0,08 cm, anbrakt med en avstand på 8,5 cm fra hverandre langs rørets lengde. Rundt dette rør anbringes et rørformig, vevet tekstilfilter med en femskaftet satinbin-ding med skridningstallet 2. Dette hylster har en bredde i flat tilstand på 3 cm og en lengde på 151 cm.

Det vev som hylsteret består av har et varp bestående av polypropylentråder med en titer på 200 denier/4o fibre, tvinnet 3^0 omdreininger pr. meter og et innslag bestående av elastiske tråder (stretchgarn) med en titer på 70 denier/20 fibre. Disse tråder er krympbare i varme og det er oppnådd ved spinning av en blanding av 83$ polyvinylklorid og 17$ overklo-rert polyvinylklorid (kommersielt oppnåelig under navnet (Clevyl"). Vevnaden er oppnådd ved 30 skyttelslag pr. cm på hver side.

Man nedsenker ror-et med tekstilhylsteret i vann ved en temperatur på 85°C i 5 minutter. Hylsteret krymper ved dette radielt og kommer i kontakt med rørets hele flate. Hylsterets lengde forblir'derimot uformandret. Hylsteret fester seg således av seg selv på det støttende ror.

Deretter innføres det således oppnådde aggregat i to på hverandre følgende konvergerende føringer bestående av hård-forkrummet kobber. Den første føringen, hvis minste indre diameter er 18,8 mm er oppvarmet til en temperatur på 190°C og den andre føring, hvis minste minste indre diameter er 18,6 mm, er oppvarmet til en temperatur på 210°C. Man forflytter aggre-gatet av rør og-tekstilhylsteret inne i disse to foringer med en konstant hastighet på 0,03 m/sekund og man frembringer således suksessivt forvarming og glatting av tekstilhylsteret.

Man frembringer deretter en tilfeldig tiltetting av tekstilhylsterets porer ved hjelp av vann. Ved å tillempe de metoder som er beskrevet i de franske patenter nr. 1.426.5^8 og l._506. ^402 avsetter man deretter på tekstilhylsteret et kollodium som inneholder 25$ celluloseacetat i en blanding av aceton og formamid i et vektforhold på-60:'40. Man holder det hele ved en temperatur på 0°C i 30 minutter, hvoretter det hele underkastes en varmebehandling ved 85°C i 20 minutter.

På denne måte oppnås et membran som har regelmessig tykkelse, som er fritt for hull og som hefter godt ved det glattede tekstilhylster.

Ytelsen for det således oppnådde membranet A er sam-menlignet med ytelsen delvis hos et membran B med den samme sammensetning, dannet på identisk underlag, men uten foregå-ende tiltetting av -porene i underlaget og delvis med et membran C som er dannet under tilsvarende betingelser med tiltetting av porene i underlaget, men på et identisk tekstilhylster som ikke er gl-attet. De oppnådde resultater er anført i den nedenfor følgende tabell.

I tabellen angir Q den strøm, uttrykt i liter pr.

døgn og m 2 membranf late,., av en natrdumkloridoppløsning (35 g/l), som trenger gjennom membranet ved 20°C under et trykk på 6o bar.

Gjenholdingsgraden i $ • betegner. forholdet ^-mellom den mengde salt, som er holdt igjen av membranet og den opprinne-lige saltmengde. Koeffisienten K er forholdet mellom den strøm av rent vann, uttrykt i liter pr. døgn . m 2, som trenger gjennom membranet- ved 20°C... ved en - trykkf orsk jell på 60 bar og tilsvarende vannstrøm ved en trykkforskjell på 1 bar.

Av tabellen fremgår det delvis at membranet C, som er^ dannet på et ikke glattet underlag, har en lavere gjenholdings-grad enn membranene A og B, som er dannet på glatte underlag, og videre at den tilfeldige tiltetting av porene i tekstil-underlaget for membranet A i vesentlig grad øker verdien av Q.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et rørformet element, spesielt egnet for omvendt osmose eller ultrafiltrering, bestående av et membran og et vevet, flettet, strikket eller ikke-vevet tekstilelement anordnet på ytterveggen av et po-røst eller perforert rør, omfattende: Dannelse av tekstilelementet på og rundt røret og dannelse av membranet ved avsetning av et kollodium direkte på tekstilelementet, karakterisert ved at den ytre flate av tekstilelementet glattes før den dekkes av kollodiumet som skal danne membranet, hvilken glatting av tekstilelementet oppnås ved relativ for-skyvning av elementet som er anordnet på røret parallelt med røraksen og i kontakt med én glatt profileringsiimretning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 for fremstilling av et rørformig element med et tekstilelement av et syntetisk materiale, karakterisert ved at tekstilelementet glattes og kalibreres ved gjennomføring av røret, som er dekket av elementet, gjennom minst en glatt konvergerende fø-ring som er oppvarmet til en forhøyet temperatur, som gir en overflateoppmykning av elementet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at glattingen av tekstilelementet, før avsetning av kollodiumet, følges av en tetting av mellomrommene ved hjelp av et produkt, slik som vann, gelatin, gummi arabicum, naftalen eller polyvinyliske alkoholer.