TW201336580A - 中空纖維薄膜之密封方法 - Google Patents

Abstract

本發明係針對一種將一中空纖維薄膜之活動端密封以用於一單接頭過濾模組之方法，其方式為將該薄膜之活動端浸入低黏度光固化之一種黏合劑並固化該黏合劑。本發明更包含應用此種方法所產生之密封中空纖維薄膜，其所具有之直徑僅些微大於該未密封薄膜之直徑。。

Description

中空纖維薄膜之密封方法

本發明與中空纖維薄膜及中空纖維過濾模組之領域相關。

中空纖維過濾模組在各種過濾製程中十分有用，中空纖維過濾模組一般而言適合浸入所要過濾之流體中。標準之中空纖維過濾模組包含成束之中空纖維薄膜，其兩端各由一接頭件予以固定。一般而言，該些中空纖維薄膜係以一封膠(potting compound)固定在該接頭內，該封膠將每一端附近之纖維圍住，使該些纖維相對於其他中空纖維薄膜及該接頭而被固定住，並在該些薄膜四周形成一密封。但個別中空纖維薄膜之兩端均維持開放，以允許流體透過該封膠流入及/或流出該薄膜之兩端。

在另一類中空纖維過濾模組中，即單接頭過濾模組，該些中空纖維薄膜只有一端以一接頭固定。該纖維束之另一端並未以一接頭固定，因此該些中空纖維薄膜之未固定端可個別自由活動。在一些模組設計中，該些活動端之活動係以一殼體予以限制，或者，該些未固定端係由一框架支承。在其他設計中，整個纖維束可裝在一殼體內。在另外之設計中，該些薄膜之活動端僅由該過濾模組所浸入之流體所支承。在大部分設計中，該些中空纖維薄膜之活動端皆為密封，以防止流體流入或流出該些薄膜之活動端。

本發明係針對一種將一中空纖維薄膜之活動端密封以用於一單接頭過 濾模組之方法，其方式為將該薄膜之活動端浸入低黏度光固化之一種黏合劑並固化該黏合劑。

本發明之方法包含將該薄膜之一第一端放入低黏度光固化之一種黏合劑，該黏合劑具有低於5000 cps之黏度；將該第一端從該黏合劑移開；以及將該第一端曝露在一光源下以固化該黏合劑。使用低黏度光固化之一種黏合劑，可在該中空纖維薄膜之第一端之外部產生黏合劑之一薄包覆。該黏合劑之低黏度使其得以流入該薄膜之內孔。毛細作用更使該低黏度黏合劑被該薄膜之內壁吸收。因此，一塞子會在該內孔中形成，進一步封住該薄膜之第一端。

本發明亦包括應用前述方法製作之密封中空纖維薄膜，以及一中空纖維過濾模組，該過濾模組包含以本發明之製程加以密封之纖維。

本發明之其他面向，連同附屬於此等面向之優點及新穎特徵，有部分將在以下敘述中闡明，有部分則會在熟習本發明所屬技術領域者檢視下文時彰顯，或者可從本發明之實踐而得知。本發明之目的及優點，可經由所附申請專利範圍中詳細指出之工具手段及組合而實現及獲致。

本發明係針對一種將一中空纖維薄膜之活動端密封以用於一單接頭過濾模組之方法，其方式為將該薄膜之活動端浸入低黏度光固化之一種黏合劑並固化該黏合劑。圖1呈現密封前之一中空纖維薄膜10。該薄膜10包含一長柱形管12，其具有一中空內孔14、一第一端16及一第二端18。本發明之製程可與任何類型之中空纖維薄膜結合使用。該薄膜10較佳者為具有 小於5 mm之直徑，更佳者為具有介於0.5 mm及3mm間之直徑，最佳者為具有大約2.4 mm至2.6 mm之直徑。該薄膜10可為一微過濾(microfiltration)薄膜或一超過濾(ultrafiltration)薄膜。但本發明之製程亦可與適合其他過濾類型(譬如逆滲透或奈米過濾)之薄膜結合使用。本發明之製程對於編織補强之中空纖維薄膜尤其實用。較佳者為，該製程所結合使用之中空纖維薄膜將會浸入待過濾之流體或以其他方式被待過濾之流體圍住；且該製程可與任何類型之單接頭過濾模組所採用之中空纖維薄膜結合使用，此等模組包含抽氣驅動(suction-driven)及壓力驅動(pressure-driven)之模組，以及/或是接頭被定位在模組頂部或底部之模組。

在本發明之製程中，中空纖維薄膜10之第一端16被放入光固化之一種黏合劑，然後從該黏合劑移開。該光固化黏合劑較佳為低黏度之一種黏合劑。如圖2所示，使用低黏度之一種黏合劑可在薄膜10之外部形成一黏合劑之薄包覆20，且該黏合劑會流入薄膜10之內孔14以形成塞子22。如圖2A所示，該低黏度黏合劑亦會因毛細作用而被薄膜10之內壁吸收，並在該內壁中完整地延伸至塞子22。低黏度之一種黏合劑之使用對編織補强之中空纖維薄膜尤其有益，因為該黏合劑能夠包覆、滲透及封住編織體之纖維，以形成流體密封之一封合，不讓氣孔(air pocket)在該編織體與該黏合劑間形成。這樣會在內孔14中之塞子22四周產生之完全密封，而非只是圍住薄膜10之第一端16外表之一簡單包封。本發明之製程可在薄膜10之外部產生沒有剝落、分離、空氣貫入或曝露區域之一黏合劑之薄包覆20。

該光固化黏合劑所具有之黏度，較佳者為低於5000 cps，更佳者為低於 2000 cps，最佳者為介於100 cps及1000 cps之間。在一實施例中，該黏合劑所具有之黏度介於170 cps及230 cps間，最好是200 cps。該黏合劑最好是丙烯酸酯(acrylated urethane)一族，其可包含一種二次固化成分(secondary cure component)，以使未曝露於光源下之區域得以固化。

再參照圖2，光固化黏合劑之包覆20在薄膜10之外徑四周形成至一長度l ^o ，且光固化黏合劑之塞子22在內孔14中形成至一長度l ⁱ 。該薄膜被放入該光固化黏合劑達充分之深度，並達一段充分時間，以使該光固化黏合劑得以將該薄膜10之外部包覆住該所需長度l ^o ，以及形成該所需長度l ⁱ 之塞子22。薄膜10之第一端18停留在該黏合劑中的時間越長，該塞子22會越深入內孔14。中空纖維薄膜10停留在該黏合劑中的時間最好不超過10秒。較佳者為，使薄膜10停留在該黏合劑中的時間介於1秒及5秒之間，再將其移開，更佳者為停留1秒再移開。當薄膜10放入該黏合劑之時間為1秒時，塞子22的長度l ⁱ 大約等於包覆20的長度l ^o 。

中空纖維薄膜10放入該光固化黏合劑的長度l ^o 最好為至少2mm。放入該黏合劑的長度l ^o 較佳者為4 mm至10 mm，更佳者為大約6 mm。中空纖維薄膜10所放入之黏合劑之溫度，可為使該黏合劑具充分流動性以使包覆得以發生之任何溫度。該黏合劑之溫度最好保持在介於20℃及25℃之間。溫度上的變化並不樂見，因為可能改變該黏合劑之黏度。

該黏合劑之包覆20在中空纖維薄膜10外部之厚度t較佳者為小於0.8 mm，更佳者為介於0.05 mm及0.8 mm之間，這樣，在一較佳實施例中，薄膜10及包覆20之總直徑便小於4 mm。在一更佳實施例中，該厚度t為不超過0.3 mm，且薄膜10之密封第一端16之總直徑在1.8 mm至3.4 mm 之範圍內。一薄包覆20是有利的，因為相較於以較厚黏合劑密封之薄膜，薄包覆允許該些中空纖維薄膜在該過濾模組內以彼此靠近的方式填充，以達到更高之薄膜密度。在一較佳實施例中，該些薄膜被填充至每平方英寸至少81個薄膜之密度。如圖3所示，使用高黏度之一種黏合劑，會在該中空纖維薄膜100一端之四周形成較厚之黏合劑之包覆120及較短之一塞子122。被一較厚黏合劑120所包覆之薄膜100，其直徑可高達本發明之直徑之大約兩倍。較厚之包覆表示該些中空纖維薄膜必須以較大之纖維間距加以固定，達到每平方英寸大約64個薄膜之密度。因此，就同等尺寸之中空纖維薄膜而言，相較於習知方法之填充密度，本發明之製程可允許高出至少大約百分之二十五之薄膜填充密度。

將薄膜10從該光固化黏合劑移開後，使第一端16曝露在光線下以固化該黏合劑。能夠產生充分光線以固化該黏合劑之任何類型光源皆可使用，但較佳者為該光源可產生200 nm至760 nm範圍內之紫外(UV)光及/或可見光，更佳者為該光源可產生250 nm至460 nm範圍內之紫外光及/或可見光。雖然本發明所屬技術領域中已知能夠固化該黏合劑之任何光源皆可使用，但以使用一發光二極體(LED)、照射燈(例如水銀燈)或金屬鹵化物光源較佳。使用一照射燈光源時，最好使用長度介於3 mm及8 mm間之一光導(light guide)及一柱狀透鏡，該柱狀透鏡較佳者為0.75英寸至5英寸，更佳者為0.75英寸至2英寸。最佳者為該光源係一發光二極體陣列燈條(LED array light bar)。

該黏合劑應固化直到乾燥，但可保持些微黏著性。最好使用至少100 W之一紫外光源，較佳者為200 W之一紫外光源。在使用360 nm至410 nm 之一波長時，用於固化該黏合劑之光強度，較佳者為至少200 mW/cm²，更佳者為至少800 mW/cm²。薄膜10之第一端16最好保持在距離該光源大約3英寸處，但其與該光源之距離可視光強度及固化時間而改變。如圖4所示，最佳者為該薄膜10以垂直方向保持在一光源11上方大約3英寸處。本發明之製程允許第一端16曝露在該光源下的時間少於15秒，較佳者為少於8秒。

在一最佳實施例中，多個薄膜10可在一單次運行(single run)中放入、移開及曝露。較佳者為，在一人工處理程序中，每一手可將九個薄膜10放入。該些薄膜10在放入期間彼此保持分開，以確保每一薄膜之外部均受到包覆。在一自動化處理程序中，當使用適合於該用途之一裝置時，每次放入、移開及曝露之薄膜數目，可依照該裝置之容量而為一個或多個。

該光固化黏合劑固化之後，該些中空纖維薄膜可先加以存放，然後再組裝至一單接頭過濾模組。應用本發明之製程加以密封之該些中空纖維薄膜，可以本發明所屬技術領域中已知之任何方法組裝至一單接頭過濾模組。此外，該些密封薄膜可用於任何類型之單接頭過濾模組，包含抽氣驅動模組及壓力驅動模組。圖5呈現一範例性單接頭過濾模組，在該過濾模組中，中空纖維薄膜10之第二端18係以本發明所屬技術領域中已知之一適合膠封材料26固定在一接頭24內，且密封之第一端並未固定於一接頭中。在一替代性質之實施例中，該些中空纖維薄膜之第二端18係先固定在接頭24內，再應用本發明之製程將第一端16放入該光固化黏合劑、從該光固化黏合劑移開，以及固化。這可以一次放入一個纖維薄膜、一次放入該些纖維薄膜之一部分，或將整束纖維薄膜同時放入之方式進行。

該製程亦可用於修補一單接頭過濾模組中之一中空纖維薄膜。圖6呈現尚未進行任何修補之一單接頭過濾模組28。若檢測出有洩漏，可應用本發明所屬技術領域中已知之任何製程判定哪一個或多個纖維發生洩漏。將該受損纖維發生洩漏以下之部分切除。接著，應用上述之本發明製程，將該經過切除之纖維放入該黏合劑、從該黏合劑移開，以及固化。圖7呈現其中一薄膜10已按此種方式修補之模組28。這樣便可使該中空纖維薄膜在經過修補後仍然能夠使用。

在本說明書中，「大約」一詞可適用於及修飾在可容許程度下有所變化，而不會造成與其相關之基本功能發生改變之任何量化描述。舉例而言，本說明書揭示將一薄膜保持在距離一光源大約3英寸處以固化包覆其上之黏合劑，只要不會使該固化反應受到實質上的改變，該距離得在本發明之範圍內，於可容許程度下有所變化。

從前述內容可看出，本發明十分適於達成本說明書上述所有目的及目標，連同本發明顯而易見與本身固有之其他優點。

應了解的是，由於許多可能之實施例可在不偏離本發明範圍之情況下為之，因此，本說明書所述或本說明書所附圖式所呈現之一切內容，應予以解釋為說明性質而非限制性質。

詳細之實施例雖已於本說明書中呈現及討論，但仍可為各種修改；除以下申請專利範圍所含之限制外，本發明並不以本說明書所述元件及步驟之特定形式或安排為限。此外亦應了解的是，本發明某些特徵及次組合(subcombination)亦具其實用性，其無需參照其他特徵及次組合即可實施應用。此於以下申請專利範圍中已有所慮及，其並應涵蓋於本發明專利範 疇之內。

10‧‧‧中空纖維薄膜

11‧‧‧光源

12‧‧‧長柱形管

14‧‧‧中空內孔

16‧‧‧第一端

18‧‧‧第二端

20‧‧‧包覆

22‧‧‧塞子

24‧‧‧接頭

26‧‧‧膠封材料

28‧‧‧單一接頭過濾模組

100‧‧‧中空纖維薄膜

120‧‧‧包覆

122‧‧‧塞子

圖1為一未密封中空纖維薄膜之透視圖。

圖2為圖1之中空纖維薄膜之一第一端依照本發明密封後之剖面圖。

圖2A為圖2之中空纖維薄膜之一部分之放大圖，其呈現黏合劑滲進該薄膜之壁。

圖3為以一種高黏度黏合劑將該中空纖維薄膜之一第一端密封後之剖面圖。

圖4為一中空纖維薄膜之一第一端在密封後曝露在一光源下以進行固化之剖面圖。

圖5為一束中空纖維薄膜依照本發明密封之剖面圖。

圖6為示範性之一單接頭過濾模組之剖面圖，該過濾模組之中空纖維薄膜已依照本發明加以密封。

圖7為圖5之模組之剖面圖，其中一中空纖維薄膜已依照本發明加以修復。

10‧‧‧中空纖維薄膜

12‧‧‧長柱形管

14‧‧‧中空內孔

16‧‧‧第一端

18‧‧‧第二端

Claims (22)

1. 一種將一中空纖維薄膜之活動端密封以用於一單接頭過濾模組之方法，該方法包括：將前述薄膜之一第一端放入低黏度光固化之一種黏合劑，該黏合劑具有之黏度低於5000 cps，將該第一端從該黏合劑移開，將該第一端曝露在一光源下，以固化該黏合劑。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該黏合劑具有之黏度低於2000 cps。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該黏合劑具有之黏度介於100 cps及1000 cps之間。
4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該黏合劑具有之黏度介於170 cps及230 cps之間。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一端在該曝露步驟後之直徑小於4mm。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中在該曝露步驟後，該黏合劑在該第一端上面之厚度介於0.05 mm及0.8 mm之間。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該放入步驟包含將該薄膜放入該黏合劑，以使該薄膜浸入2 mm至10 mm之長度。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該曝露步驟包含將該第一端曝露在紫外光下。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該光源具有之強度至少為200 mW/cm²。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該放入步驟包含將介於兩個及九個間之薄膜同時放入該黏合劑。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該放入步驟為自動化。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該中空纖維薄膜之任一端均尚未固定於一接頭中。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其更包含將該薄膜之一第二未密封端固定於一接頭中之步驟，其中該方法不包含將該薄膜之密封端置入一接頭之步驟。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該固定步驟係在該移開步驟後實施。
15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中複數個該薄膜被固定於該接頭中，以達到每平方英寸超過64個薄膜之密度。
16. 用於一單接頭過濾模組之一中空纖維薄膜，其包含：一中空纖維薄膜，其具有定義出一中空內孔之一內壁、一第一端及一第二端，其中該第一端包覆著低黏度光固化之一種黏合劑，其中包覆該第一端之該黏合劑之厚度小於0.8 mm；以及其中該第二端無包覆。
17. 如申請專利範圍第16項之薄膜，其中包覆著該黏合劑之該第一端之直徑小於4 mm。
18. 如申請專利範圍第16項之薄膜，其更包含在該內孔裡面由低黏度 光固化之一種黏合劑所形成之一塞子，其中該塞子所延伸之長度介於2 mm及10 mm之間。
19. 如申請專利範圍第18項之薄膜，其中該第一端從該第一端被該黏合劑所包覆之長度介於2 mm及10 mm之間。
20. 如申請專利範圍第18項之薄膜，其中該黏合劑在該內壁中完整地延伸至該塞子。
21. 一中空纖維過濾模組，其包含：複數個中空纖維薄膜，以及一接頭，其中每一個中空纖維薄膜之一第二端係以一封膠(potting compound)固定於該接頭內，其中每一個中空纖維薄膜之第二端為無包覆，以及其中每一個中空纖維薄膜之第一端係以低黏度光固化之一種黏合劑密封。
22. 如申請專利範圍第21項之模組，其中該密封第一端之直徑小於4 mm。