DE3850713T2

DE3850713T2 - Filterelement und dieses enthaltendes Filtermodul.

Info

Publication number: DE3850713T2
Application number: DE3850713T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Muto; Tomoyuki Sakurai; Kohei Watanabe; Koichi Yasukata
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1987-07-13
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2008-07-14
Also published as: US4980060A; EP0299459A2; EP0299459A3; DE3850713D1; US5066397A; EP0299459B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Filterelement und ein dieses enthaltendes Filtermodul. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Filterelement gerichtet, welches Hohlfaser-Filtermembranen enthält, die in Längsrichtung angeordnet sind und an einem oder beiden ihrer jeweiligen Endbereiche durch Schmelzen miteinander verbunden sind, wodurch an dem Endbereich eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Filtermembranen geschaffen wird. Die Erfindung betrifft auch ein dieses Filterelement enthaltendes Filtermodul. Da bei dem erfindungsgemäßen Filterelement zum Verbinden der Endbereiche der Membranen kein Klebmittel verwendet wird, kann das Filterelement vorteilhaft bei der Filtration eingesetzt werden, ohne daß die Schwierigkeiten auftreten, die sich ergeben, wenn die Filtration unter Verwendung von herkömmlichen Filterelementen durchgeführt wird, bei denen Epoxyharz- oder Urethanharz-Klebmittel verwendet werden. Die bei herkömmlichen Filterelementen auftretenden Schwierigkeiten ergeben sich, wenn das Klebmittelharz herausgelöst wird und in das Filtrat gelangt. Dies hat zur Folge, daß der organische Gesamt- Kohlenstoff-Gehalt (nachstehend oft als "TOC" bezeichnet) in dem Filtrat zunimmt und die Beständigkeit des Klebmittelharzes gegenüber Wärme und Chemikalien herabgesetzt wird, so daß die flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Filtermembranen zerstört wird.

Diskussion des Standes der Technik

Bei der Herstellung von Filterelementen sind zum Verbinden der Endbereiche von Hohlfaser-Filtermembranen miteinander im allgemeinen Epoxyharz- oder Urethanharz-Klebmittel verwendet worden (vgl. beispielsweise US-A-3,228,876). Bei der Verwendung eines Epoxyharz- oder urethanharz-Klebmittels bei einem Filterelement treten jedoch die folgenden Schwierigkeiten auf.
Bei der Durchführung der Filtration unter Verwendung eines Filterelements, bei dem ein Epoxyharz oder ein Urethanharz als Klebmittel verwendet worden ist, ist es schwierig, die Herauslösung des Klebmittelharzes aus dem Filterelement zu verhindern. Diese Herauslösung des Klebmittelharzes ist unerwünscht, wenn das Filterelement für die Herstellung von ultrareinem Wasser eingesetzt wird.
Es stehen Hohlfaser-Filtermembranen aus Fluorkunstharzen zur Verfügung, die eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Wärme und Chemikalien aufweisen. Ein Filterelement, das Hohlfaser-Filtermembranen aus Fluorkunstharz enthält, deren Endbereiche mittels eines Epoxyharz- oder Urethanharz-Klebmittels miteinander verbunden sind, eignet sich jedoch nicht für den Einsatz bei Anwendungszwecken, bei denen eine hohe Beständigkeit gegenüber Wärme und Chemikalien erforderlich ist, beispielsweise für die Reinigung von bei der Herstellung von Halbleitern verwendeten starken Säuren, weil das Epoxyharz- oder Urethanharz-Klebmittel eine geringe Beständigkeit gegenüber Wärme und Chemikalien hat. Mit anderen Worten, infolge der geringen Beständigkeit des Klebmittels gegenüber Wärme und Chemikalien ist die Anwendung der Filterelemente eingeschränkt, so daß die ausgezeichneten Eigenschaften der Filtermembranen aus Fluorkunstharz nicht realisiert werden können.
Die offengelegte europäische Patentanmeldung Nr. 0183256 offenbart die Verwendung eines Fluorkautschuks zum Verbinden der Endbereiche von Hohlfaser-Filtermembranen miteinander. Die Beständigkeit der im Handel erhältlichen Fluorkautschuke gegenüber Chemikalien ist jedoch immer noch unbefriedigend.
US-A-3,315,740 offenbart ein Verfahren zum verbinden von Schläuchen miteinander durch Schmelzen. Schläuche aus einem thermoplastischen Material werden in der Weise zusammengefügt daß die Endbereiche der Schläuche parallel zueinander in Kontakt sind. Die Endbereiche der zusammengefügten Schläuche werden in eine Hülse mit thermoplastischer innerer Oberfläche gegeben, wobei die Hülse gegenüber den Schläuchen starr ist. Ein Fluid, das auf eine Temperatur erhitzt ist, welche mindestens gleich der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials ist, wird in das Innere der Endbereiche der Schläuche eingeführt. Dann wird an den Schlauchwänden ein Druckunterschied erzeugt, so daß der Druck innerhalb der Schläuche größer ist als der Druck auf die äußeren Oberflächen der Schläuche. Dadurch werden die Schläuche ausgedehnt und mit den Oberflächen der anliegenden Schläuche verschmolzen.
Dieses Verfahren eignet sich jedoch aus den folgenden Gründen nicht dafür, zum verbinden der Endbereiche von Hohlfaser-Filtermembranen (die porös sind und sich deshalb von Schläuchen unterscheiden) miteinander angewandt zu werden.
Wenn ein erhitztes Fluid in das Innere einer Hohlfaser-Filtermembran eingeführt wird, schrumpft nicht nur die Hohlfaser-Filtermembran, sondern die poröse Struktur der Membran wird auch in ihrem inneren Bereich zerstört. Die Folge davon ist, daß die wirksame Filtrationslänge der Membran verringert wird, wodurch die Membran für die praktische Anwendung ungeeignet wird.
Eine poröse Hohlfaser-Filtermembran hat eine große Anzahl von Poren, die Luft enthalten. Wenn als erhitztes Fluid eine erhitzte Flüssigkeit verwendet und in das Innere der Hohlfaser- Filtermembran eingeführt wird, wird die in den Poren befindliche Luft in dem Maße herausgedrückt, wie die Membran schrumpft, was zur Folge hat, daß die Hohlfaser-Filtermembran eine unregelmäße Gestalt erhält.
Außerdem haben poröse Hohlfaser-Filtermembranen eine geringere mechanische Festigkeit als Schläuche. Wenn deshalb Hohlfaser- Filtermembranen nach dem vorstehend für das Verbinden von Schläuchen beschriebenen Verfahren behandelt werden, werden die Hohlfaser-Filtermembranen verbogen oder verformt, was zur Folge hat, daß die porösen Strukturen der Membranen ungleichmäßig werden.
Wie vorstehend erläutert, bezieht sich das Verfahren zum binden von Schläuchen miteinander, wie es in US-A-3,315,740 beschrieben ist, auf ein technisches Gebiet, das sich von dem grundlegend unterscheidet, welchem die Erfindung angehört, d. h. dem Gebiet der Filterelemente, die jeweils poröse Hohlfaser- Filtermembranen enthalten.
Tatsächlich sind bei dem Versuch, die Endbereiche von Hohlfaser-Filtermembranen durch Schmelzen zu verbinden, zahlreiche Probleme aufgetreten. Der hier verwendete Ausdruck "Schmelzen" bedeutet, daß das Material in einen viskosen Zustand oder in einen solchen Zustand übergeführt wird, in dem sich feste Phase und flüssige Phase im Gleichgewicht befinden.
Eine Hohlfaser-Filtermembran ist, im Gegensatz zu einem Schlauch, ein poröser Körper mit einer Porosität von mindestens 30%, so daß durch Anwendung von Wärme die Hohlfaser-Filtermembran beträchtlich schrumpft. Deshalb führt das einfache Schmelzen der Endbereiche der Hohlfaser-Filtermembran dazu, daß die Innendurchmesser der Endbereiche der Hohlfaser-Filtermembranen drastisch abnehmen, was große Nachteile bedeutet. Wenn beispielsweise eine Hohlfaser-Filtermembran aus einem Ethylen- Tetrafluorethylen-Copolymerharz mit einem Innendurchmesser von 0,77 mm, einem Außendurchmesser von 1,24 mm und einer Porosität von 67% für 10 Sekunden in einem auf 285 ºC gehaltenen Ofen erhitzt, aus dem Ofen herausgenommen und mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt wird, verringert sich der Innendurchmesser der Hohlfaser-Filtermembran drastisch auf 0,30 mm, was etwa 39% des Innendurchmessers vor der Wärmebehandlung entspricht. Der Außendurchmesser verringert sich ebenfalls drastisch auf 0,42 mm, was etwa 34% des Außendurchmessers vor der Wärmebehandlung entspricht.
Ein Filterelement, das Hohlfaser-Filtermembranen enthält, Innendurchmesser in diesem Maße herabgesetzt sind, hat schwerwiegende Nachteile. Wenn beispielsweise mit einem solchen Filterelement eine Flüssigkeit filtriert wird, die eine große Menge suspendierte Feststoffe enthält, werden die hohlen Bereiche der Hohlfaser-Filtermembranen oftmals durch die suspendierten Feststoffe verstopft, da die Innendurchmesser der Hohlfaser-Filtermembranen klein sind, so daß eine Filtration nicht mehr möglich ist. Wenn das Filterelement ferner für die Filtration einer hochviskosen Flüssigkeit verwendet wird, wird, da die Innendurchmesser der Hohlfaser-Filtermembranen klein sind, ein starker Druckabfall in Längsrichtung verursacht. Dies führt zu einer Herabsetzung des Filtrationsdruckes in Längsrichtung, so daß die Filtrierfähigkeit herabgesetzt wird. Deshalb ist die Verwendung eines solchen Filterelements für Filtrationen dieser Art aus wirtschaftlicher Sicht nachteilig.
Die drastische Verringerung des Außendurchmessers der Hohlfaser-Filtermembran durch Wärmebehandlung macht auch die Herstellung eines Filterelements aus den Membranen problematisch. Eine solche Verringerung des Außendurchmessers macht es schwierig, die Endbereiche der Hohlfaser-Filtermembranen in Kontakt miteinander zu halten, wenn die Endbereiche der Membranen erhitzt werden, was zu Schwierigkeiten beim Verbinden der Endbereiche durch Schmelzen führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Durch ausgedehnte und eingehende Untersuchungen wurde erfindungsgemäß ein vollständig neues Filterelement entwickelt, das eine Vielzahl von Hohlfaser-Filtermembranen enthält, die an einem oder beiden Endbereichen verbunden sind, wobei das Filterelement keinen der Nachteile, wie Auflösen der als Klebmittel verwendeten Harze, aufweist, die herkömmlichen Filterelementen vom Hohlfaser-Filtermembran-Typ unvermeidlich anhaften.
Deshalb ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Filterelements vom Hohlfaser-Filtermembran-Typ mit ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber Wärme und Chemikalien.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Filtermoduls, welches ein Filterelement des obigen Typs enthält.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Patentansprüchen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene, schematische Seitenansicht einer Form eines Filterelements nach der Erfindung, wobei die hohlen Bereiche der obersten und der untersten Membranen durch unterbrochene Linien angezeigt sind und die obersten und die untersten durchgehenden Hohlräume der einheitlichen Endblöcke ebenfalls durch unterbrochene Linien dargestellt sind.
Fig. 2 ist eine schematische erläuternde Ansicht des Querschnitts entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene, schematische Seitenansicht einer weiteren Form eines Filterelements nach der Erfindung, bei der die hohlen Bereiche der obersten und der untersten Membranen durch unterbrochene Linien dargestellt sind.
Fig. 4 ist eine schematische erläuternde Ansicht des Querschnitts entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.
Fig. 5 ist eine schematische Querschnittansicht einer Form eines Filtermoduls nach der Erfindung.
Fig. 6 ist eine Mikrophotographie (75-fach) des Querschnitts eines Bereiches des einheitlichen Endblockes des in dem später beschriebenen Beispiel 5 erhaltenen Filterelements, bei dem Hohlfaser-Filtermembranen durch Schmelzen durch ein thermoplastisches Harz-Medium verbunden sind.
Fig. 7 ist eine Mikrophotographie (75-fach) des Querschnitts des verbundenen Bereiches eines herkömmlichen Filterelements, bei dem die Hohlfaser-Filtermembranen mittels eines Epoxyharz- Klebmittels miteinander verbunden sind.
In den Fig. 1 bis 7 sind gleiche Teile oder Bereiche durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Filterelement, das eine Vielzahl von porösen Hohlfaser-Filtermembranen aus einem thermoplastischen Harz enthält, die im wesentlichen gleich lang und in Längsrichtung angeordnet sind.
Die Membranen haben jeweils eine Porosität von 30 bis 90%. Mindestens einer der Endbereiche der Membranen ist an den jeweiligen umfangsbereichen direkt oder mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden, wobei ein einheitlicher Endblock gebildet wird, in dem die Endbereiche der Membranen flüssigkeitsdicht verschmolzen sind, wobei die verbleibenden Bereiche der Membranen an ihren jeweiligen umfangsbereichen nicht verbunden sind.
Der einheitliche Endblock weist Durchgänge auf, die mit den Hohlräumen der nicht verbundenen Bereiche der Membranen in Verbindung stehen. Die Durchgänge haben Durchmesser, die im wesentlichen gleich denen der mit den Durchgängen in Verbindung stehenden Hohlräume der nicht verbundenen Bereiche der Membranen sind.
Die in dem Filterelement nach der Erfindung verwendeten Hohlfaser-Filtermembranen bestehen aus einem thermoplastischen Harz. Geeignete Beispiele für thermoplastische Harzen umfassen Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymerharze (FEP), Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharze (PFA), Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymerharze (ETFE), Polyethylen, Polypropylen, Polyamid und Polysulfon. Von diesen sind PFA, Polyethylen und Polysulfon am meisten bevorzugt.
Die erfindungsgemäß verwendeten Hohlfaser-Filtermembranen haben vorzugsweise einen Außendurchmesser von 8 mm oder weniger, stärker bevorzugt 4 mm oder weniger, vorzugsweise eine Membrandicke von mindestens 5 um, stärker bevorzugt im Bereich von 30 bis 1000 um, und eine Porosität vorzugsweise im Bereich von 30 bis 90%, stärker bevorzugt im Bereich von 50 bis 85%.
Der hier verwendete Ausdruck "Porosität" (Pr) bedeutet Porosität im allgemeinen Sinn und ist durch die folgende Formel
Pr = (1-Pb/Pa) · 100 (%),
definiert, wobei Pa die Dichte (g/cm³) des für die Membranen verwendeten Harzes und Pb den Quotienten bedeutet, der durch Dividieren des Gewichts (g) der Membran durch das Volumen (cm³) der Membran einschließlich der Poren erhalten wird.
Als erfindungsgemäße Hohlfaser-Filtermembranen können solche mit durchschnittlichem Porendurchmesser vorzugsweise im Bereich von 10 bis 10 000 Å verwendet werden.
In den Fig. 1 und 2 ist eine teilweise weggeschnittene, schematische Seitenansicht einer Form eines erfindungsgemäßen Filterelements bzw. eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 1 sind die Hohlräume der obersten und der untersten Membranen und die obersten und untersten Durchgänge der einheitlichen Endblöcke durch unterbrochene Linien gezeigt. Das Filterelement 5 enthält eine Vielzahl von Hohlfaser-Filtermembranen 1, die im wesentlichen gleich lang und in Längsrichtung angeordnet sind. Beide Endbereiche der Membranen sind unter Bildung von einheitlichen Endblöcken 2 flüssigkeitsdicht miteinander verschmolzen, wobei die verbleibenden Bereiche der Membranen an ihren jeweiligen Umfangsbereichen nicht verbunden sind. In den einheitlichen Endblöcken 2 sind die Membranen mindenstens an ihren jeweiligen umfangsbereichen verschmolzen.
Erfindungsgemäß werden die Endbereiche der gebündelten Hohlfaser-Filtermembranen mindestens an ihren jeweiligen Umfangsbereichen verschmolzen und dann zur Schaffung einer Schmelzverbindung zwischen den Membranen gekühlt. Zum Verschmelzen der Membranen kann ein Pulver des thermoplastischen Harzes zwischen den Membranen eingelagert werden. Deshalb sind bei den Endbereichen der Hohlfaser-Filtermembranen, die verschmolzen werden, die Grenzflächen zwischen den umfangsbereichen der Hohlfaser- Filtermembranen oder zwischen den Umfangsbereichen der Hohlfaser-Filtermembranen und dem thermoplastischen Harz-Medium nicht mehr vorhanden, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Außerdem ist zu bemerken, daß bei dem Schmelzverfahren die Porenstrukturen der Membranen in dem geschmolzenen Membranbereich verschwinden und deshalb die Dicke der Membranen an dem geschmolzenen Bereich abnimmt. Im Gegensatz dazu werden bei einem herkömmlichen Filterelement, bei dem die Hohlfaser-Filtermembranen mittels eines Klebmittels miteinander verbunden werden, Grenzflächen zwischen den Umfangsbereichen der Hohlfaser-Filtermembranen und dem Klebmittel festgestellt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Außerdem wird bei dem herkömmlichen Filterelement festgestellt, daß die ursprünglichen Porenstrukturen der Membranen an dem verbundenen Bereich der Membranen im vollen Umfang aufrechterhalten bleiben, so daß keine Dickenabnahme der Membranen an den verbundenen Bereichen stattfindet.
Die einheitlichen Endblöcke 2 haben Durchgänge, welche mit den Hohlräumen der nicht verbundenen Bereiche der Membranen in Verbindung stehen, und weisen Öffnungen 4 an den Endflächen 3 des Filterelements 5 auf. Die Durchmesser der Durchgänge sind im wesentlichen gleich denen der Hohlräume der nicht verbundenen Bereiche der Membranen, wobei die Hohlräume mit den Durchgängen in Verbindung stehen. Mit anderen Worten, die Endbereiche der Membranen 1 sind mindestens an ihren jeweiligen Umfangsbereichen durch Schmelzen verbunden, so daß der Durchmesser des erhaltenen Durchganges, der im Endbereich des Filterelements 5 durch Schmelzen der Membranen gebildet wird, derselbe ist wie der Durchmesser der Hohlfasermembran, der gemessen wird, bevor die Membran dem Verbinden durch Schmelzen unterzogen wird. Die nicht verbundenen Bereiche der Hohlfaser-Filtermembranen 1 behalten die ursprünglichen Filtereigenschaften der Hohlfaser- Filtermembranen.
Bei dem erfindungsgemäßen Filterelement haben die Durchgänge des einheitlichen Endblockes im allgemeinen einen kreisförmigen oder mehreckigen Querschnitt. Aus der Sicht eines glatten Flüssigkeitsflusses durch das Filterelement ist es bevorzugt, daß die Durchgänge des einheitlichen Endblockes einen kreisförmigen Querschnitt haben.
Weiter können erfindungsgemäß die Innenwände der Durchgange in dem einheitlichen Endblock poröse Strukturen haben, die von den porösen Strukturen der Hohlfaser-Filtermembranen stammen.
Der Durchmesser eines Durchganges in dem einheitlichen Endblock kann gemessen werden, indem man den einheitlichen Endblock in Querrichtung zu der Längsrichtung der Hohlfaser-Filtermembranen zum Erhalten eines Querschnitts schneidet und den Durchmesser des Querschnitts des Durchganges mißt. Wenn der Querschnitt des Durchganges mehreckig ist, wird der Durchmesser des Querschnitts als Durchmesser des in das Mehreck eingezeichneten Kreises definiert.
In den einheitlichen Endblöcken 2 können die Endbereiche der Membranen 1 entweder direkt oder mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden sein. Wenn die Endbereiche der Membranen 1 mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden werden, besteht das thermoplastische Harz-Medium entweder aus einem Harz, das das gleiche ist wie das für die Hohlfaser-Filtermembranen verwendete, oder aus einem Harz eines Typs, der von dem, welches für die Hohlfaser-Filtermembranen verwendet wurde, verschieden ist und das mit dem für die Membranen verwendeten Harz verträglich ist und einen Erweichungspunkt aufweist, der vorzugsweise 0,5 bis 1,5-mal höher, stärker bevorzugt 0,8 bis 1,2-mal höher, ist als der Erweichungspunkt (ºC) des für die Hohlfaser-Filtermembranen verwendeten thermoplastischen Harzes. Der hier verwendete Ausdruck "Erweichungspunkt" bezeichnet den Schmelzpunkt in dem Fall, daß das Harz vom kristallisierbaren Typ ist, und den Glasübergangspunkt, wenn das Harz vom nicht-kristallisierbaren Typ ist. Für das thermoplastische Harz-Medium geeignete Harze umfassen beispielsweise FEP (Schmelzpunkt 250-290ºC), PFA (Schmelzpunkt 302-310ºC), ETFE (Schmelzpunkt 270ºC), Polyethylen (Schmelzpunkt 108-135ºC), Polypropylen (Schmelzpunkt 160- 165ºC), Polyamid (Schmelzpunkt 215-255ºC) und Polysulfon (Glasübergangspunkt 190ºC).
Wenn sich das Harz für die Hohlfaser-Filtermembranen 1 in seinem Erweichungspunkt von dem Harz für das thermoplastische Harz-Medium unterscheidet, ist es notwendig, daß die Temperatur, die zum Schmelzen des Harzes mit dem höheren Erweichungspunkt erforderlich ist, niedriger ist als die Zersetzungstemperatur des anderen Harzes mit dem niedrigeren Erweichungspunkt.
Das Harz für die Membranen 1 und das Harz für das Medium können vorzugsweise weitgehend denselben Erweichungspunkt haben und stärker bevorzugt vom selben Typ sein.
In Fig. 3 ist eine weitere Form eines Filterelements nach der Erfindung in teilweise weggeschnittener, schematischer Seitenansicht gezeigt, wobei die Hohlräume der obersten und der untersten Membranen und der obersten und der untersten Durchgänge der einheitlichen Endblöcke durch unterbrochene Linien dargestellt sind. Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3. Das in den Fig. 3 4 dargestellte Filterelement 5 ist weitgehend dasselbe wie das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Filterelement, mit der Ausnahme, daß das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Filterelement außerdem äußere Harzschichten 6 enthält, welche auf dem Umfangsbereich der einheitlichen Endblöcke 2 vorhanden und mit diesen durch Schmelzen verbunden sind. Die äußeren Harzschichten 6 bestehen aus einem Harz, welches unter denselben Typen von thermoplastischen Harzen ausgewählt ist, wie sie oben im Zusammenhang mit dem thermoplastischen Harz-Medium erwähnt wurden.
Wenn das Harz für die Hohlfaser-Filtermembranen 1, das Harz für das thermoplastische Harz-Medium und das Harz für die äußeren Harzschichten 6 unterschiedliche Erweichungspunkte haben, sollte ebenfalls eine geeignete Auswahl einer Kombination von Harzen getroffen werden, so daß die Temperatur, die zum Schmelzen des Harzes mit dem höchsten Erweichungspunkt erforderlich ist, niedriger ist als die Zersetzungstemperaturen der übrigen Harze. Das Harz für die Membranen 1, das Harz für das Medium und das Harz für die Schichten 6 können vorzugsweise denselben Erweichungspunkt haben und stärker bevorzugt vom selben Typ sein.
Nachfolgend werden repräsentative Verfahren zur Herstellung des Filterelements nach der Erfindung erläutert.
(1) Ein Filterelement, bei dem ein oder beide Endbereiche der Membranen direkt durch Schmelzen verbunden sind, können beispielsweise nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Hohlfaser-Filtermembranen, die weitgehend gleich lang sind und einen feinteiligen anorganischen Füllstoff enthalten, werden beispielsweise nach dem in Beispiel 7 der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 62-106808 beschriebenen Verfahren hergestellt (wobei beispielsweise auf das dort beschriebene Beispiel 1 Bezug genommen werden kann).
Der anorganische Füllstoff kann vorzugsweise ein feines Pulver von Kieselsäure, Calciumsilicat, Aluminiumsilicat, Magnesiumoxid, Calciumcarbonat oder dergleichen sein. Von diesen ist feines Kieselsäurepulver bevorzugt. Das feine Pulver kann vorzugsweise einen Primärteilchendurchmesser im Bereich von 0,005 bis 0,5 um haben.
Einer oder beide Endbereiche der so hergestellten Hohlfaser- Filtermembranen werden in ein Gemisch aus Gips und Wasser getaucht, um die Endöffnungen abzudichten, und nach dem Trocknen des Gemisches werden die Endbereiche, deren jeweilige Endöffnungen abgedichtet sind, in ein zum Lösen des Füllstoffs befähigtes Lösungsmittel getaucht, um nur von den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen den Füllstoff zu extrahieren. Als Lösungsmittel kann beispielsweise Natriumhydroxid verwendet werden, wenn der Füllstoff pulverförmige Kieselsäure ist. Bei diesem Extraktionsvorgang ist es notwendig, daß der Füllstoff nur von den Umfangsbereichen der Membranwände der Endbereiche der Membran extrahiert wird, d. h. es ist notwendig, daß der Füllstoff an Bereichen der Membranwände, die von ihren Umfangsbereichen entfernt sind, nicht extrahiert wird. Damit diese Bedingungen erfüllt sind, können die Extraktionsbedingungen (Konzentration des Lösungsmittels, Temperatur des Lösungsmittels und Extraktionszeit) in Abhängigkeit von dem Typ der verwendeten Membranen variiert werden. Der Extraktionsvorgang kann wirksam dadurch durchgeführt werden, daß man die Endbereiche der Membranen in das Lösungsmittel taucht, während das Lösungsmittel einer Ultraschallbehandlung unterzogen wird. Die Ultraschallbehandlung kann mittels eines handelsüblichen Ultraschallreinigers, wie MODEL B-2200, hergestellt und vertrieben, von BRANSONIC CLEANING EQUIPMENT COMPANY, USA, durchgeführt werden. Durch den oben beschriebenen Extraktionsvorgang werden Hohlfaser-Membranen erhalten, deren jeweilige Endbereiche an ihren Umfangsbereichen keinen Füllstoff enthalten, während der Füllstoff an den Bereichen der Membranwände, die von den Umfangsbereichen entfernt sind, nicht extrahiert worden ist. Der Füllstoff in den Membranen hat die Wirkung, daß das Schrumpfen der Membranen verhindert wird, wenn die Membranen erhitzt werden. Wenn deshalb die Endbereiche der vorstehend erhaltenen Membranen in der nächsten Stufe dieses Verfahrens erhitzt werden, werden die Innendurchmesser der Endbereiche jeder Membran nicht wesentlich verringert.
Die oben erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen, bei denen einer oder beide jeweiligen Endbereiche abgedichtet sind, werden nachfolgend zur Ausbildung eines Bündels in Längsrichtung angeordnet. In dem Fall, daß nur ein Endbereich der Membranen abgedichtet ist, werden die Membranen so angeordnet, daß sich alle abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels befinden. Die abgedichteten Endbereiche der Membranen werden auf eine Temperatur erhitzt, die mindestens so hoch ist wie der Erweichungspunkt des für die Membranen verwendeten Harzes. Die Erhitzungstemperatur überschreitet den Erweichungspunkt des Harzes der Membran um vorzugsweise nicht mehr als 100ºC. Die Wärmebehandlung wird im allgemeinen für 0,2 s bis etwa 60 min durchgeführt. Es sollten geeignete Maßnahmen getroffen werden, daß die Umfangsbereiche der Endbereiche der sich gegenseitig berührenden Membranen während der Wärmebehandlung in Kontakt miteinander gehalten werden. Als ein Beispiel für eine solche Maßnahme kann das Wickeln eines nicht klebenden Abdichtungsbandes um die Endbereiche des Bündels vor der Wärmebehandlung und Entfernen des Bandes nach der Wärmebehandlung genannt werden. Geeignete Abdichtungsbänder umfassen NITOFLON PIPESEAL No. 95, hergestellt und vertrieben von NITTO ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., Japan. Es ist bevorzugt, daß ein solches Abdichtungsband bei der Temperatur der Wärmebehandlung nicht Schmilzt. Durch diese Wärmebehandlung werden die Endbereiche der Membranen nur an ihren jeweiligen Umfangsbereichen direkt durch Schmelzen verbunden.
Nach der Wärmebehandlung werden die Hohlfaser-Filtermembranen der Extraktion des Füllstoffs unterzogen, wobei weitgehend der gesamte in den Membranen enthaltene Füllstoff mit einem Lösungsmittel für denselben extrahiert wird. Die vollständige Extraktion des Füllstoffs kann vorzugsweise vorgenommen werden, indem man den Extraktionsvorgang wiederholt oder indem man die Extraktion bei einer Temperatur und einer Konzentration des Lösungsmittels durchführt, die innerhalb der jeweiligen Bereiche, in denen die Hohlfaser-Filtermembranen nicht beschädigt werden, so hoch wie möglich sind.
Nach der Extraktion des Füllstoffs werden die abgedichteten Bereiche der Membranen abgeschnitten, um ein Filterelement zu erhalten, das Hohlfaser-Filtermembranen enthält, bei denen einer oder beide Endbereiche direkt durch Schmelzen verbunden sind.
(2) Ein Filterelement, bei dem einer oder beide Endbereiche der Membranen direkt durch Schmelzen verbunden sind, kann auch nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Ein Endbereich der Hohlfaser-Filtermembranen wird in ein Abdichtungs-Medium getaucht, das aus etwa 2 Gewichtsteilen Calciumsulfat, etwa 4 Gewichtsteilen Calciumcarbonat und etwa 3 Gewichtsteilen Wasser besteht, so daß das Abdichtungs-Medium die Hohlräume mindestens der Bereiche der Membranen ausfüllt, die durch Schmelzen verbunden werden. Die Hohlfaser-Filtermembranen können solche, die keine Füllstoffe enthalten, oder solche, die Füllstoffe enthalten, sein, die auf die in Verfahren (1) beschriebene Weise hergestellt werden. Im letzteren Fall wird der Füllstoff aus den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen auf die in verfahren (1) beschriebene Weise extrahiert.
Nach dem Trocknen des Abdichtungs-Mediums werden die Hohlfaser- Filtermembranen zur Ausbildung eines Bündels in Längsrichtung angeordnet, so daß sich die abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels befinden. Dann werden die abgedichteten Endbereiche der Membranen im wesentlichen auf die in Verfahren (1) beschriebene Weise erhitzt, wodurch ein einheitlicher Endblock ausgebildet wird. Falls erwünscht, kann auch am anderen Ende des Bündels auf die vorstehend beschriebene Weise ein einheitlicher Endblock vorgesehen werden. Wenn deshalb die verwendeten Hohlfaser-Filtermembranen einen anorganischen Füllstoff enthalten, wird der Füllstoff von der gesamten Wand jeder Membran auf die in Verfahren (1) beschriebene Weise vollständig entfernt.
Schließlich wird das in den Hohlräumen der Endbereiche der Membranen enthaltene Abdichtungs-Medium mit 35%iger Chlorwasserstoffsäure extrahiert, wodurch ein Filterelement erhalten wird.
(3) Ein Filterelement, bei dem ein oder beide Endbereiche der Membranen mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums, das zwischen den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen eingelagert ist, durch Schmelzen verbunden sind, kann beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt werden:
Wie oben unter (1) beschrieben, werden Hohlfaser-Filtermembranen hergestellt, die im wesentlichen gleich lang sind und einen feinteiligen anorganischen Füllstoff enthalten. Dann wird, wie oben unter (1) beschrieben, der Füllstoff nur von dem Umfangsbereich der Endbereiche der Membranen extrahiert.
Nach der Extraktion wird ein pulverförmiges thermoplastisches Harz auf die Umfangsbereiche der Endbereiche der Membranen aufgebracht.
Das pulverförmige thermoplastische Harz kann dasselbe wie das für die Hohlfaser-Filtermembranen verwendete oder von diesem verschieden sein. Es ist mit dem für die Membranen verwendeten Harz verträglich und hat einen Erweichungspunkt, der vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mal höher, stärker bevorzugt 0,8 bis 1,2 mal höher, ist als der Erweichungspunkt (ºC) des für die Hohlfaser- Filtermembran verwendeten Harzes. Es ist bevorzugt, daß das pulverförmige thermoplastische Harz denselben Erweichungspunkt wie das für die Membranen verwendete Harz hat. Am meisten ist bevorzugt, daß das pulverförmige thermoplastische Harz vom selben Typ wie das für die Membranen verwendete Harz ist.
Das pulverförmige Harz kann auf die Umfangsbereiche der Endbereiche der Membranen beispielsweise dadurch aufgebracht werden, daß man zunächst die Endbereiche in eine Flüssigkeit taucht, um die Oberfläche der Umfangsbereiche der Endbereiche der Membranen anzufeuchten, wonach die mit der Flüssigkeit angefeuchteten Endbereiche in das pulverformige Harz gegeben oder das pulverförmige Harz auf die befeuchteten Endbereiche aufgesprüht oder aufgestrichen wird.
Als Flüssigkeit, in die die Endbereiche der Membranen eingetaucht werden, können beliebige anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Gemische daraus verwendet werden, so lange sie nicht korrosiv gegenüber den Hohlfaser-Filtermembranen sind. Geeignete Beispiele für solche Flüssigkeiten umfassen Wasser, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Ethanol und Dihydroxyphthalat. Die Verwendung von N,N-Dimethylacetamid oder N-Methylpyrrolidon ist für Hohlfaser-Filtermembranen aus Polysulfon nicht bevorzugt, da diese die Membranen zersetzen.
Beim Eintauchen der Endbereiche in die Flüssigkeit werden die Endbereiche der Membranen 0,2 s oder länger in der Flüssigkeit gehalten. Der Eintauchvorgang kann in der Weise durchgeführt werden, daß jede Membran separat in die Flüssigkeit getaucht wird oder daß eine Vielzahl von Membranen zu einem Bündel vereinigt und dieses in die Flüssigkeit getaucht wird. Wenn eine Vielzahl von Membranen gemeinsam in die Flüssigkeit getaucht wird, werden die Umfangsbereiche der Endbereiche der Membranen, die im Inneren des Bündels angeordnet sind, oftmals durch die Flüssigkeit wegen deren Viskosität nicht leicht angefeuchtet. In diesem Fall kann die Flüssigkeit während des Eintauchens der Endbereiche der Membranen in die Flüssigkeit einer Ultraschallbehandlung unterzogen werden, wodurch es möglich wird, daß die Flüssigkeit zu den Umfangsbereichen der Endbereiche sämtlicher Membranen, einschließlich der im Inneren des Bündels befindlichen, gelangt. In diesem Fall kann die Ultraschallbehandlung noch wirksamer gestaltet werden, indem die Temperatur der Flüssigkeit erhöht wird, um die Viskosität der Flüssigkeit zu senken.
Das pulverförmige thermoplastische Harz kann ein Gemisch aus pulverförmigen Harzen mit unterschiedlichen Erweichungspunkten sein.
Die Menge des pulverformigen thermoplastischen Harzes, die mit dem Umfangsbereich des Endbereiches der Membran verbunden werden kann, variiert in Abhängigkeit von dem Außendurchmesser der Hohlfaser-Filtermembran und dem Typ der Flüssigkeit, welche auf den Umfangsbereich des Endbereiches der Membran zum Anfeuchten desselben aufgebracht worden ist. Im allgemeinen ist die Menge des pulverförmigen Harzes auf dem Umfangsbereich eines Endbereiches einer Membran so groß, daß die Dicke der durch das pulverförmige thermoplastische Harz gebildeten Auftragsschicht mindestens ein Hundertstel der Dicke der Membran beträgt. Stärker bevorzugt ist ein Bereich, der von einem Hundertstel bis zu der zwanzigfachen Dicke der Membran reicht.
Das pulverförmige thermoplastische Harz kann auch dadurch auf die Umfangsbereiche der Endbereiche der Membranen aufgebracht werden, daß zunächst ein Gemisch aus der vorstehend genannten Flüssigkeit und dem pulverförmigen Harz gebildet und dann die Endbereiche entweder in das Gemisch eingetaucht oder das Gemisch auf die Umfangsbereiche der Endbereiche auf gesprüht oder aufgestrichen wird.
Nach dem Aufbringen des pulverförmigen Harzes werden die Hohlfaser-Filtermembranen zur Ausbildung eines Bündels in Längsrichtung angeordnet und die abgedichteten Endbereiche der Membranen erhitzt. Die Wärmebehandlung wird im wesentlichen auf die in Verfahren (1) beschriebene Weise durchgeführt. Durch diese Wärmebehandlung werden die Endbereiche der Membranen an ihrem jeweiligen Umfangsbereichen mittels des thermoplastischen Harz-Mediums, das von dem pulverförmigen thermoplastischen Harz resultiert, durch Schmelzen verbunden.
Nach der Wärmebehandlung werden die Hohlfaser-Filtermembranen auf die in Verfahren (1) beschriebene Weise einer vollständigen Extraktion des Füllstoffs unterzogen.
Nach der Extraktion des Füllstoffs, werden die abgedichteten Endbereiche der Membranen abgeschnitten, wodurch ein Hohlfaser- Filtermembranen enthaltendes Filterelement erhalten wird, bei dem einer oder beide Endbereiche mittels des thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden sind.
Bei diesem Verfahren werden ebenso wie bei dem obigen Verfahren (1) infolge der Wirkung des oben im Zusammenhang mit Verfahren (1) beschriebenen Füllstoffs die Endbereiche der Membranen an ihren jeweiligen Umfangsbereichen durch Schmelzen verbunden, ohne daß die Innendurchmesser der Endbereiche der Membranen wesentlich abnehmen.
(4) Ein Filterelement, bei dem einer oder beide Endbereiche der Membranen mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden sind, kann auch nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Bei diesem Verfahren werden als Ausgangsmaterial zum Unterschied zu den bei den Verfahren (1) und (2) verwendeten Hohlfaser-Filtermembranen solche verwendet, die keinen anorganischen Füllstoff enthalten.
Ein Endbereich der Hohlfaser-Filtermembranen wird in ein Gemisch von Gips und Wasser getaucht, um die jeweiligen Endöffnungen abzudichten. Nach dem Trocknen des Gemisches werden die Hohlfaser-Filtermembranen in Längsrichtung angeordnet, um ein Bündel auszubilden, bei dem die abgedichteten Endbereiche der Membranen an einem Ende angeordnet sind. Die abgedichteten Endbereiche einschließlich den abgedichteten äußersten Endbereichen werden mittels eines Epoxyharz-Klebmittels miteinander verbunden und die abgedichteten äußersten Endbereiche der Membranen abgeschnitten, um die Öffnungen freizulegen. Der andere Endbereich der Hohlfaser-Membranen wird ebenfalls auf die vorstehend beschriebene Weise abgedichtet. Dann wird ein nicht klebendes Band, welches vorzugsweise einen höheren Erweichungspunkt als das für die Hohlfaser-Membranen verwendete Harz hat, um die gesamte Länge des Membranbündels gewickelt. Die Zwischenräume zwischen den Umfangsbereichen der abgedichtet verbliebenen Endbereiche werden durch eine Ultraschallbehandlung mit einem pulverförmigen thermoplastischen Harz gefüllt. Als pulverförmiges thermoplastisches Harz können die in Verfahren (3) verwendeten eingesetzt werden.
Die abgedichteten Endbereiche werden dann erhitzt, wobei ein Inertgas bei Raumtemperatur in die Hohlräume der Membranen von den Öffnungen der anderen Endbereiche her, die durch das Epoxyharz-Klebmittel miteinander verbunden sind, eingeleitet wird. Durch diese Wärmebehandlung werden die abgedichteten Endbereiche der Membranen durch Schmelzen mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums, das von dem pulverförmigen thermoplastischen Harz resultiert, flüssigkeitsdicht miteinander verbunden Die abgedichteten äußersten Endbereiche der Membranen werden abgeschnitten, um die Öffnungen freizulegen.
Die Endbereiche der Membranen, die mittels eines Epoxyharz- Klebmittels miteinander verbunden werden, werden abgeschnitten, um nicht verbundene Endbereiche zu erhalten. Falls erwünscht, werden die so erhaltenen Endbereiche auf weitgehend dieselbe Weise wie oben beschrieben durch Schmelzen miteinander verbunden.
Dann wird das um die gesamte Länge des Bündels gewickelte nicht klebende Band entfernt, wodurch ein Filterelement erhalten wird, bei dem ein oder beide Endbereiche durch Schmelzen mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums flüssigkeitsdicht verbunden sind.
(5) Ein Filterelement, welches einen einheitlichen Endblock enthält, der eine durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschicht aufweist, kann beispielsweise nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Hohlfaser-Filtermembranen, die weitgehend gleich lang sind und einen feinteiligen anorganischen Füllstoff enthalten, werden auf die in Verfahren (1) beschriebene Weise hergestellt. Dann wird ein Endbereich der Hohlfaser-Filtermembranen in ein Gemisch von Wasser und Gips getaucht, um ihre Öffnungen abzudichten. Nach dem Trocknen des Gemisches wird der Füllstoff von den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen weitgehend auf dieselbe Weise wie bei Verfahren (1) extrahiert. Dann werden die Hohlfaser-Filtermembranen in Längsrichtung angeordnet, um ein Bündel auszubilden, bei dem die abgedichteten Endbereiche an einem Ende angeordnet sind. Der abgedichtete Endbereich des Bündels wird in eine Hülse aus demselben Harz, wie es für das thermoplastische Harz-Medium verwendet wurde, gegeben. Um den Bereich des Bündels, der sich außerhalb der Hülse befindet, wird ein Band gewickelt. Die Hülse und der Endbereich des Bündels innerhalb der Hülse werden erhitzt, wobei ein Inertgas von Raumtemperatur von den Öffnungen des anderen Endes der Membranen her in die Hohlräume derselben eingeleitet wird.
Falls erwünscht, können vor der Wärmebehandlung die Hülse und der Bereich des Bündels innerhalb der Hülse in das bei Verfahren (2) erwähnte pulverförmige thermoplastische Harz gegeben werden, welches dabei einer Ultraschallbehandlung unterzogen wird, um die Zwischenräume zwischen den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen und zwischen der inneren Oberfläche der Hülse und den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen mit dem pulverförmigen Harz zu füllen.
Durch die oben erwähnte Wärmebehandlung werden die Endbereiche der Membranen durch Schmelzen fluiddicht miteinander verbunden, während gleichzeitig die Endbereiche der Membranen, die im Umfangsbereich des Bündels angeordnet sind, durch Schmelzen mit den inneren Oberflächen der Hülse fluiddicht verbunden werden, so daß ein einheitlicher Endblock ausgebildet wird, der eine mit ihm durch Schmelzen verbundene äußere Harzschicht aufweist. Nach der Wärmebehandlung wird der äußerste Endbereich des einheitlichen Endblockes, der eine durch Schmelzen mit ihm verbundene Harzschicht aufweist, abgeschnitten, um die Öffnungen an der Endoberfläche des einheitlichen Endblockes freizulegen. Falls erwünscht, kann auch an dem anderen Endbereich des Membranbündels auf weitgehend dieselbe Weise wie oben beschrieben ein einheitlicher Endblock mit Öffnungen und einer durch Schmelzen mit ihm verbundenen äußeren Harzschicht vorgesehen werden.
Schließlich wird nach Entfernen des um das Bündel gewickelten Bandes die Hohlfaser-Filtermembran auf weitgehend dieselbe Weise wie bei Verfahren (1) beschrieben einer vollständigen Extraktion des Füllstoffs unterzogen, wodurch ein Filterelement erhalten wird, das Hohlfaser-Filtermembranen enthält, bei denen einer oder beide Endbereiche flüssigkeitsdicht durch Schmelzen verbunden sind, wobei ein einheitlicher Endblock mit einer durch Schmelzen daran gebundenen äußeren Harzschicht ausgebildet ist.
(6) Alternativ kann ein Filterelement, bei dem ein einheitlicher Endblock eine durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschicht aufweist, wie folgt hergestellt werden.
Die Hohlräume des einen Endbereiches von Hohlfaser-Filtermembranen werden in ein aus etwa 2 Gewichtsteilen Calciumsulfat, etwa 4 Gewichtsteilen Calciumcarbonat und etwa 3 Gewichtsteilen Wasser bestehendes Abdichtungs-Medium in der Weise getaucht, daß das Abdichtungs-Medium die Hohlräume zumindest in den Bereichen der Membranen ausfüllt, die durch Schmelzen verbunden werden sollen. Die Hohlfaser-Membranen können entweder solche, die keinen Füllstoff zumindest an ihren jeweiligen Endbereichen aufweisen, oder solche sein, die einen anorganischen Füllstoff enthalten, wie sie wie in Verfahren (1) beschrieben hergestellt werden. Im letzteren Fall wird der Füllstoff von den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen auf die in Verfahren (1) beschriebene Weise extrahiert.
Nach dem Trocknen des Abdichtungs-Mediums werden die Hohlfaser- Filtermembranen in der Weise in Längsrichtung zu einem Bündel angeordnet, daß die abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels angeordnet sind. Der Endbereich des Bündels wird in die oben unter (3) erwähnte Flüssigkeit getaucht und in ein pulverformiges thermoplastisches Harz gegeben, wie es oben unter (3) erwähnt ist, wobei das pulverförmige Harz einer Ultraschallbehandlung unterzogen wird, um die Zwischenräume zwischen den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen mit pulverförmigem Harz auszufüllen. Der Endbereich des Bündels wird dann durch die Öffnung einer transportablen Preßform in diese eingesetzt, wobei die Öffnung denselben Durchmesser hat wie der Endbereich des Bündels, und der verbliebene Zwischenraum innerhalb der Form mit dem pulverförmigen thermoplastischen Harz ausgefüllt. Die den Endbereich des Bündels und das pulverförmige Harz enthaltende transportable Preßform wird in einen Ofen gegeben und unter Zusammenpressen des pulverförmigen Harzes erhitzt, wodurch ein einheitlicher Endblock erhalten wird, der eine durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschicht aufweist. Falls erwünscht, kann auf weitgehend dieselbe Weise wie oben erwähnt ein einheitlicher Endblock, der eine durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschicht aufweist, auch an dem anderen Endbereich des Membranbündels geschaffen werden. Wenn die Hohlfaser-Filtermembranen solche sind, die einen anorganischen Füllstoff enthalten, wird der Füllstoff anschließend weitgehend wie in Verfahren (1) beschrieben vollständig aus der gesamten Wand einer jeden Membran extrahiert.
Schließlich wird zur Herstellung eines Filterelements das in den Hohlräumen der Endbereiche der Membranen enthaltene Abdichtungsmittel mit 35%iger Chlorwasserstoffsäure extrahiert.
Durch jedes der oben beschriebenen Verfahren (1) bis (6) werden die Endbereiche der Membranen an ihren jeweiligen Umfangsbereichen durch Schmelzen verbunden, ohne daß die Innendurchmesser der Endbereiche der Membranen wesentlich verringert werden. Deshalb kann ein Filterelement erhalten werden, bei dem die ursprünglichen Filtereigenschaften der Hohlfaser-Filtermembranen in vorteilhafter Weise erhalten geblieben sind.
Die Durchgänge des einheitlichen Endblockes des erfindungsgemäßen Filterelements haben, wie vorstehend erwähnt, vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt. Die solche Durchgänge in dem einheitlichen Endblock aufweisenden Filterelemente können beispielsweise durch die oben erwähnten Verfahren (2) und (6) hergestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Filterelement können die Innenwände der Durchgänge in dem einheitlichen Endblock poröse Strukturen haben, die, wie oben erläutert, von den porösen Strukturen der Hohlfaser-Filtermembranen stammen. Die Filterelemente, die einen einheitlichen Endblock mit derartigen Eigenschaften aufweisen, können beispielsweise nach einer Art der oben erläuterten Verfahren hergestellt werden, bei der eine Wärmebehandlung bei solchen Hohlfaser-Filtermembranen vorgenommen wird, deren jeweilige Endbereiche keinen Füllstoff an ihren Umfangsbereichen enthalten, wobei der Füllstoff jedoch an den von den Umfangsbereichen entfernten Bereichen der Membranwände nicht extrahiert worden ist.
Das erfindungsgemäße Filterelement ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der Hohlfaser-Filtermembranen ohne Verwendung eines Klebmittels flüssigkeitsdicht durch Schmelzen verbunden sind. Deshalb kann das erfindungsgemäße Filterelement vorteilhaft für die Filtration verwendet werden, ohne daß die Gefahren bestehen, wie sie auftreten, wenn unter Verwendung von herkömmlichen Filterelementen filtriert wird, bei denen ein Epoxyharz- oder Urethanharz-Klebmittel verwendet worden ist, d. h. die Gefahren, daß das Klebmittelharz herausgelöst wird und in das Filtrat gelangt, so daß die TOC in dem Filtrat erhöht und die flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Filtermembranen infolge der geringen Beständigkeit des Klebmittelharzes gegenüber Wärme und Chemikalien zerstört wird. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Filterelement vorteilhaft nicht nur für die Herstellung von ultrareinem Wasser, bei der eine Zunahme von TOC in dem Wasser vermieden werden sollte, sondern auch für Anwendungszwecke eingesetzt werden, bei denen das Filterelement insbesondere eine hohe Beständigkeit gegenüber Wärme und Chemikalien haben muß, beispielsweise zur Reinigung von bei der Herstellung von Halbleitern verwendeten starken Säuren.
Das vorstehend beschriebene Filterelement nach der Erfindung kann vorteilhaft in ein Filtermodul eingebaut werden.
Deshalb ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Filtermodul vorgesehen, welches ein Gehäuse und ein darin angeordnetes Filterelement umfaßt. Das Filterelement enthält eine Vielzahl von porösen Hohlfaser-Filtermembranen aus einem thermoplastischen Harz, die im wesentlichen gleich lang und in Längsrichtung angeordnet sind. Die Membranen haben jeweils eine Porosität von 30 bis 90%.
Mindestens einer der Endbereiche der Membranen ist mindestens an den jeweiligen Umfangsbereichen direkt oder mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden, wobei ein einheitlicher Endblock gebildet wird, in dem die Endbereiche der Membranen flüssigkeitsdicht verschmolzen sind und wobei die verbleibenden Bereiche der Membranen an ihren jeweiligen Umfangsbereichen nicht verbunden sind.
Der einheitliche Endblock weist Durchgänge auf, die mit den Hohlräumen der nicht verbundenen Bereiche der Membranen in Verbindung stehen. Die Durchgänge haben im wesentlichen dieselben Durchmesser wie die Hohlräume der nicht verbundenen Bereiche der Membranen, die mit den Durchgängen in Verbindung stehen.
Der einheitliche Endblock ist an seinem gesamten Umfang direkt oder durch eine äußere Harzschicht, die auf dem gesamten Umfang des einheitlichen Endblocks angeordnet und an diesen durch Schmelzen gebunden ist, an der Innenwand des Gehäuses flüssigkeitsdicht befestigt. Deshalb ist eine erste Kammer, in die sich die Durchgänge des einheitlichen Endblocks öffnen, und eine zweite Kammer vorgesehen, die von der ersten Kammer flüssigkeitsdicht getrennt ist und in der die nicht verbundenen Bereiche der Membranen angeordnet sind. Dabei weist die erste Kammer eine Öffnung und die zweite Kammer mindestens eine Öffnung auf.
In Fig. 5 ist eine schematische Querschnittansicht einer Form eines erfindungsgemäßen Filtermoduls dargestellt. Das Filtermodul 7 besteht aus dem in Fig. 3 dargestellten Filterelement, welches Hohlfaser-Filtermembranen 1 und einheitliche Endblöcke 2 enthält, die durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschichten 6 aufweisen. Das Filterelement ist in einer zylindrischen Ummantelung 8 aus einem thermoplastischen Harz in der Weise angeordnet, daß die einheitlichen Endblöcke an ihren jeweiligen Umfangsbereichen mittels einer äußeren Harzschicht 6 flüssigkeitsdicht an der Innenwand der zylindrischen Ummantelung befestigt sind. Die Verbindung zwischen der äußeren Harzschicht 6 und der zylindrischen Ummantelung 8 kann durch Schmelzen erzielt werden. Die zylindrische Ummantelung 8 weist zwei Öffnungen auf. Kappen 9, die jeweils eine Öffnung aufweisen, sind flüssigkeitsdicht auf beide Endbereiche der zylindrischen Ummantelung 8 an deren jeweiligen Umfangsbereichen durch O-Ringe aufgesetzt. Die Kappen 9 und die zylindrische Ummantelung 8 bilden gemeinsam ein Gehäuse. So ist das Gehäuse in ein Paar von ersten Kammern, in die sich die Durchgänge des einheitlichen Endblockes öffnen, und eine zweite Kammer unterteilt, die von den ersten Kammern flüssigkeitsdicht getrennt ist und in der die nicht verbundenen Bereiche der Hohlfaser- Filtermembranen 1 angeordnet sind.
Im Betrieb wird eine zu behandelnde Flüssigkeit durch die entsprechende Öffnung einer der Kappen 9 zugeführt. Die Flüssigkeit wird in dem Raum der Kappe 9 gesammelt und fließt in die Hohlräume der Membranen 1. Die Flüssigkeit wird dann durch die Wände der Membranen 1 filtriert und fließt als Filtrat aus den Hohlräumen der Membranen 1 heraus. Das Filtrat wird von den Öffnungen der zylindrischen Ummantelung 8 entnommen. Die unfiltriert gebliebene Flüssigkeit fließt aus der Öffnung der anderen Kappe 9 heraus. Alternativ kann eine zu behandelnde Flüssigkeit durch die jeweilige Öffnung der zylindrischen Ummantelung 8 zugeführt werden. In diesem Fall wird das Filtrat an Kappen 9 entnommen.
Bei einer anderen Form eines erfindungsgemäßen Filtermoduls kann ein Filterelement verwendet werden, das Hohlfaser-Filtermembranen enthält, bei denen nur ein Endbereich durch Schmelzen verbunden ist, um einen einzigen einheitlichen Endblock auszubilden, der eine daran durch Schmelzen gebundene äußere Harzschicht aufweist. Das Filterelement ist im wesentlichen, wie in Fig. 5 gezeigt, in eine zylindrische Ummantelung eingesetzt, jedoch ist die erhaltene Konstruktion des Filtermoduls derart, daß die in Fig. 5 gezeigte Konstruktion in einer Position in der Mitte der Länge der zylindrischen Ummantelung 8 aufgeschnitten ist. Bei einer solchen Ausführungsform haben die Hohlfaser-Filtermembranen freie Enden, deren Öffnungen abgedichtet sind, beispielsweise durch Schmelzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Filtermodul ist das darin angeordnete Filterelement vorzugsweise von dem Typ, bei dem der Endbereich der Hohlfaser-Filtermembranen mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden ist.
Weiter ist zu bemerken, daß eine Anordnung, die durch einfaches flüssigkeitsdichtes Verbinden von geeigneten Schläuchen mit beiden Endbereichen eines Filterelements des in Fig. 1 dargestellten Typs hergestellt ist, für die Filtration verwendet werden kann. Bei der so konstruierten Anordnung können die mit beiden Endbereichen des Filterelements verbundenen Schläuche jeweils als Öffnungen aufweisende Kammern dienen. Die Kammern dienen zum Sammeln einer Flüssigkeit.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele, die jedoch den Erfindungsbereich nicht einschränken, ausführlicher erläutert.

Beispiel 1

14,4 Vol.-% feingepulverter Kieselsäure (Aerosil R-972, hergestellt von NIPPON AEROSIL, Japan) und 58,9 Vol.-% Chlortrifluorethylen-Oligomer (Difloil #100, hergestellt von Daikin Industries, Ltd., Japan) wurden in einem Henschel- Mischer gemischt. Das erhaltene Gemisch wurde mit 26,7 Vol.-% Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (Neof Ion ETFE, hergestellt von Daikin Industries, Ltd., Japan) versetzt und in dem Henschel-Mischer gemischt.
Das erhaltene Gemisch wurde durch einen Doppelschneckenextruder mit einem Durchmesser von 30 mm bei 260ºC extrudiert, wodurch Pellets erhalten wurden. Die Pellets wurden mittels eines Doppelschneckenextruders, der mit einer Spinndüse mit einer ringförmigen Austrittsöffnung versehen war, bei 250ºC verformt, wodurch ein Extrudat in Form von Hohlfasern erhalten wurde. Die Hohlfasern wurden 1 Stunde bei 50ºC in 1,1,1-Trichlorethan getaucht, um das Chlortrifluorethylen-Oligomer zu extrahieren, wonach zur Herstellung von Hohlfaser-Filtermembranen getrocknet wurde. Anschließend wurden die so erhaltenen Hohlfaser- Filtermembranen 1 Stunde einer Temperung bei 200ºC unterzogen, um getemperte Hohlfaser-Filtermembranen herzustellen. Die getemperten Hohlfaser-Filtermembranen hatten einen Innendurchmesser von 0,77 mm, einen Außendurchmesser von 1,24 mm, einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,21 um, eine Porosität von 67% und einen Schmelzpunkt von etwa 270ºC.
Ein Endbereich der oben erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurde in ein Gemisch von Wasser und Gips getaucht und dann getrocknet, wodurch die Öffnungen der Endbereiche mit dem Gips, der jeweils die Hohlräume der Endbereiche in einer Länge von 8 mm, gemessen vom Ende jeder Hohlfaser-Filtermembran, ausfüllte, abgedichtet wurden. Die abgedichteten Endbereiche der Hohlfaser-Filtermembranen wurden 65 min in eine 5%ige wäßrige NaOH-Lösung von 25ºC getaucht, wobei die Lösung mittels eines Ultraschallreinigers (MODEL B-2000, hergestellt und vertrieben von BRANSONIC CLEANING EQUIPMENT COMPANY, USA) einer Ultraschallbehandlung unterzogen wurde, wobei das Kieselsäurepulver nur von den Umfangsbereichen der abgedichteten Endbereiche der Hohlfaser-Filtermembranen entfernt wurde.
Zehn der so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden in Längsrichtung zu einem Bündel angeordnet, so daß die abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels angeordnet waren, und der Endbereich des Bündels mit einem Band (NITOFLON PIPESEAL, hergestellt und vertrieben von NITTO ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., Japan) umwickelt. Der mit dem Band umwickelte Endbereich wurde in einen auf 285ºC eingestellten Ofen gegeben, etwa 115 s darin gehalten und dann aus dem Ofen herausgenommen und abgekühlt, wodurch ein Bündel von Hohlfaser- Filtermembranen erhalten wurde, bei denen eines der jeweiligen Endbereiche durch Schmelzen verbunden war, wobei die Endbereiche, gemessen von den jeweiligen Enden der Membranen, 30 mm lang waren. Auf diese Weise wurde ein einheitlicher Endblock ausgebildet.
Das oben beschriebene Verfahren wurde mit den anderen Endbereichen der Hohlfaser-Filtermembranen wiederholt. Anschließend wurde das um die Endbereiche des Bündels gewickelte Band entfernt und das gesamte Bündel von 10 Membranen 1 Stunde in eine 40%ige wäßrige NaOH-Lösung getaucht, wodurch das Kieselsäurepulver von allen Bereichen der Membranen weitgehend entfernt wurde.
Die äußersten Endbereiche von beiden einheitlichen Endblöcken wurden mit einem Messer abgeschnitten, so daß in den Endoberflächen der einheitlichen Endblöcke Öffnungen freigelegt wurde, wodurch ein Filterelement erhalten wurde, das eine Vielzahl von Hohlfaser-Filtermembranen enthielt. Der Durchmesser der Öffnung in den Endoberflächen der einheitlichen Endblöcke ist in Tabelle 1 angegeben.
Beide einheitlichen Endblöcke hatten Durchgänge, die mit den Öffnungen in den jeweiligen Endoberflächen der Endblöcke und mit den Hohlräumen der nicht verbundenen Bereiche der Membranen in Verbindung standen. Die Durchgänge hatten einen kreisförmigen Querschnitt, mit Ausnahme der Durchgänge am Umfangsbereich, die einen dreieckigen Querschnitt hatten. Die Innenwände der Durchgänge hatten eine poröse Struktur.

Beispiel 2

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden getemperte Hohlfaser-Filtermembranen hergestellt, die dieselben Eigenschaften wie die in Beispiel 1 beschriebenen hatten.
Bei den so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurde das Abdichten eines Endbereiches der Membranen und die Entfernung des Kieselsäurepulvers nur an den Umfangsbereichen der abgedichteten Endbereiche der Membranen wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.
Zehn der so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden zur Ausbildung eines Bündels in der Weise in Längsrichtung angeordnet, daß die abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels angeordnet waren, und der Endbereich des Bündels wurde in eine zylindrische Hülse eingesetzt, die aus demselben Material wie die Hohlfaser-Filtermembranen bestand und die einen solchen Innendurchmesser hatte, daß sie das Bündel dicht abdeckte. Der Bereich des Bündels außerhalb der Hülse wurde mit einem Abdichtungsband (hergestellt von Nippon Balka Co., Japan) umwickelt. Die Hülse und der Endbereich des Bündels innerhalb der Hülse wurden in einen auf 285ºC eingestellten Ofen gegeben und 5 min darin gehalten, wobei Stickstoffgas von 25ºC in die Hohlräume der Membranen von deren jeweiligen Öffnungen an den anderen, nicht abgedichteten Enden der Membranen her in einer Rate von 20 ml/min bis 4000 ml/min eingeführt wurde. Dann wurde aus dem Ofen herausgezogen und zum Abkühlen stehengelassen, wodurch eine einheitlicher Endblock von 30 mm Länge ausgebildet wurde, der eine daran durch Schmelzen gebundene äußere Harzschicht aufwies.
Der äußerste Endbereich des einheitlichen Endblockes, der die Harzschicht aufwies, wurde mit einem Diamantschneider abgeschnitten, wodurch die Öffnungen in der Endoberfläche des einheitlichen Endblockes freigelegt wurden.
Das oben beschriebene Verfahren wurde an den anderen Endbereichen der Hohlfaser-Filtermembranen wiederholt. Dann wurde nach Entfernen des um das Bündel gewickelten Bandes das gesamte Bündel von 10 Hohlfaser-Filtermembranen 1 Stunde in eine 40%ige wäßrige NaOH-Lösung von 70ºC getaucht, wodurch das Kieselsäurepulver weitgehend aus allen Bereichen der Membranen entfernt wurde. Auf diese Weise wurde ein Filterelement mit einheitlichen Endblöcken von 30 mm Länge erhalten, wobei die Blöcke jeweils eine durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschicht aufwiesen, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Der Durchmesser der Öffnungen in den Endoberflächen der einheitlichen Endblöcke ist in Tabelle 1 angegeben.
Beide einheitlichen Endblöcke hatten Durchgänge, die mit den Öffnungen in den jeweiligen Endoberflächen beider Blöcke und mit den Hohlräumen der nicht gebundenen Bereiche der Membranen in Verbindung standen. Die Durchgänge hatten einen kreisförmigen Querschnitt, ausgenommen die Durchgänge am Umfangsbereich, die einen dreieckigen Querschnitt hatten. Die Innenwände der Durchgänge hatten eine poröse Struktur.

Beispiel 3

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden getemperte Hohlfaser-Filtermembranen hergestellt, die die in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften hatten.
An den so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben die einen Endbereiche der Membranen abgedichtet und das Kieselsäurepulver nur an den Umfangsbereichen der abgedichteten Endbereiche der Membranen entfernt.
Zehn der so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden zur Ausbildung eines Bündels in der Weise in Längsrichtung angeordnet, daß die abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels angeordnet waren, und der Endbereich des Bündels wurde mit einem Band (NITOFLON PIPESEAL, hergestellt und vertrieben von NITTO ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., Japan) umwickelt. Der mit dem Band umwickelte Endbereich des Bündels wurde in Wasser getaucht und dann in ein feines Pulver (100-Maschen-Sieb, ASTM) desselben Materials gegeben, aus dem die Hohlfaser-Filtermembranen bestanden, und 30 s darin gehalten, wobei das Pulver einer Ultraschallbehandlung unterzogen wurde. Anschließend wurde der Endbereich des Bündels in einen auf 285ºC eingestellten Ofen gegeben und etwa 270 s darin belassen. Dann wurde aus dem Ofen herausgenommen und zum Abkühlen stehengelassen, wodurch ein einheitlicher Endblock erhalten wurde.
Das beschriebene Verfahren wurde an den anderen Endbereichen der Hohlfaser-Filtermembranen wiederholt. Dann wurde nach Entfernung des um die Endbereiche des Bündels gewickelten Bandes das gesamte Bündel 1 Stunde in eine 40%ige wäßrige NaOH-Lösung von 70ºC getaucht, um das Kieselsäurepulver von allen Bereichen der Membranen weitgehend zu entfernen.
Die äußersten Endbereiche der einheitlichen Endblöcke wurden mit einem Messer abgeschnitten, wodurch die Öffnungen in den Endoberflächen der einheitlichen Endblöcke freigelegt wurden. Auf diese Weise wurde ein Filterelement erhalten, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Der Durchmesser der Öffnungen in den Endoberflächen der einheitlichen Endblöcke ist in Tabelle 1 angegeben.
Beide einheitlichen Endblöcke hatten Durchgänge, die mit den Öffnungen in den jeweiligen Endoberflächen der Endblöcke und mit den Hohlräumen der nicht verbundenen Bereiche der Membranen in Verbindung standen. Alle Durchgänge hatten einen kreisförmigen Querschnitt. Die Innenwände der Durchgänge hatten eine poröse Struktur.

Beispiel 4

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden getemperte Hohlfaser-Filtermembranen mit den in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften hergestellt.
Bei den so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise die einen Endbereiche der Fasern abgedichtet und das Kieselsäurepulver von lediglich den Umfangsbereichen der abgedichteten Endbereiche der Membranen entfernt.
Zehn der so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden zur Ausbildung eines Bündels in der Weise in Längsrichtung angeordnet, daß die abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels angeordnet waren. Der Endbereich des Bündels wurde in eine zylindrische Hülse eingesetzt, die aus demselben Material wie die Hohlfaser-Filtermembranen bestand und die einen solchen Durchmesser hatte, daß sie das Bündel dicht abdeckte. Der Bereich des Bündels, der sich außerhalb der Hülse befand, wurde mit einem Abdichtungsband (hergestellt von Nippon Balka Co., Japan) umwickelt. Die Hülse und der Endbereich des Bündels innerhalb der Hülse wurden in Wasser getaucht und dann in ein feines Pulver (100-Maschen-Sieb, ASTM) desselben Materials wie die Hohlfaser-Filtermembranen gegeben und 30 s darin belassen, wobei das Pulver einer Ultraschallbehandlung unterzogen wurde Anschließend wurden die Hülse und der Endbereich des Bündels in einen auf 285ºC eingestellten Ofen gegeben und 5 min darin belassen, wobei Stickstoffgas von etwa 25ºC bei einer Rate von 20 ml/min bis 4000 ml/min in die Hohlräume der Membranen von deren jeweiligen Öffnungen an den nicht verschlossenen Enden der Membranen her eingeleitet wurde. Dann wurde aus dem Ofen herausgenommen und zum Abkühlen stehengelassen, wodurch ein einheitlicher Endblock von 30 mm Länge ausgebildet wurde, der eine durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschicht aufwies.
Der äußerste Endbereich des eine äußere Harzschicht aufweisenden einheitlichen Endblockes wurde mit einem Diamantschneider abgeschnitten, wodurch die Öffnungen in der Endoberfläche des einheitlichen Endblockes freigelegt wurden.
Das oben beschriebene Verfahren wurde an den anderen Endbereichen der Hohlfaser-Filtermembranen wiederholt. Dann wurde nach Entfernung des um das Bündel gewickelten Bandes das gesamte Bündel aus 10 Hohlfaser-Filtermembranen 1 Stunde in eine 40 %ige wäßrige NaOH-Lösung getaucht, um das Kieselsäurepulver von allen Bereichen der Membranen weitgehend zu entfernen. Auf diese Weise wurde ein Filterelement erhalten, das einheitliche Endblöcke von 30 mm Länge aufwies, wobei die Blöcke jeweils eine durch Schmelzen daran gebundene äußere Harzschicht aufwiesen, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Der Durchmesser der Öffnungen in der Endoberfläche eines jeden einheitlichen Endblockes ist in Tabelle 1 angegeben.
Beide einheitlichen Endblöcke wiesen Durchgänge auf, die mit den Öffnungen der jeweiligen Endoberflächen beider Blöcke und mit den Hohlräumen der nicht verbundenen Bereiche der Membranen in Verbindung standen. Die Durchgänge hatten einen kreisförmigen Querschnitt, ausgenommen die Durchgänge am Umfangsbereich, die einen dreieckigen Querschnitt hatten. Die Innenwände der Durchgänge hatten eine poröse Struktur.

Beispiel 5

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden getemperte Hohlfaser-Filtermembranen mit den in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften hergestellt.
Von den so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden die einen Endbereiche 6 Stunden in eine 25%ige wäßrige NaOH-Lösung von 70ºC getaucht, wobei die Endbereiche eine Länge von 90 mm, gemessen von den jeweiligen Enden der Membranen, hatten, wodurch das Kieselsäurepulver von den Endbereichen vollständig entfernt wurde. Die Endbereiche der Membranen wurden 12 Stunden mit Wasser gewaschen. Separat wurden zur Herstellung eines Abdichtungsmittels etwa 20 g Calciumcarbonat und etwa 8 g Calciumsulfat mit etwa 10 ml Wasser verknetet. Das Abdichtungsmittel wurde in alle Hohlräume der oben behandelten Endbereiche der Membranen von der Öffnung her eingefüllt, wobei die Endbereiche eine Länge von 85 mm, gemessen von den jeweiligen Enden der Membranen, hatten, so daß die Endbereiche der Membranen abgedichtet wurden.
Zehn der so erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden zur Ausbildung eines Bündels in der Weise in Längsrichtung angeordnet, daß sich die abgedichteten Endbereiche an einem Ende des Bündels befanden. Die Zwischenräume zwischen den Umfangsbereichen der Endbereiche der Membranen wurden mit einem feinen Pulver (100-Maschen-Sieb, ASTM) desselben Harzes wie dem der Membranen gefüllt, wobei die Endbereiche eine Länge von 50 mm, gemessen von den jeweiligen Enden der Membranen, hatten. Dann wurde der Endbereich des Bündels mit einem Teflon-Abdichtungsband umwickelt, und die Zwischenräume zwischen den Umfangsbereichen der Endbereiche der peripheren Membranen des Bündels und der inneren Oberfläche des Abdichtungsbandes wurden mit demselben feinen Pulver, wie oben erwähnt, gefüllt, wobei die Endbereiche eine Länge von 50 mm, gemessen von den jeweiligen Enden der Membranen, hatten.
Der Endbereich des Bündels wurde in einen Ofen gegeben und etwa 4 min bei 295ºC gehalten, dann aus dem Ofen herausgenommen und abkühlen gelassen, wodurch ein einheitlicher Endblock von 30 mm Länge erhalten wurde. Dann wurde das Abdichtungsband entfernt und der äußerste Endbereich des einheitlichen Endblockes abgeschnitten, wobei die äußersten Endbereiche eine Länge von 15 mm, gemessen von den jeweiligen Enden der Membranen, hatten. Der so erhaltene Endbereich des Bündels wurde zur Entfernung des Abdichtungs-Mediums 2 Tage in eine 35%ige wäßrige HCl- Lösung von 35ºC getaucht, wodurch die Öffnungen in der Endoberfläche des einheitlichen Endblockes freigelegt wurden.
Dasselbe Verfahren wie oben beschrieben wurde an dem anderen Endbereich des Bündels wiederholt. Anschließend wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise die Kieselsäure aus allen Bereichen der Membranen weitgehend entfernt, wodurch ein Filterelement erhalten wurde, das 10 Hohlfaser-Filtermembranen enthielt.
Bei dem Filterelement hatten alle Durchgänge in den einheitlichen Endblöcken einen kreisförmigen Querschnitt, wobei kein Bereich der einheitlichen Endblöcke eine poröse Struktur hatte.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wurden bei dem Filterelement keine Grenzflächen zwischen den Membranwänden und dem thermoplastischen Harz-Medium festgestellt. Fig. 7 ist eine Mikrophotographie (75-fache Vergrößerung) des Querschnitts eines verbundenen Bereiches eines herkömmlichen Filterelements, bei dem Hohlfaser-Filtermembranen mittels eines Epoxyharz-Klebmittels miteinander verbunden sind. Bei dem verbundenen Bereich des herkömmlichen Filterelements werden, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Filterelement Grenzflächen zwischen den Membranwänden und dem Epoxyharz-Klebmittel festgestellt.

Beispiel 6

Unter Verwendung des in Beispiel 4 erhaltenen Filterelements wurde auf folgende Weise ein Filtermodul hergestellt.
Das Filterelement wurde in eine zylindrische Ummantelung aus demselben Material wie die Hohlfaser-Filtermembranen des Filterelements eingesetzt, wobei die Ummantelung dieselbe Struktur wie die in Fig. 5 gezeigte Ummantelung 8 hatte. Als das Filterelement in der Ummantelung angeordnet wurde, wurde zwischen der Umfangsoberfläche der äußeren Harzschicht und der Innenwandoberfläche der Ummantelung ein Spalt von 0,4 mm in der Weise vorgesehen, daß der Spalt zwischen ihnen entlang dem gesamten Umfang der äußeren Harzschicht ausgebildet wurde. Der Spalt zwischen der Umfangsoberfläche der äußeren Harzschicht und der Innenwandoberfläche der Ummantelung wurde mit einem feinen Pulver (100-Maschen-Sieb, ASTM) aus demselben Harz wie die Hohlfasermembranen des Filterelements und die Ummantelung gefüllt, und die Bereiche der erhaltenen Anordnung, bei denen der Spalt mit dem Harz gefüllt worden war, wurden in einen Ofen gegeben und etwa 5 min bei 285ºC gehalten, wonach zum Abkühlen stehengelassen wurde.
Kappen mit derselben Struktur wie die in Fig. 5 dargestellten Kappen 9 wurden jeweils durch O-Ringe auf beide Endbereiche der Ummantelung aufgesetzt, wodurch ein Filtermodul vom Hohlfaser- Filtermembran-Typ erhalten wurde, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Das erhaltene Filtermodul hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Wärme und Chemikalien.

Vergleichsbeispiel

Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurden getemperte Hohlfaser-Filtermembranen mit den in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften hergestellt. Dann wurde aus allen Bereichen der Membranen das Kieselsäurepulver entfernt. Zehn der erhaltenen Hohlfaser-Filtermembranen wurden mittels eines Epoxyharzes wie folgt miteinander verbunden. Die Membranen wurden zur Ausbildung eines Bündels in Längsrichtung angeordnet und das Bündel mit den Enden in eine Laborschale gesetzt. In die Schale wurde ein Epoxyharz-Klebmittel gegossen und zum Härten stehengelassen. Nachdem das Klebmittel gehärtet war, wurde der äußerste Endbereich des Bündels abgeschnitten, wodurch die Öffnungen der Hohlfaser-Filtermembranen freigelegt wurden. Das andere Ende des Bündels wurde im wesentlichen wie oben beschrieben behandelt. Mehr Einzelheiten des Verfahrens zum Verbinden mittels eines Epoxyharzes sind dem Beispiel 1 der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung No. 53-43390/1978 zu entnehmen. Auf diese Weise wurde ein Filterelement erhalten.
Der Durchmesser der Öffnungen in der Endoberfläche eines jeden einheitlichen Endblocks des Filterelements ist in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Durchmesser der Öffnungen in der Endoberfläche des einheitlichen Endblocks des Filterelements

Beispiel 1 0,70 mm
Beispiel 2 0,72 mm
Beispiel 3 0,71 mm
Beispiel 4 0,73 mm
Vergleichsbeispiel 0,77 mm

Beispiel 7

Die in den Beispielen 1 bis 4 und in dem Vergleichsbeispiel erhaltenen Filterelemente wurden jeweils getrennt in eine 35 %ige Wasserstoffperoxidlösung getaucht. Jede Lösung wurde alle 24 Stunden durch eine frische Lösung ersetzt und die ersetzte Lösung unter Verwendung von TOC-500 (hergestellt und vertrieben von Shimadzu Seisakusho Ltd., Japan) der Messung auf den TOC- Gehalt unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 TOC-Gehalt 1. Lösung Beispiel Vergleichsbeispiel
Anmerkung: Die in Tabelle 2 angegebenen Werte waren durch Subtrahieren der TOC-Werte des 35%igen Wasserstoffperoxids von den gemessenen TOC-Werten erhalten worden.

Claims

1. Filterelement, welches mehrere poröse Hohlfaser- Filtermembranen aus einem thermoplastischen Harz enthält, die im wesentlichen gleich lang und in Längsrichtung angeordnet sind, wobei

die Membranen jeweils eine Porösität von 30 bis 90% aufweisen,

mindestens einer der Endbereiche der Membranen mindestens an den jeweiligen Umfangsbereichen direkt oder mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden ist, wobei ein einheitlicher Endblock gebildet wird, in dem die Endbereiche der Membranen flüssigkeitsdicht verschmolzen sind und wobei die verbleibenden Bereiche der Membranen an ihren jeweiligen Umfangsbereichen nicht verbunden sind,

der einheitliche Endblock von den Hohlräumen der Membranen herrührende Durchgänge aufweist,

die Durchgänge Durchmesser aufweisen, die im wesentlichen gleich denen der Hohlräume der nicht-verbundenen Bereiche der Membranen sind, die mit den Durchgängen in Verbindung stehen.

2. Filterelement nach Anspruch 1, bei dem die Endbereiche der Membranen direkt durch Schmelzen verbunden sind.

3. Filterelement nach Anspruch 1, bei dein die Endbereiche der Membranen mittels eines thermoplastischen Harz-Mediums durch Schmelzen verbunden sind, wobei das thermoplastische Harz-Medium aus einem thermoplastischen Harz besteht, das mit dem Harz der Membranen verträglich ist und einen Erweichungspunkt aufweist, der 0,5 bis 1,5 mal höher ist als der Erweichungspunkt (ºC) des Harzes der Membranen.

4. Filterelement nach Anspruch 3, bei dem das thermoplastische Harz des thermoplastischen Harz-Mediums das gleiche ist wie das Harz der Membranen.

5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches weiter einen einheitlichen Endblock aufweist, der einen Überzug aus einer durch Schmelzen daran gebundenen Harzschicht aufweist, wobei die äußere Harzschicht aus einem thermoplastischen Harz besteht, das mit dem Harz der Membranen verträglich ist und einen Erweichungspunkt aufweist, der 0,5 bis 1,5 mal höher als der Erweichungspunkt (ºC) des Harzes der Membranen ist.

6. Filterelement nach Anspruch 5, bei dem das thermoplastische Harz der äußeren Harzschicht das gleiche ist, wie das Harz der Membranen.

7. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem jeder Durchgang in dem einheitlichen Endblock einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

8. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Innenwand jedes Durchgangs in dem einheitlichen Endblock eine poröse Struktur aufweist.

9. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Hohlfaser-Filtermembranen aus einem thermoplastischen Harz bestehen, das unter Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerharz, Tetrafluorethylen-Ethylen- Copolymerharz, Polyethylen und Polysulfon ausgewählt ist.

10. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem beide Endbereiche der Membranen durch Schmelzen verbunden sind.

11. Filtermodul, welches ein Gehäuse und ein darin angeordnetes Filterelement nach Anspruch 1 umfaßt, wobei der einheitliche Endblock an seinem gesamten Umfang direkt oder durch eine äußere Harzschicht, die auf dem gesamten Umfang des einheitlichen Endblocks angeordnet und an diesen durch Schmelzen gebunden ist, mit der Innenwand des Gehäuses flüssigkeitsdicht befestigt ist, wobei eine erste Kammer, in die sich die Durchgänge des einheitlichen Endblocks öffnen, und eine zweite Kammer gebildet wird, die von der ersten Kammer flüssigkeitsdicht getrennt ist und in der die nicht-verbundenen Bereiche der Membranen angeordnet sind, wobei

die erste Kammer eine Öffnung aufweist, und

die zweite Kammer mindestens eine Öffnung aufweist.

12. Filtermodul nach Anspruch 11, bei dem die äußere Harzschicht aus einem thermoplastischen Harz besteht, das mit dem Harz der Membran verträglich ist und einen Erweichungspunkt aufweist, der 0,5 bis 1,5 mal höher ist, als der Erweichungspunkt (ºC) des Harzes der Membran.

13. Filtermodul nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Membranen wie in einem der Ansprüche 3, 4, 6, 7, 8, 9 oder 10 definiert sind.