DE29620190U1

DE29620190U1 - Pressure-stable, porous polymeric tubular membrane for tubular modules

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Publication number: DE29620190U1
Application number: DE29620190U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1995-11-25
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2006-11-21
Also published as: WO1997019744A1; DE19543954A1

Description

Weender Landstraße 94-108Weender Landstrasse 94-108

DE-37075 GöttingenDE-37075 Goettingen

Druckstabile, poröse polymere Rohrmembran für Rohrmodule.Pressure-stable, porous polymeric tubular membrane for tubular modules.

Die Erfindung betrifft eine druckstabile, poröse polymere Rohrmembran, die in Rohrmodulen zum Einsatz kommt.The invention relates to a pressure-stable, porous polymeric tubular membrane which is used in tubular modules.

Die druckstabile, poröse polymere Rohrmembran kann zum Einbau in Rohrmodulen ohne zusätzliche Verwendung von Membran-Stützrohren verwendet werden. Die erfindungsgemäße Rohrmembran kann eingesetzt werden zur Filtration von Fluiden im Getränke-, Lebensmittel-, Pharma-, Chemie-, Biotechnologie- und Abwasserbereich, insbesondere zur Filtration partikelhaltiger Flüssigkeiten.The pressure-stable, porous polymeric tubular membrane can be used for installation in tubular modules without the additional use of membrane support tubes. The inventive tubular membrane can be used for filtering fluids in the beverage, food, pharmaceutical, chemical, biotechnology and wastewater sectors, in particular for filtering liquids containing particles.

Bekanntlich weist das Filterelement in Rohrmodulen eine beidseitig offene rohrförmige Filtermembran (Rohrmembran) auf, an deren einem Ende ein Druckanschluß für den Zulauf des zu filtrierenden Fluids und an deren anderem Ende ein Druckanschluß für den Ablauf des Retentats angeordnet ist. Die Rohrmembran befindet sich in der Regel innerhalb eines sie umschließenden Gehäuses, wobei zwischen der äußeren Wand der Rohrmembran und der inneren Wand des Gehäuses ein Permeatsammelraum mit einem Ablauf für das Permeat vorhanden ist. Das zu filtrierende Fluid durchströmt unter Druck das Innere der Rohrmembran, das die Rohrmembran durchdringende Permeat wird im Permeatsammelraum gesammelt und aus dem Modul abgeleitet. Zur Vermeidung einer vorzeitigen Verblockung (Fouling) ist es bekannt, in den Strömungskanal Strömungsführungseinrichtungen einzufügen, die durch Erzeugung von Turbulenzen einem Membranfouling entgegenwirken (DE-OS 35 19 042; DE-OS 24 48 000).As is known, the filter element in tubular modules has a tubular filter membrane (tubular membrane) that is open on both sides, at one end of which there is a pressure connection for the inflow of the fluid to be filtered and at the other end there is a pressure connection for the outflow of the retentate. The tubular membrane is usually located within a housing that encloses it, with a permeate collection chamber with an outlet for the permeate between the outer wall of the tubular membrane and the inner wall of the housing. The fluid to be filtered flows under pressure through the interior of the tubular membrane, the permeate that penetrates the tubular membrane is collected in the permeate collection chamber and drained from the module. To avoid premature blocking (fouling), it is known to insert flow guidance devices into the flow channel that counteract membrane fouling by generating turbulence (DE-OS 35 19 042; DE-OS 24 48 000).

An Rohrmembranen werden hinsichtlich ihrer chemischen und mechanischen Stabilität besondere Anforderungen gestellt. Sie müssen im Dauerbetrieb Druckbelastungen von bis zu 3 bar (Mikrofiltration) beziehungsweise bis zu 10 bar (Ultrafiltration) standhalten, weil zur Erreichung einer wirtschaftlichen Filtrationsgeschwindigkeit dieSpecial requirements are placed on tubular membranes with regard to their chemical and mechanical stability. In continuous operation, they must withstand pressure loads of up to 3 bar (microfiltration) or up to 10 bar (ultrafiltration), because in order to achieve an economical filtration speed, the

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Rohrmembranen mit dem zu filtrierenden Fluid unter derartigen Drücken durchströmt werden. Für Sterilfiltrationen und beim Einsatz von Rohrmodulen für Filtrationsaufgaben in bestimmten Bereichen, wie der Lebensmittel-, Getränke- oder Pharmaindustrie darf die Rohrmembran keine eluierbaren Bestandteile enthalten und muß entweder durch Einsatz chemischer Mittel oder durch Hitzeeinwirkung sterilisierbar sein.The fluid to be filtered must flow through tubular membranes under such pressures. For sterile filtration and when using tubular modules for filtration tasks in certain areas, such as the food, beverage or pharmaceutical industries, the tubular membrane must not contain any elutable components and must be sterilizable either by using chemical agents or by applying heat.

Druckstabile polymere Rohrmembranen, die in Rohrmodulen zur Crossflow-Filtration von Fluiden unter Druck zum Einsatz kommen, sind bekannt.Pressure-stable polymeric tubular membranes that are used in tubular modules for crossflow filtration of fluids under pressure are known.

Nach der CH-PS 500 744 wird eine verstärkte polymere Rohrmembran hergestellt, in dem aus einem porösen Band eines Faservlieses oder Gewebes ein poröser Träger geformt wird, dessen Ränder zur Bildung einer längsverlaufenden Rohrnaht aneinanderstoßend oder sich gegenseitig überlappend verschweißt oder verklebt sein können. Es ist auch bekannt, den Träger durch schraubenlinienförmiges Aufwickeln des Bandes zu erzeugen. Anschließend wird der Träger auf seiner Innenseite mit einer Polymergießlösung beschichtet und die Membran nach bekannten Verfahren durch Phaseninversion erzeugt. In der DE-OS 44 03 652 wird eine Rohrmembran und ein Verfahren zum Herstellen von Rohrmembranen offenbart, bei dem aus streifenförmigen durchlässigen Vliesmaterialien ein rohrförmiger Träger wendelförmig mit einander überlappenden Längskanten gewickelt wird und die einander überlappenden Längskanten sodann derart miteinander verschweißt werden, daß die Schweißnähte in Flucht mit dem gewendelten streifenförmigen Vliesmaterial liegen, woraufhin auf die Innenseite des rohrförmigen Trägers eine Membranschicht mittels einer Membranziehlösung und Verfestigung derselben in einem Fällbad aufgebracht wird. Vor dem Aufbringen der Membranschicht wird auf den rohrförmigen Träger eine weitere Lage aus streifenförmigen durchlässigen Vliesmaterial versetzt zur ersten Lage wendelförmig aufgewickelt. Die einander überlappenden Längskanten dieser zweiten Lage werden mit dem Vliesmaterial des darunter befindlichen inneren Rohrkörpers verschweißt.
Da die rohrförmigen, verstärkten Membranen nicht über die erforderliche Druckstabilität verfugen, werden sie zusätzlich mit äußeren Stützrohren versehen. So wird nach der DE-According to CH-PS 500 744, a reinforced polymeric tubular membrane is produced by forming a porous carrier from a porous band of nonwoven or woven fabric, the edges of which can be welded or glued together so as to abut one another or overlap one another to form a longitudinal pipe seam. It is also known to produce the carrier by winding the band in a helical manner. The carrier is then coated on its inside with a polymer casting solution and the membrane is produced by phase inversion using known processes. DE-OS 44 03 652 discloses a tubular membrane and a method for producing tubular membranes, in which a tubular support is wound spirally from strip-shaped permeable nonwoven materials with overlapping longitudinal edges and the overlapping longitudinal edges are then welded together in such a way that the weld seams are in line with the coiled strip-shaped nonwoven material, whereupon a membrane layer is applied to the inside of the tubular support by means of a membrane drawing solution and solidification of the same in a precipitation bath. Before the membrane layer is applied, a further layer of strip-shaped permeable nonwoven material is wound spirally onto the tubular support, offset from the first layer. The overlapping longitudinal edges of this second layer are welded to the nonwoven material of the inner tubular body located underneath.
Since the tubular, reinforced membranes do not have the required pressure stability, they are additionally provided with external support tubes. According to the DE-

PS 25 29 515 ein poröses Rohr aus Faservliesmaterial, dessen Innenseite mit einer polymeren Membran versehen oder für deren Anbringung vorgesehen ist, während desPS 25 29 515 a porous tube made of nonwoven material, the inside of which is provided with a polymeric membrane or is intended for the attachment of one, during

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Filtrationsvorganges in Stützrohren angeordnet, die dem anzulegenden Druck standhalten. Der Innendruck preßt das poröse Rohr aus Faservliesmaterial und polymerer Membran an die Innenwandung des Stützrohres an und bereichsweise auch in die Öffnungen im Stützrohr hinein, die zur Ableitung des Permeats vorgesehen sind. Nachteilig ist, daß es dadurch leicht zu Membrandefekten kommen kann und daß sich die defekten rohrförmigen Membranen durch das starke Haften nur sehr schwer aus dem Stützrohr entfernenen lassen. Wird die Naht des Trägers verklebt, besteht die Gefahr der Auflösung oder Zersetzung des Klebstoffs während der Filtration oder Sterilisierung, was zur Kontamination des zu filtrierenden Fluids führt, wodurch die Verwendung solcher Filterelemente in bestimmten Bereichen, z. B. dem Pharmabereich, ausgeschlossen ist. Gemäß Urheberschein SU 521 902 wird eine von einer Karkasse umhüllte rohrförmige polymere Membran offenbart, bei der zwischen Membran und Karkasse zusätzlich eine Unterlage aus einem textlien oder porösen polymeren Material eingebracht ist, die einer Zerstörung der Membran durch Eindringen in die Öffnungen der Karkasse entgegenwirken soll. Nachteilig ist der komplizierte Aufbau und die aufwendige Herstellung einer derartigen rohrförmigen, verstärkten polymeren Membran. In der DE-OS 35 19 042 wird eine vollständige äußere Umhüllung eines Filterschlauches aus einem porösen Polymer mit einem fluiddurchlässigen Druckmantelgewebe vorgeschlagen. Das Druckmantelgewebe kann aus jedem beliebigen druckfesten und unter den gegebenen Druckverhältnissen nicht oder nur unwesentlich dehnbaren fasrigen oder drahtförmigen Gewebestrukturen bestehen, beispielsweise aus nichtdehnbaren Kunststoffgeweben, vorzugsweise Polyamidgeweben. Es wird aber auch ein Stahldrahtgewebe vorgeschlagen. Nachteilig ist, daß zwischen Membranschlauch und Druckmantelgewebe keine feste Verbindung besteht und es bei Druckschwankungen während des Filtrationsbetriebes zu Reibungen zwischen beiden kommt, wodurch die Membran geschädigt wird.Filtration process in support tubes that can withstand the pressure to be applied. The internal pressure presses the porous tube made of nonwoven material and polymer membrane against the inner wall of the support tube and in some areas also into the openings in the support tube that are intended for the drainage of the permeate. The disadvantage is that this can easily lead to membrane defects and that the defective tubular membranes are very difficult to remove from the support tube due to the strong adhesion. If the seam of the carrier is glued, there is a risk of the adhesive dissolving or decomposing during filtration or sterilization, which leads to contamination of the fluid to be filtered, which rules out the use of such filter elements in certain areas, e.g. the pharmaceutical sector. According to copyright certificate SU 521 902, a tubular polymer membrane covered by a carcass is disclosed, in which an additional base made of a textile or porous polymer material is inserted between the membrane and the carcass, which is intended to prevent the membrane from being destroyed by penetrating the openings in the carcass. The disadvantage is the complicated structure and the costly manufacture of such a tubular, reinforced polymer membrane. DE-OS 35 19 042 proposes a complete outer covering of a filter hose made of a porous polymer with a fluid-permeable pressure jacket fabric. The pressure jacket fabric can consist of any pressure-resistant fibrous or wire-shaped fabric structure that is not or only slightly stretchable under the given pressure conditions, for example non-stretchable plastic fabrics, preferably polyamide fabrics. However, a steel wire fabric is also proposed. The disadvantage is that there is no firm connection between the membrane hose and the pressure jacket fabric and that pressure fluctuations during filtration lead to friction between the two, which damages the membrane.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine poröse polymere Rohrmembran zu schaffen, die druckstabil und sterilisierbar ist und eine Kontamination des zu filtrierenden Fluids ausschließt.The invention is therefore based on the object of creating a porous polymeric tubular membrane which is pressure-stable and sterilizable and which excludes contamination of the fluid to be filtered.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rohrmembran aus einem flächigen Zuschnitt einer porösen polymeren Membran und einem auf mindestens einer Seite der Membran befindlichen Zuschnitt eines porösen Flächengebildes aus thermoplastischen Fasern mit unterschiedlichen Schmelzpunkten als Mantel- und Kernmaterial gebildet ist, wobei das Mantelmaterial mit der Membran in Kontakt steht und eine geringere Schmelztemperatur besitzt als das festere Kernmaterial und das Membranpolymer. Die Herstellung der Rohrmembran aus den flächigen Zuschnitten erfolgt so, daß nach Formung eines Rohres ein Ende der flächigen Zuschnitte mit einem anderen Bereich der flächigen Zuschnitte überlappt und im Bereich der Überlappung eine leckdichte Verbindung zwischen der Membran und den ihr durch die Überlappung benachbarten Fasern durch Wärme- und Druckeinwirkung hergestellt wird. Das poröse Flächengebilde kann aus Kernmantelfasern bestehen oder aus höher schmelzbaren Kernfasern, die von leichter schmelzbaren Mantelfasern durchsetzt oder beidseitig bedeckt sind.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kann sich das poröse Flächengebilde aus den thermoplastischen Polymerfasern auf beiden Seiten der Membran befinden. Das kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Rohrmembran während des Filtrationsprozesses größeren Druckschwankungen ausgesetzt ist oder eine Rückspülung der Membran durch Druckstöße zur Standzeiterhöhung erfolgen soll. Dadurch wird auch eine Vorfiltration erreicht, was ebenfalls zur Standzeiterhöhung der Membran führt.The problem is solved in that the tubular membrane is formed from a flat cut of a porous polymer membrane and a cut of a porous sheet material made of thermoplastic fibers with different melting points as sheath and core material on at least one side of the membrane, whereby the sheath material is in contact with the membrane and has a lower melting temperature than the more solid core material and the membrane polymer. The tubular membrane is manufactured from the flat cuts in such a way that after forming a tube, one end of the flat cut overlaps with another area of the flat cuts and in the area of the overlap a leak-tight connection is made between the membrane and the fibers adjacent to it due to the overlap by the action of heat and pressure. The porous sheet material can consist of core-sheath fibers or of more highly meltable core fibers which are interspersed with more easily meltable sheath fibers or are covered on both sides.
In a special embodiment of the invention, the porous sheet made of thermoplastic polymer fibers can be located on both sides of the membrane. This can be particularly advantageous if the tubular membrane is exposed to greater pressure fluctuations during the filtration process or if the membrane is to be backwashed by pressure surges to increase its service life. This also achieves pre-filtration, which also increases the service life of the membrane.

Bei der Herstellung der leckdichten Verbindung wird eine Temperatur angewandt, die das Mantelmaterial der Fasern ausreichend erweichen läßt. Diese Temperatur soll nicht mehr als 5⁰C unterhalb des Schmezpunktes des Mantelmaterials liegen. Die leckdichte Verbindung entsteht dadurch, daß der Verbindungsbereich bei den genannten Temperaturen über einen Zeitraum zwischen 5 Sekunden bis 20 Minuten einem Druck größer etwa 0,5 bar und kleiner etwa 5 bar ausgesetzt und anschließend abgekühlt wird. Der Druck kann zum Beispiel durch Einklemmen des Bereichs zwischen zwei Elementen, die gleichzeitig Heizelemente sein können, oder bei einer wendelförmig verlaufenden Verbindung durch ein fest darüber gewickeltes elastisches Band ausgeübt werden. Durch die Druckanwendung wird erreicht, daß das erweichte Mantelmaterial der Fasern ausreichend in die Porenstruktur der porösen Membran eindringen kann, wodurch nach Abkühlung die leckdichte und druckstabile Verbindung ausgebildet wird.When producing the leak-tight connection, a temperature is used which allows the sheath material of the fibers to soften sufficiently. This temperature should not be more than 5 ^° C below the melting point of the sheath material. The leak-tight connection is created by subjecting the connection area to a pressure of greater than about 0.5 bar and less than about 5 bar at the temperatures mentioned for a period of between 5 seconds and 20 minutes and then cooling it down. The pressure can be exerted, for example, by clamping the area between two elements which can also be heating elements, or in the case of a spiral connection, by winding an elastic band tightly over it. The application of pressure ensures that the softened sheath material of the fibers can penetrate sufficiently into the pore structure of the porous membrane, whereby the leak-tight and pressure-stable connection is formed after cooling.

Bei einem bestimmten auf den zu verbindenden Bereich ausgeübten Druck ist der Zeitraum der Druck- und Temperatureinwirkung um so kurzer, je grobporiger die polymere Membran und je fließfähiger das Mantelpolymer bei der angewandten Temperatur ist.
Das poröse Flächengebilde kann ein Gewebe, Gewirke oder Vlies sein.For a certain pressure exerted on the area to be joined, the period of pressure and temperature exposure is shorter the more coarse-pored the polymer membrane is and the more flowable the sheath polymer is at the applied temperature.
The porous fabric can be a woven, knitted or nonwoven fabric.

Bei Kernmantelfasern setzen sich diese aus einem temperaturbeständigen, vorzugsweise hochfesten, ersten Polymer mit einer Ummantelung aus einem thermoplastischen, vorzugsweise chemisch beständigen, zweiten Polymer zusammen.
Das temperaturbeständige erste Polymer der Kernfasern oder des Kerns der Kernmantelfasern verleiht der Rohrmembran auch bei höhren Temperaturen die erforderliche Druck- und Formstabilität. Es kann ein Polyalkan oder Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat sein.
Das thermoplastische zweite Polymer, das die Seele des Fadens der Kernmantelfasern ummantelt oder die Kernfasern durchsetzt oder beidseitig bedeckt, bildet mit der Membran die fluiddichte Verbindung. Als chemisch beständiges Polymer verhindert es bei Kernmantelfasern den Kontakt aggressiver Medien, insbesondere von Laugen und Säuren, zum Beispiel während der Reinigung des Rohrmoduls, mit dem die mechanische Festigkeit verursachenden Polymer und dessen Zersetzung. Es kann beispielsweise ein Polyalkan, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen oder Poly(4-methyl-l-penten) sein.In the case of core-sheath fibers, these consist of a temperature-resistant, preferably high-strength, first polymer with a sheath made of a thermoplastic, preferably chemically resistant, second polymer.
The temperature-resistant first polymer of the core fibers or the core of the core-sheath fibers gives the tubular membrane the required pressure and dimensional stability even at higher temperatures. It can be a polyalkane or polyester, preferably polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate.
The thermoplastic second polymer, which coats the core of the thread of the core-sheath fibers or penetrates the core fibers or covers them on both sides, forms the fluid-tight connection with the membrane. As a chemically resistant polymer, it prevents aggressive media, especially alkalis and acids, for example during cleaning of the pipe module, from coming into contact with the polymer that provides the mechanical strength and from decomposing it. It can be, for example, a polyalkane, preferably polyethylene, polypropylene or poly(4-methyl-l-pentene).

Als gut verarbeitbare poröse Flächengebilde haben sich Vliese, insbesondere aus Kernmantelfasern erwiesen, deren erstes Polymer aus Polypropylen und deren zweites Polymer aus Polyethylen besteht.Nonwovens, particularly those made of core-sheath fibers, whose first polymer consists of polypropylene and whose second polymer consists of polyethylene, have proven to be easily processable porous surface structures.

Als poröse polymere Membranen kommen Membranen aus allen gebräuchlichen Polymeren in Frage. Im einzelnen sind dies zum Beispiel Cellulose und Cellulosederivate, vernetztes Cellulosehydrat, Polyolefine, Polysulfone, Polyethersulfone, aromatische und aliphatische Polyamide, Polysulfonamide, halogenierte Polymere wie Polyvinylchlorid,Membranes made of all common polymers can be used as porous polymer membranes. These include, for example, cellulose and cellulose derivatives, cross-linked cellulose hydrate, polyolefins, polysulfones, polyethersulfones, aromatic and aliphatic polyamides, polysulfonamides, halogenated polymers such as polyvinyl chloride,

Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen, Polyester und Polyacrylnitril sowie Blends und Copolymerisate davon.Polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyester and polyacrylonitrile as well as blends and copolymers thereof.

Es können auch textilverstärkte poröse Membranen verwendet werden, die durch Auflaminieren der porösen Membranen auf ein poröses Flächengebildes aus Kernmantelfasern unter Einwirkung von Hitze und Druck ohne Verwendung von Klebstoffen oder durch Beschichten des textlien Flächengebildes aus Kernmantelfasern mit einer Polymergießlösung und anschließender Ausbildung der Membran durch Phaseninversion (integral verstärkte Membranen) erzeugt worden sind. Es ist jedoch vorteilhaft, Einzelzuschnitte von porösen, polymeren Membranen und von porösen Flächengebilden zu verwenden, die nicht miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäße Rohrmembranen daraus weisen eine höhere Durchflußleitung auf als von vornherein separat laminierte Membranen, obwohl unter den Verfahrensbedingungen zumindest teilweise und schonende Laminierung vor sich zu gehen scheint. Im Falle der Verwendung von separat von laminierten Membranen kann der Durchfluß bis auf etwa zwei Drittel im Vergleich zur unlaminierten Membran zurückgehen, weil in der Umgebung der Haftstellen zwischen Membran und porösem Flächengebilde die Poren der Membran verringert sind. Vorteilhaft ist es, wenn zwischen der porösen Membran und dem Kernmantelvlies im Bereich der Überlappung zusätzlich ein Streifen eines leichtschmelzbaren Polymers eingelegt wird. Ist die Membran selbst druckstabil, reicht es aus, wenn nur der Zuschnitt der porösen Membran zur Rohrmembran geformt wird und lediglich im Bereich der leckdichten Verbindung ein Streifen eines Kernmantelvlieses und gegebenenfalls ein Streifen eines leicht schmelzbaren Polymers dazwischen eingelegt wird.Textile-reinforced porous membranes can also be used, which have been produced by laminating the porous membranes onto a porous sheet made of core-sheath fibers under the influence of heat and pressure without using adhesives or by coating the textile sheet made of core-sheath fibers with a polymer casting solution and then forming the membrane by phase inversion (integrally reinforced membranes). However, it is advantageous to use individual cuts of porous, polymer membranes and of porous sheets that are not connected to one another. Tubular membranes made from these according to the invention have a higher flow rate than membranes that are laminated separately from the outset, although under the process conditions at least partial and gentle lamination appears to take place. If separate laminated membranes are used, the flow can be reduced by up to two thirds compared to the unlaminated membrane because the pores of the membrane are reduced in the area of the bonding points between the membrane and the porous surface structure. It is advantageous if a strip of an easily meltable polymer is also inserted between the porous membrane and the core-sheath fleece in the area of the overlap. If the membrane itself is pressure-stable, it is sufficient if only the cut of the porous membrane is formed into a tubular membrane and only a strip of a core-sheath fleece and, if necessary, a strip of an easily meltable polymer is inserted between them in the area of the leak-tight connection.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß im Falle hydrophiler poröser Membranen in den Randbereichen neben der leckdichten Verbindung keine hydrophoben Stellen in der Membran festzustellen waren. Derartige hydrophobe Stellen treten gewöhnlich in den Randzonen örtlicher Überhitzung hydrohiler Membranen auf und verhindern die Testung daraus gefertigter Filtrationsmodule auf Integrität mittels Beaufschlagung der einen Seite der Membran mit unter Druck stehendem Prüfgas (Luft) (Bubble Point-, Diffusions- oder Druckhaltetest), weil die hydrophoben Stellen nicht mit Flüssigkeit (Wasser) benetzenSurprisingly, it was found that in the case of hydrophilic porous membranes, no hydrophobic spots were found in the edge areas of the membrane next to the leak-tight connection. Such hydrophobic spots usually occur in the edge zones of local overheating of hydrophilic membranes and prevent the testing of filtration modules made from them for integrity by exposing one side of the membrane to pressurized test gas (air) (bubble point, diffusion or pressure holding test), because the hydrophobic spots do not wet with liquid (water).

und das Druckgas ungehindert die Poren passieren kann. Rohrmodule aus erfindungsgemäßen hydrophilen Rohrmembranen waren auf Integrität testbar.and the compressed gas can pass through the pores unhindered. Tube modules made of hydrophilic tube membranes according to the invention could be tested for integrity.

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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Rohrmembranen aus porösen Membranen mit hervorragenden Filtrationseigenschaften hergestellt werden können, die durch Verschweißung schwer oder nicht verbindbar sind, weil sie einen derart hohen Schmelzpunkt haben, bei dem sie sich bereits zersetzen würden. Dazu zählen beispielsweise poröse Membranen aus Cellulosehydrat, vernetzten! Cellulosehydrat und Polytetrafluorethylen.A further advantage of the invention is that tubular membranes can be made from porous membranes with excellent filtration properties, which are difficult or impossible to join by welding because they have such a high melting point that they would already decompose. These include, for example, porous membranes made of cellulose hydrate, cross-linked cellulose hydrate and polytetrafluoroethylene.

Aufgrund der Druckfestigkeit und Formstabilität der textilverstärkten, porösen polymeren Rohrmembran kann sie ohne Verwendung von Stützrohren in Rohrmudulen eingebaut werden. Das führt zu Vereinfachungen in der Montage, zu Material und Gewichtseinsparungen und gestattet die Unterbringung einer größeren Anzahl von Rohrmembranen in einem Großgehäuse. Außerdem erhöht sich die Sicherheit bei der Reinigung und Sterilisierung des Rohrmoduls, weil die bei der zusätzlichen Verwendung von Stützrohren auftretenden Toträume zwischen Rohrmembran und Stützrohr als Kontaminationsorte nicht vorhanden sind.Due to the pressure resistance and dimensional stability of the textile-reinforced, porous polymer tube membrane, it can be installed in tube modules without the use of support tubes. This simplifies assembly, saves material and weight, and allows a larger number of tube membranes to be accommodated in a large housing. In addition, safety is increased when cleaning and sterilizing the tube module because the dead spaces between the tube membrane and the support tube that can cause contamination when additional support tubes are used are eliminated.

Die erfmdungsgemäßen Rohrmembranen waren selbst nach einer 10 tägigen Beaufschlagung mit einem Druck von 8 bar und nach 20 Zyklen einer Autoklavierung bei 121° C beziehungsweise Heißdampfsterilisierung bei 134° C intakt. Mit Wasser oder Etanol wurden keine Bestandteile eluiert.
Durch die hohe Formstabilität der erfmdungsgemäßen Rohrmembran wird es bei Verwendung einer Strömungsführungseinrichtung im Inneren der Rohrmembran auch ermöglicht, bei unterschiedlichen Druckdifferenzen zwischen Feedeingang und Retentaausgang einen Überströmspalt mit konstanter Weite beizubehalten, was sich positiv auf die Durchflußleistung der Membran und ihre Standzeit bis zur Verblockung und erforderlichen Reinigung auswirkt.The tubular membranes according to the invention were intact even after 10 days of exposure to a pressure of 8 bar and after 20 cycles of autoclaving at 121° C or hot steam sterilization at 134° C. No components were eluted with water or ethanol.
Due to the high dimensional stability of the tubular membrane according to the invention, when using a flow guide device inside the tubular membrane, it is also possible to maintain an overflow gap with a constant width in the event of different pressure differences between the feed inlet and the retenta outlet, which has a positive effect on the flow rate of the membrane and its service life until blockage and necessary cleaning.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren 1 und 2 und der nachstehenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to Figures 1 and 2 and the following embodiments.

Dabei zeigtThis shows

Figur 1 schematisch die Herstellung der erfmdungsgemäßen Rohrmembran und
Figur 2 ein Rohrmodul unter Verwendung der erfindungsgemäßen Rohrmembran.Figure 1 schematically shows the production of the tubular membrane according to the invention and
Figure 2 shows a tube module using the tube membrane according to the invention.

Gemäß Figur 1 wird ein bandförmiger flächiger Zuschnitt aus einer porösen Membran 1 und ein Zuschnitt eines porösen Flächengebildes aus thermoplastischen Polymerfasern 2, beispielsweise aus Kernmantelfasern, wendelförmig um einen stabförmigen Kern 3, zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen straff gewickelt, derart, daß die beiden gegenüberliegenden langen Enden der bandförmigen Zuschnitte im Randbereich etwa 2 bis 4 mm überlappen. Mit der selben Ganghöhe wird unter einer Zugspannung, die einem Druck von etwa 0,5 bis etwa 5 bar entspricht, ein eleastisches Band 4, beispielsweise aus Silikon, von etwa 5 mm Breite nur über die überlappenden Bereiche 5 gewickelt. Der so vorbereitete Wickel 6 wird zur Erzeugung der leckdichten Verbindung zwischen der Membran und dem Flächengebilde aus Polymerfasern in einen Ofen überführt. Die Temperatur des Ofens und die Verweilzeit werden den jeweils verwendeten Materialien angepaßt (Vergleich Tabelle). Anschließend wird der Wickel 6 abgekühlt und der stabförmigen Kern 3 wird entfernt.
Die so erhaltenen erfindungsgemäßen druckstabilen, textilverstärkten, porösenAccording to Figure 1, a band-shaped flat cut from a porous membrane 1 and a cut of a porous flat structure made of thermoplastic polymer fibers 2, for example from core-sheath fibers, are tightly wound in a spiral around a rod-shaped core 3, for example from polytetrafluoroethylene, in such a way that the two opposite long ends of the band-shaped cuts overlap by about 2 to 4 mm in the edge area. With the same pitch, an elastic band 4, for example made of silicone, about 5 mm wide is wound only over the overlapping areas 5 under a tensile stress that corresponds to a pressure of about 0.5 to about 5 bar. The wound 6 prepared in this way is transferred to an oven to create the leak-tight connection between the membrane and the flat structure made of polymer fibers. The temperature of the oven and the dwell time are adapted to the materials used in each case (compare table). Subsequently, the coil 6 is cooled and the rod-shaped core 3 is removed.
The pressure-stable, textile-reinforced, porous

polymeren Rohrmembranen 7 können direkt zu einem Rohrmodul 8, wie erpolymeric tubular membranes 7 can be directly connected to a tubular module 8, as

beispielsweise in Fig. 2 gezeigt wird, verarbeitet werden. Der Rohrmodul 8 besteht aus einem Gehäuse 9 mit Feedeinlaß 10, Retent-11 und Permeatauslässen 12. An den Enden ist die Rohrmembran leckdicht mit einer Dichtungsmasse 13 eingefaßt. Zur Steigerung
der Filtrationsleistung ist im Innern der Rohrmembran 7 beispielsweise ein statischershown in Fig. 2, for example. The tube module 8 consists of a housing 9 with feed inlet 10, retent 11 and permeate outlets 12. At the ends, the tube membrane is sealed with a sealing compound 13. To increase
the filtration performance, inside the tubular membrane 7, for example, a static

Mischer 14 untergebracht.Mixer 14 is housed.

Beispiele 1 bis 7Examples 1 to 7

Die nachstehende Tabelle enthält die Parameter iur die in den Beispielen 1 bis 7 hergetseilten Rohrmembranen.The table below contains the parameters for the tubular membranes produced in Examples 1 to 7.

BeispielExample Membranmembrane PorösesPorous Verschwei-Welding Verschwei-Welding PermeatflußPermeate flow FlächengeArea ßungs-ßungs- ßungs-ßungs- für RO-for RO bilde alsform as temperaturtemperature zeittime WasserWater Vliesfleece [⁰C][ ⁰ C] [min][min] [ l/min ] bei[ l/min ] at &Dgr; &rgr; = 0,6 bar,Δρ = 0.6 bar, 0,0075 m² ^0.0075m2 Membranmembrane flächearea 11 CellulosehydratCellulose hydrate Mantel ausCoat made of 150150 1010 0,6750.675 0,2 &mgr;&eegr;&igr;0.2 μηι Polyethylen,Polyethylene, nicht laminiertnot laminated Kern ausCore from PolyproPolypro pylen¹'pylene ¹ ' 22 CellulosehydratCellulose hydrate Mantel ausCoat made of 150150 1515 0,4960.496 0,2 &mgr;&eegr;&igr;0.2 μηι Polyethylen,Polyethylene, laminiertlaminated Kern ausCore from PolyproPolypro pylen¹ ^] pylene ¹ ^] 33 vernetztesnetworked Mantel ausCoat made of 150150 1010 CellulosehydratCellulose hydrate Polyethylen,Polyethylene, 0,45 &mgr;&eegr;&igr;0.45 μηι Kern ausCore from nicht laminiertnot laminated PolypropylenPolypropylen 44 PolypropylenPolypropylen Mantel ausCoat made of 145145 1515 0,2 &mgr;&eegr;&igr;0.2 μηι Polyethylen,Polyethylene, nichtnot Kern ausCore from laminiertlaminated PolypropylenPolypropylen 55 PolypropylenPolypropylen Mantel ausCoat made of 140140 1010 0,1120.112 0,2 &mgr;&eegr;&igr;0.2 μηι Polyethylen,Polyethylene, laminiertlaminated Kern ausCore from

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Polypropylen
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nicht laminiertPolypropylen
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pylene ¹ ' 140140 1010 0,1880.188 66 Polyethersulfon
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nicht laminiertPolyethersulfon
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Core from
Polypro
pylene ¹ ' 170170 55 77 Mantel aus
Polyethylen,
Kern aus
Polypro
pylen¹'Coat made of
Polyethylene,
Core from
Polypro
pylene ¹ '

^l) Kernmantelfasern ^l) Core-sheath fibres

Claims

11 Protection claims

1. Pressure-stable, porous polymeric tubular membrane for the filtration of fluids from flat blanks, such that at least one end of the flat blanks overlaps with an area of the blanks and a leak-tight connection is present in the area of the overlap,
characterized in that

the flat blanks consist of a porous polymer membrane and a porous flat structure made of thermoplastic fibers with different melting points as sheath and core material on at least one side of the membrane, whereby the sheath material is in contact with the membrane and has a lower melting temperature than the core material and the membrane polymer.

2. Tubular membrane according to claim 1,
characterized in that
the porous surface structure consists of core-mantle fibers.

3. Tubular membrane according to claims 1 and 2,
characterized in that

the flat cuts consist of a porous polymer membrane which is connected to the porous surface structure.

4. Tubular membrane according to claims 1 to 3,
characterized in that

the flat cuts are spirally formed into a tubular membrane and two opposite ends of the flat cuts overlap in the edge area.

5. Tubular membrane according to the preceding claims, characterized in that

the tubular membrane is a microfiltration membrane.

6. Tubular membrane according to the preceding claims,
characterized in that

the porous polymeric membrane consists of a material selected from the group of cellulose and cellulose derivatives, cross-linked cellulose hydrates, polyalkenes, halogenated polyalkanes such as polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polysulfones, polyethersulfones, aromatic and aliphatic polyamides, polysulfonamides, polyesters and polyacrylonitriles as well as blends and copolymers thereof.