Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПОРИСТАЯ ФТОРУГЛЕРОДНАЯ МЕМБРАНА, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТР НА ЕЕ ОСНОВЕ
ПОРИСТАЯ ФТОРУГЛЕРОДНАЯ МЕМБРАНА, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТР НА ЕЕ ОСНОВЕ

ПОРИСТАЯ ФТОРУГЛЕРОДНАЯ МЕМБРАНА, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПАТРОННЫЙ ФИЛЬТР НА ЕЕ ОСНОВЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Пористую фторуглеродную мембрану, содержащую пористую подложку, имеющую средний размер пор от 5,0 до 500,0 мкм и разницу по удельной массе в одном образце не более 7,0%, полностью пропитанную сополимером тетрафторэтилена (23-25% мас. ) с винилиденфторидом с отношением вязкости своего раствора в ацетоне к ацетону, равным 2,0 - 4,0, получают растворением сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом в легкокипящем растворителе, смешиванием раствора с осадительной смесью из спирта и воды с получением рабочего раствора. Пропитывают нагретым рабочим раствором пористую подложку и кратковременно выдерживают для испарения части растворителя и частичного отверждения рабочего раствора. Затем сушат формируемую мембрану. Мембрану используют в патронном фильтре. Он выполнен из защитного и опорного цилиндрических перфорированных полых корпусов, двух гофрированных пористых фторуглеродных мембран описанной выше конструкции, наложенных одна на другую, предфильтра и дренажа, расположенных между указанными корпусами, и герметично соединенных с корпусами торцевых крышек. Ближняя к предфильтру мембрана имеет размер пор 0,25 - 0,65 мкм, а вторая - 0,15 - 0,45 мкм. 3 c. и 11 з.п.ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2119817
Класс(ы) патента: B01D71/32, B01D27/06
Номер заявки: 95118061/04
Дата подачи заявки: 23.10.1995
Дата публикации: 10.10.1998
Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "Полимерсинтез"
Автор(ы): Карачевцев В.Г.; Дубяга В.П.; Амелина Н.В.; Тарасов А.В.
Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "Полимерсинтез"
Описание изобретения: ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к пористой фторуглеродной мембране, способу ее получения и к конструкции патронного фильтра на основе пористой фторуглеродной мембраны. Такие фильтры нашли широкое применение для тонкой фильтрации химически активных сред благодаря своей химической стойкости, инвертности по отношению к таким средам и к широко используемым органическим растворителям. Фторуглеродные мембраны и патронные фильтры на их основе удобно стерилизовать термической обработкой, поскольку они обладают необходимой термостабильностью. Вместе с тем, пористые фторуглеродные мембраны по своей природе гидрофобны, что является их недостатком при фильтрации содержащих воду жидких сред. Однако существует достаточно отработанных методов гидрофилизации гидрофобных фторуглеродных мембран, в результате реализации которых этот недостаток можно преодолевать.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны пористые фторуглеродные мембраны, получаемые из раствора сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом, как "мокрым", так и "сухим" методами. Наиболее распространен "мокрый" процесс. Его первый этап - получение формовочного (рабочего) раствора, состоящего из фторуглеродного полимера, растворителя и нерастворителя для этого полимера. Затем рабочий раствор наносят на плотную поверхность, которая не способна впитывать этот рабочий раствор. В качестве такой поверхности обычно используют стекло, полиэтилентерефталатную пленку, барабан из нержавеющей стали и т.п. После этого процесс можно вести по одному из двух путей: может быть проведено испарение нанесенного на поверхность раствора (в воздух или в другую регулируемую среду) в течение заданного промежутка времени, от нескольких секунд до нескольких минут, после чего раствор (уже частично отвержденный) погружают в осадительную ванну. Или же формирование мембраны осуществляют сразу под поверхностью осадительной ванны, минуя стадию частичного испарения и отверждения раствора. Оба этих метода используются в промышленном масштабе и дают мембраны, основная особенность которых - относительно низкие прочностные характеристики и эксплуатационная емкость ("грязеемкость"). Отмеченные недостатки "мокрого" метода получения пористой мембраны устраняют использованием в "мокром" методе и соответственно в конструкции мембраны - пористой подложки, которая в данном случае выполняет роль поверхности, на которую наносят рабочий раствор фторуглеродного полимера. Но теперь возникает новая проблема - скорость "мокрого" формования мембраны на пористой подложке резко снижается и доходит лишь до 0,52-1,0 м/мин.
Известен также "сухой" способ получения пористой фторуглеродной мембраны на основе рабочего раствора сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида, который формуют в мембрану на плотной поверхности с последующим полным испарением жидких компонентов рабочего раствора и снятием листа мембраны с этой поверхности. Недостатки этого способа аналогичны "мокрому" способу без использования пористой подложки - невысокая механическая прочность мембраны и относительно низкая ее "грязеемкость". "Сухой" способ получения пористых фторуглеродных мембран на пористой подложке до настоящего времени не описан.
Типичным примером "мокрого" процесса получения пористых фторуглеродных мембран является патент США N 4384047, выданный Бензингеру и др. 17.05.1983 г. В этом патенте описана пористая фторуглеродная мембрана на основе сополимера ТФЭ с ВФ, которую получают из рабочего раствора на плотной поверхности с последующим частичным испарением и отверждением рабочего раствора и помещением образуемой мембраны в жидкую гельобразующую (осаждающую) среду.
В качестве примера "мокрого" способа получения пористой фторуглеродной мембраны на основе сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом можно назвать патент США N 4965291, выданный Кито и др. 23.10.1990 г. Согласно этому патенту, рабочий раствор сополимера формуют в мембрану сразу же под поверхностью жидкой осадительной ванны, минуя стадию частичного испарения и отверждения раствора.
Примером "сухого" способа получения пористых фторуглеродных мембран, в конструкцию которых не входит пористая подложка, является выложенная заявка ФРГ N 2632185 с приоритетом по Японии от 17.07.75 г. изобретателей Мано, Хиточи и др. В данном изобретении предложен способ получения пористых фторуглеродных мембран путем растворения сополимера ТФЭ с ВФ, образования рабочего (формовочного) раствора, его нанесения на плотную пластину и последующего свободного испарения жидких компонентов раствора с образованием пористой мембраны и снятия ее с пластины.
Еще одним распространенным способом получения пористых мембран является т. н. "термический" метод. Этот метод был разработан для получения пористых мембран из фторуглеродных полимеров, которые практически не растворяются в доступных растворителях и приемлемых для промышленности температурах. Ограничения этого способа - высокотемпературная деструкция полимера при получении его расплава, относительно низкие скорости формования пористой мембраны и ее невысокие прочностные характеристики. Типичным примером "термического" способа получения пористых фторуглеродных мембран является изобретение по патенту США N 4990294, выданный Йену и др. 5.02.1991 г. В этом патенте описано получение смеси из расплава фторуглеродного полимера и растворителя с последующим нанесением этой смеси из экструдера на формующую поверхность. Затем растворитель удаляют путем понижения температуры.
Таким образом, наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является пористая фторуглеродная мембрана, содержащая пористую подложку и соединенный с ней в процессе формования мембраны по "мокрому" способу слой из фторуглеродного полимера по патенту США N 4965291.
Наиболее широкое применение пористых фторуглеродных мембран происходит через фильтровальные установки, выполненные в виде патронного фильтрующего элемента, т.н. патронного фильтра. Патронный фильтр, как правило, состоит из защитного и опорного цилиндрических перфорированных полых корпусов, гофрированной пористой мембраны с предфильтром и дренажем, расположенных между указанными корпусами, и герметично соединенных с корпусами торцевых крышек, по меньшей мере, одна из которых имеет центральный отводящий канал. В большинстве случаев патронные фильтры отличаются между собой конструкцией используемой в нем пористой мембраны. В патенте США N 4929354 описана приведенная выше конструкция патронного фильтра с мембраной, выполненной из алифатического полиамида. Благодаря чему такой патронный фильтр отличается невысокими эксплуатационными показателями.
Известен патронный фильтр, состоящий из защитного и опорного цилиндрических перфорированных полых корпусов, гофрированной пористой мембраны из сополимера тетрафторэтилена с предфильтром и дренажем, расположенными между указанными корпусами и герметично соединенных с корпусами торцовых крышек, по меньшей мере одна из которых имеет центральный отводящий канал. Однако пористые мембраны, выполненные из политетрафторэтилена, отличаются невысокими эксплуатационными характеристиками, сложны в изготовлении и дорогостоящи.
В основу изобретения положена задача создать пористую фторуглеродную мембрану и патронный фильтр на основе такой мембраны, которые позволяли бы осуществлять процесс фильтрации химически активных сред с наилучшими технологическими и экономическими показателями. Эта задача включает в себя частную задачу создать промышленно применимый экономический высокопроизводительный способ получения указанной фторуглеродной мембраны.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемая пористая фторуглеродная мембрана состоит из:
- пористой подложки, которая имеет средний размер пор от 5,0 до 500 мкм и разницу по удельной массе в одном образце не более 7,0% и которая полностью пропитана растворимым в органическом растворителе сополимером, состоящим из 23-25% мас. тетрафторэтилена и 75-77% винилиденфторида и имеющим характеристику (она определяет молекулярную массу и прочностные показатели используемого сополимера): отношение вязкости раствора сополимера в ацетоне, при содержании сополимера в растворе 0,01 г/см3, к ацетону равное от 2,0 до 4,0. Причем анализ взятого для исследования образца мембраны осуществляют путем сравнения показателей удельных масс любых,как минимум двух участков этого образца мембраны. Вес нанесенного на пористую подложку слоя фторсодержащего полимера в готовой мембране составляет в среднем не более 5% массы подложки и не сказывается практически на замерах удельных масс в различных участках анализируемого образца мембраны.
Эксплуатационные показатели пористой фторуглеродной мембраны могут быть существенно повышены, если:
а) конструкция мембраны будет включать пористую подложку, имеющую строго заданные характеристики, определяющие ее структуру (средняя пористость и разница по удельной массе в одном образце);
б) конструкция мембраны будет включать подложку, полностью пропитанную (покрытую) сополимером ТФЭ с ВФ в процессе "сухого" формования мембраны;
в) конструкция мембраны будет включать пористую подложку, полностью пропитанную фторуглеродным сополимером строго определенного состава, молекулярной массы и прочностных характеристик (соотношение ТФЭ и ВФ, отношение вязкостей).
Заявляемая нами конструкция пористой фторуглеродной мембраны отличается высокими прочностными и эксплуатационными показателями. Благодаря этим показателям исходной мембраны заявляемая конструкция патронного фильтра также отличается повышенными эксплуатационными показателями.
Согласно изобретению, наряду с использованием сополимера ТФЭ с ВФ возможно применение смеси этого сополимера с другими фторуглеродными полимерами, взятыми в качестве не более 15% мас. (или используют не менее 85% мас. сополимера). В качестве фторуглеродных полимеров, выступающих в качестве добавки к основному сополимеру ТФЭ с ВФ, можно использовать поливинилиденфторид, сополимер винилиденфторида с трихлорэтиленом и сополимер гексафторпропилена с винилиденфторидом. Такие добавки повышают отдельные эксплуатационные характеристики пористой мембраны.
В соответствии с изобретением заявляемую конструкцию пористой фторуглеродной мембраны получают "сухим" способом, который согласно изобретению включает: растворение сополимера ТФЭ с ВФ в органическом легкокипящем растворителе; смешивание полученного раствора сополимера с осадительной смесью с образованием рабочего раствора; формование полученного рабочего раствора в мембрану на пористом материале (подложке), которая имеет средний размер пор от 5 до 500 мкм и разницу по удельной массе в одном образце не более 7%, путем полной пропитки (покрытия) пористого материала нагретым рабочим раствором сополимера, состоящего из 23-25 мас. % тетрафторэтилена и 75-77% мас. винилиденфторида и имеющего отношение вязкостей раствора в ацетоне при содержании сополимера в растворе 0,01 г/см3 к ацетону равное от 2 до 4; кратковременной выдержки формуемой мембраны в условиях свободного испарения части растворителя для частичного отверждения рабочего раствора, и последующей сушки образуемой мембраны в не менее чем трех последовательных сушильных зонах, в которых поддерживают повышающуюся от зоны к зоне температуру.
Согласно заявляемому "сухому" способу получения пористой фторуглеродной мембраны на пористой подложке в качестве легкокипящего органического растворителя используемого фторполимера (смеси фторполимеров) применяют преимущественно кетоны, такие как метилэтилкетон и ацетон. При использовании ацетона, что является наиболее предпочтительным вариантом, его берут в количестве 60-70% масс. от массы рабочего раствора, в котором концентрация самого фторполимера составляет от 7 до 12% масс.
В качестве осадительной смеси согласно изобретению берут смесь спирта и воды. Можно использовать и этанол, бутанол, пропанол и изопропанол. Однако предпочтительно использовать изопропанол или пропанол, которые берут в количестве не менее 14% мас., практически от 14 до 17% мас., в расчете на массу рабочего раствора. В качестве воды используют деионизированную воду, которую берут в количестве не менее 5,0% мас., практически от 5 до 10% мас., в расчете на массу рабочего раствора. Воду желательно деионизировать до содержания в ней металлов и солей не более 2,0 г/м3.
Согласно заявляемому способу растворение фторуглеродного полимера, в частности указанного выше сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом, проводят при повышенной температуре, предпочтительно при температуре от 30oC до 50oC.
Осадительную смесь, согласно заявляемому способу, получают отдельно от раствора фторуглеродного полимера путем смешивания деионизированной воды и спирта при температуре от 18oC до 25oC под давлением инертного газа, преимущественно азота, равного от 2 до 3 КПа.
Далее в заявляемом способе осуществляют смешивание раствора фторполимера и осадительной смеси при повышенной температуре, преимущественно при температуре 45 ± 5oC. И здесь является принципиальным, чтобы при подаче осадительной смеси в реактор, в котором находится нагретый раствор фторполимера, согласно изобретению, разница температур между раствором фторполимера и осадительной смеси не превышала 3oC. При несоблюдении этого условия образуемый рабочий раствор затруднительно переработать в качественную мембрану.
Наиболее предпочтительным вариантом полной пропитки (покрытия) пористой основы рабочим раствором является вариант, при котором такую пропитку (покрытие) проводят с помощью вращающихся с разной скоростью наносящего и калибровочного валков. Эти валки частично погружены в рабочий раствор и, вращаясь, захватывают на себя рабочий раствор и переносят его на движущуюся с постоянной скоростью, равной от 1,0 до 10,0 м/мин, пористую подложку. Подложка находится в постоянном контакте с наносящим валком. В качестве пористой подложки здесь используют непрерывную ленту из пористого материала, отвечающего указанным выше характеристикам. Лучше использовать пористое полотно из нетканого полипропилена толщиной 0,011-0,016 мм, шириной от 12 до 14 дюймов (от 300 до 350 мм) и поверхностной плотностью 50-70 г/м2. Может также применяться практически любой пористый материал, отвечающий указанным требованиям. Хорошо зарекомендовало себя пористое полиэтилентерефталатное (лавсановое) полотно с поверхностной плотностью 35-70 г/м2.
Состав рабочего раствора, используемый для формования фторуглеродной пористой мембраны согласно заявляемому способу, подбирают, исходя из требуемой пористости мембраны и применяемого оборудования. В случае валкового способа нанесения и формования рабочего раствора рекомендуется использовать состав рабочего раствора, указанный в таблице N 1.
Согласно изобретению нанесение рабочего раствора на пористую подложку осуществляют из расчета от 10 до 50 г сополимера на 1 м2 пористой подложки и при этом поддерживают температуру рабочего раствора в диапазоне от 25 до 45oC.
После нанесения рабочего раствора на пористую подложку, который полностью пропитывает ее, осуществляют кратковременную выдержку пропитанной раствором подложки в условиях свободного испарения части растворителя при температуре от 18oC до 25oC в течение около 0,5-1,0 минуты. В этих условиях происходит частичное отверждение рабочего раствора и начало образования пористой мембраны. Процесс получения мембраны завершается на стадии ее сушки, которую, согласно изобретению, осуществляют, по меньшей мере, в трех последовательных сушильных зонах. В этих зонах поддерживают различную температуру, повышающуюся при переходе образуемой мембраны от зоны к зоне; и примерно одинаковую абсолютную влажность. Предпочтительными температурами в сушильных зонах при непрерывном способе получения мембраны на движущемся полотне пористого материала являются: в первой зоне от 45 до 55oC; во второй зоне от 55 до 65oC; в третьей зоне от 90 до 100oC. Получаемая в результате сушки пористая фторуглеродная мембрана характеризуется высокими прочностными и эксплуатационными показателями, которые позволяют применить эту мембрану в типовом патронном фильтре, придавая ему новое качество - исключительную надежность, длительный срок эксплуатации при сохранении высокой фильтрующей способности.
Заявляемая конструкция патронного фильтра (фиг.4) состоит из защитного (33) и опорного (34) перфорированных полых корпусов, гофрированной пористой мембраны (35) с предфильтром (36) и дренажем (37), расположенных между указанными корпусами и герметично соединенных с корпусами торцевых крышек (38), по меньшей мере, одна из которых имеет центральный отводящий канал. Согласно изобретению, заявляемый патронный фильтр содержит мембрану, состоящую из пористой подложки, имеющую средний размер пор от 5,0 до 500,0 мкм и разницу по удельной массе в одном образце не более 7% и которая полностью пропитана (покрыта) растворимым в органическом растворителе сополимером, который содержит 23-25% мас. тетрафторэтилена и 75-77% мас. винилиденфторида и который имеет (характеризуется) отношение вязкости раствора в ацетоне, измеряемое при содержании сополимера в растворе 0,01 г/см3, к ацетону, равное от 2,0 до 4,0.
При этом, согласно изобретению, наряду с использованием покрытия пористой подложки, состоящего исключительно из указанного сополимера, возможно применение смеси этого сополимера с другими фторуглеродными полимерами. Эти полимеры берут в количестве не более 15% мас. от общего количества фторуглеродного полимера. В качестве модифицирующей добавки можно использовать поливинилиденфторид, сополимер винилиденфторида с трифторхлорэтиленом или сополимер гексафторпропилена с винилиденфторидом.
Для повышения эксплуатационных характеристик заявляемого патронного фильтра, таких как степень очистки, грязеемкость, надежность и долговечность, в его конструкции, согласно изобретению, используют две пористые фторуглеродные мембраны, наложенные одна на другую, при этом ближняя к предфильтру мембрана имеет размер пор от 0,25 до 0,65 мкм, а вторая мембрана имеет размер пор от 0,15 до 0,45 мкм. Указанное наложение одной мембраны на другую, согласно изобретению, можно производить двумя методами: либо активными поверхностями в сторону предфильтра, либо наложение осуществляют поверхностями, противоположными активным поверхностям мембран. В последнем случае увеличивается надежность патронного фильтра.
На фиг.1 показаны этапы опытного непрерывного процесса получения пористой фторуглеродной мембраны в соответствии с заявляемым способом.
На фиг. 2 представлена якорная мешалка, используемая для приготовления рабочего раствора в примерах опытного получения заявляемой мембраны.
На фиг. 3 приведена схема основного оборудования, используемого для нанесения рабочего раствора на пористую подложку в примерах опытного непрерывного процесса получения заявляемой мембраны.
На фиг. 4 показан общий вид патронного фильтра, в конструкцию которого входит заявляемая мембрана.
На фиг.1-4 даны следующие обозначения:
1 - мерник для растворителя фторуглеродного полимера (сополимера и его смесей);
2 - мерник для спирта, входящего в осадительную смесь;
3 - мерник для деионизированной воды;
4- реактор-смеситель для приготовления осадительной смеси;
5 - реактор для приготовления раствора фторуглеродного полимера (сополимера и его смесей) и рабочего раствора;
6 - насос шестеренчатый;
7, 8, 10 и 11 - краны;
9 - фильтр;
12 - деаэратор;
13 - сушильная камера;
14 - пористая подложка;
15 - узел формования пористой мембраны;
16 - готовая пористая фторуглеродная мембрана;
17 - приемная бобина;
18 - ребро жесткости;
19 - лопасть подвижной мешалки;
20 - лопасть внутренней неподвижной мешалки;
21 - мешалка подвижная;
22 - вал привода неподвижной мешалки;
23 - фланец;
24 - внутренняя неподвижная мешалка;
25 - крышка реактора;
26 - крепежный узел внутренней неподвижной мешалки;
27 - наносящий валок;
28 - натяжные валки;
29 - ванна с рабочим раствором;
30 - рабочий раствор;
31 - калибрующий валок;
32 - ракля;
33 - защитный перфорированный полый корпус;
34 - опорный перфорированный полый корпус;
35 - пористая фторуглеродная гофрированная мембрана;
36 - гофрированный предфильтр;
37 - дренаж гофрированный;
38 - торцевая крышка.
Примеры осуществления изобретения
Заявляемая конструкция пористой фторуглеродной мембраны, способ ее получения и патронный фильтр на основе такой мембраны были проверены в опытном масштабе. Приводимые ниже примеры осуществлялись на опытной установке непрерывного действия, схема которой показана на фиг.1.
Жидкие компоненты, участвующие в опытном процессе, а именно растворитель (кетон), спирт и деионизированная вода, подаются в соответствующие реакторы из мерников 1, 2 и 3. В реактор 4, в котором получают осадительную смесь, подают спирт (пропиловый или изопропиловый) и деионизированную воду. Реактор 4 снабжен обогревательной рубашкой. Приготовление осадительной смеси осуществляют путем перемешивания спирта и воды при комнатной температуре (от 18 до 25oC), азотном давлении (от 2,0 до 3,0 кПа) и скорости вращения мешалки примерно 48±2 об/мин. Время перемешивания составляет порядка около 30±5 мин.
Раствор сополимера (или его смеси с другими фторполимерами) и рабочий раствор готовят в реакторе-смесителе 5 емкостью 40,0 литров, снабженного обогревательной рубашкой и якорной мешалкой, изображенной на фиг. 2.
Приготовление раствора фторполимера начинают с подачи примерно 2/3 расчетного количества растворителя в реактор 5 из мерника 1. Затем включают мешалку и загружают расчетное количество фторполимера, равномерно в течение около 25±5 мин. После завершения загрузки фторполимера из мерника 1 в реактор 5 подают остаток растворителя. Затем включают нагрев теплоносителя в рубашке реактора 5 и его содержимое нагревают до 45±5oC. Перемешивание продолжают в течение 1 часа. По прошествии этого времени включают обогрев сетевых трубопроводов, соединяющих оборудование 4-5, 5-9, 9-12, 12-15. Открывают кран 7 (при этом краны 8, 10 и 11 остаются закрытыми) и включают шестеренчатый насос 6. Перемешивание содержимого реактора 5 при работающей мешалке и включенном циркуляционном контуре продолжают в течение около 3,0 часов. И таким образом общее время растворения фторполимера составляет около 4,0 часов.
Примерно за 1,0 час до завершения растворения фторполимера включают нагрев теплоносителя в рубашке реактора-смесителя 4 и осадительную смесь, находящуюся в реакторе 4, нагревают до 45±5oC при работающей мешалке.
После завершения растворения фторполимера в реактор 5 из реактора 4 подают осадительную смесь, равномерно в течение около 1,5±0,25 часа. Затем продолжают перемешивание при температуре 45±5oC. Общее время подачи осадительной смеси и растворения фторполимера лежит в пределах от 4 до 6,0 часов.
Важно отметить, что согласно изобретению, при подаче осадительной смеси в реактор 5, в котором уже находится раствор фторполимера, разницу температур между раствором фторполимера и осадительной смеси поддерживают в значении не более 3oC. В противном случае наблюдается снижение качества производимой мембраны. Подача осадительной смеси в реактор 5 осуществляют при непрерывном перемешивании и циркуляции образуемого рабочего раствора (с помощью насоса 6).
Получаемый рабочий раствор представляет собой термодинамически нестабильную при комнатной температуре систему. Срок хранения готового рабочего раствора при температуре 45±5oC под давлением азота от 2,0 до 3,0 кПа в герметичной таре составляет около 5 суток.
Перед подачей рабочего раствора на узел формования мембраны (поз. 15, фиг. 1) желательно осуществить его фильтрацию и деаэрацию (обезвоздушивание).
Фильтрацию рабочего раствора осуществляют с помощью фильтра 9 и циркуляционного контура, в котором участвуют краны 7, 8, 10 и 11. Желательная тонкость фильтрации составляет около 1,0 мкм.
Деаэрацию рабочего раствора проводят в течение не менее 4 часов при температуре 40±5oC методом отстаивания в резервуаре-деаэраторе 12.
Отфильтрованный и деаэрированный рабочий раствор далее подают на узел формования 15, детально изображенный на фиг. 3.
Рабочий раствор фторполимера наносят на пористую подложку с помощью вращающегося наносящего валка 27 и вращающегося калибрующего валка 31, частично погруженных в ванну с рабочим раствором 29. Подложку 14 в процессе нанесения рабочего раствора перемещают с постоянной скоростью, которую выбирают в значении от 1,0 до 10,0 м/мин, по настоящему валку 14, находящемуся в контакте с подложкой. При этом необходимо следить за тем, чтобы на подложку наносился ровный слой рабочего раствора из расчета от 10 до 50 г фторполимера на 1 м2 пористой подложки.
Толщину наносимого слоя рабочего раствора регулируют по расстоянию (зазору (-δ-), устанавливаемому между наносящим валком 27 и калибрующим валком 31. Ракля 32, ножи которой плотно прижаты к поверхности калибрующего валка 31, позволяет более точно наносить на подложку требуемое количество рабочего раствора. Желательно, чтобы зазор -δ- лежал в пределах от 700 до 1200 мкм. Однако точное его значение устанавливается применительно к конкретному оборудованию.
Отношение линейных скоростей вращения наносящего валка 27 и калибрующего валка 31, а также скорость движения пористой подложки 14 также влияют на толщину наносимого слоя рабочего раствора. Линейная скорость вращения наносящего валка 27 (при его диаметре от 100 до 120 мм) должна составлять от 2,0 до 10,0 м/мин. Линейная скорость вращения калибрующего валка 31 (при его диаметре от 100 до 120 мм) должна составлять от 1,0 до 5,0 м/мин. При этом скорость подложки устанавливают в указанном выше значении от 1,0 до 10,0 м/мин.
Температуру рабочего раствора в ванне 29 в процессе его нанесения на пористую подложку поддерживают в значении от 25 до 45oC.
Затем подложку 14 с нанесенным на нее рабочим раствором перемещают в арочную трехсекционную сушилку (поз. 13, фиг. 1). Во время этого перемещения покрытие на подложке подвергают воздушной обработке, кратковременной выдержки при температуре от 18 до 25oC в течение около 0,5-1,0 минуты. За это время происходит частичное отверждение рабочего раствора, начало формирования пористой мембраны.
Далее формирующаяся мембрана поступает в сушилку 3, имеющую три секции (три зоны) сушки, в которых поддерживают нижеследующий температурный режим и влажность: в первой зоне от 45 до 55oC; во второй зоне от 55 до 65oC; в третье зоне от 90 до 100oC.
Во всех зонах поддерживают приблизительно одинаковую абсолютную влажность, равную не более 5,0 г/м3.
Согласно изобретению, в первой зоне поддерживают наиболее мягкие условия удаления (испарения) жидких компонентов рабочего раствора, вызывающие образование полимерного геля. Свойства этого геля имеют ключевое значение для формирования пористой структуры мембраны. Вторая зона - это зона синерезиса образовавшегося геля и формирования пористой структуры мембраны. В зоне III (фиг. 1) происходит окончательное удаление из рабочего раствора жидких компонентов и закрепление пористой структуры мембраны.
В таблице 2 представлены примерные технологические параметры воздуха, подаваемого в зоны сушилки 13. Однако следует заметить, что оптимальные показатели зависят от конкретного оборудования.
После выхода из сушилки 13 сформированную пористую мембрану наматывают на бобину 17.
В таблице 3 приведены конкретные примеры получения заявляемой пористой фторуглеродной мембраны, даны ее характеристики и характеристики патронного фильтра, изготовленного на основе такой мембраны в соответствии с изобретением.
Хотя здесь были описаны различные варианты осуществления изобретения, которые в настоящее время являются предпочтительными, для специалистов в этой области является понятным, что в описанные варианты могут быть внесены различные несущественные изменения и модификации, не изменяющие сути изобретения.
Приведенные примеры показывают, что заявляемое изобретение позволяет осуществить в промышленном масштабе "сухой" способ производства пористых фторуглеродных мембран, имеющих подложку, и обеспечить стабильные высокие свойства таких мембран и патронного фильтра на их основе.
Формула изобретения: 1. Пористая фторуглеродная мембрана, содержащая пористую подложку и соединенный с ней слой фторуглеродного полимера, отличающаяся тем, что пористая подложка имеет средний размер пор от 5,0 до 500,0 мкм и разницу по удельной массе в одном образце не более 7,0% и полностью пропитана растворимым в органическом растворителе сополимером, состоящим из 23 - 25 мас.% тетрафторэтилена и 75 - 77 мас.% винилиденфторида и имеющим отношение вязкости своего раствора в ацетоне, при содержании сополимера в растворе 0,01 г/см3, к вязкости ацетона, равное от 2,0 до 4,0, или подложка полностью пропитана растворимой в органическом растворителе смесью полимеров, состоящей из не менее чем 85,0 мас.% указанного сополимера и фторуглеродного полимера, выбранного из группы: поливинилиденфторид, сополимер винилиденфторида с трифторхлорэтиленом и сополимер гексафторпропилена с винилиденфторидом.
2. Способ получения пористой фторуглеродной мембраны путем растворения сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом в органическом легкокипящем растворителе при повышенной температуре, смешивания полученного раствора сополимера с осадительной смесью с образованием рабочего раствора, формования рабочего раствора в мембрану на несущей поверхности и сушки образуемой мембраны при повышенной температуре, отличающийся тем, что смешение раствора сополимера с осадительной смесью осуществляют при повышенной температуре и поддерживают разницу этих температур в значении не более 3oC, в качестве несущей поверхности используют пористый материал, который имеет средний размер пор от 5,0 до 500,0 мкм и разницу по удельной массе в одном образце не более 7,0%; формование осуществляют путем полной пропитки пористого материала нагретым до 25 - 45oC рабочим раствором сополимера, состоящего из 23 - 25 мас.% тетрафторэтилена и 75 - 77 мас.% винилиденфторида и имеющего отношение вязкости раствора сополимера в ацетоне, при содержании сополимера в растворе 0,01 г/см3, к ацетону, равное от 2,0 до 4,0, и который содержит в качестве осадительной смеси смесь спирта и деионизированной воды, кратковременной выдержки пористого материала с нанесенным рабочим раствором в условиях свободного испарения части растворителя для частичного отверждения рабочего раствора, а сушку осуществляют в не менее чем трех последовательных сушильных зонах, в которых поддерживают повышающуюся от зоны к зоне температуру.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве растворителя сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом используют кетон.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве кетона используют ацетон, который берут в количестве 60 - 70 мас.% от массы рабочего раствора, содержащего от 7,0 до 12,0 мас.% сополимера тетрафторэтилен/винилиденфторид или его смеси с другими фторполимерами.
5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве спирта используют пропиловый или изопропиловый спирт, который берут в количестве не менее 14,0 мас. % от массы рабочего раствора, содержащего не менее 5,0 мас.% деионизированной воды.
6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что растворение сополимера тетрафторэтилен/винилиденфторида проводят при 30 - 50oC.
7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пропитку пористого материала рабочим раствором осуществляют с помощью вращающихся с разной скоростью наносящего и калибрующего валков, частично погруженных в рабочий раствор, наносящих рабочий раствор на движущуюся с постоянной скоростью, равной от 1,0 до 10,0 м/мин пористую подложку.
8. Способ по пп. 2 и 7, отличающийся тем, что нанесение рабочего раствора на пористую подложку осуществляют из расчета от 10,0 до 50,0 г сополимера на 1 м2 пористой подложки.
9. Способ по п. 2, отличающийся тем, что кратковременную выдержку для частичного отверждения рабочего раствора проводят при 18 - 25oC в течение около 0,5 - 1,0 мин.
10. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в сушильных зонах поддерживают следующий температурный режим: в первой зоне от 45 до 55oC; во второй зоне от 55 до 65oC; в третьей зоне от 90 до 100oC и абсолютную влажность в каждой сушильной зоне - на уровне не более 5,0 г/м3.
11. Патронный фильтр, состоящий из защитного и опорного цилиндрических перфорированных полых корпусов, гофрированной пористой мембраны, выполненной из фторуглеродного полимера, с предфильтром и дренажом, расположенных между указанными корпусами, и герметично соединенных с корпусами торцевых крышек, по меньшей мере одна из которых имеет центральный отводящий канал, отличающийся тем, что патронный фильтр содержит мембрану, состоящую из пористой подложки, имеющую средний размер пор от 5,0 до 500,0 мкм и разницу по удельной массе в одном образце не более 7,0% и которая полностью пропитана (покрыта) растворимым в органическом растворителе сополимером, содержащим 23 - 25 мас.% тетрафторэтилена и 75 - 77 мас.% винилиденфторида и имеющим отношение вязкости своего раствора в ацетоне, при содержании сополимера в растворе 0,01 г/см3, к ацетону, равное от 2,0 до 4,0.
12. Фильтр по п. 11, отличающийся тем, что он содержит две пористые фторуглеродные мембраны, наложенные одна на другую, при этом ближняя к предфильтру мембрана имеет размер пор от 0,25 до 0,65 мкм, а вторая мембрана - от 0,15 до 0,45 мкм.
13. Фильтр по п. 12, отличающийся тем, что он содержит две пористые мембраны, наложенные одна на другую активными поверхностями в сторону предфильтра.
14. Фильтр по п. 12, отличающийся тем, что он содержит две пористые мембраны, наложенных одна на другую поверхностями, противоположными активным поверхностям.