PROCEDIMIENTO DE ENCAPSULADO PARA REDUCIR LA TORSION DE LA FIBRAS.

Un procedimiento para encapsular membranas de fibras huecas en un cabezal que comprende las etapas de:

(a) recoger una pluralidad de membranas (10) de fibras huecas juntándolas en un grupo en el que las membranas están rodeadas por un adhesivo solidificado (100) cerca de los extremos de las membranas, pero extendiéndose los extremos (12) de las membranas más allá de un primer lado del adhesivo solidificado;

(b) insertar los extremos abiertos de las membranas en un gel volátil (30) en una cubeta (18) del cabezal;

(c) colocar el líquido de fijación (14) alrededor de las membranas, vertiéndolo en el recipiente en el gel volátil, mientras que el gel volátil se mantiene en el recipiente;

(d) permitir que el líquido de fijación se solidifique de manera que el líquido de fijación solidificado,

(i) se extienda desde el adhesivo hacia los extremos abiertos de las membranas;

(ii) rodee cada membrana en un punto entre un primer lado del adhesivo y un extremo abierto de cada membrana;

(iii) se conecte herméticamente a la parte exterior de cada membrana;

(iv) no se ponga en contacto con las membranas donde las mismas salen de un segundo lado del adhesivo, y,

(v) se una a la cubeta del cabezal de tal manera que los extremos abiertos de las membranas se encuentren en comunicación de fluido con un canal de permeado en la cubeta del cabezal, y

e) eliminar el gel volátil después de que el líquido de fijación se haya solidificado;

en el que el adhesivo es insoluble en agua, es duradero en una solución de cualquier producto químico que puedan estar presente en un sustrato que se debe filtrar, y es no reactivo con el material de la membrana, en el que el adhesivo no impregna las membranas en un grado significativo, y en el que cualquier unión entre el adhesivo solidificado y las membranas es menos fuerte que todos los materiales de la membrana y cualquiera y todas las uniones entre los materiales en las membranas en cualquier momento después de que las membranas se hayan encapsulado

Procedimiento de encapsulado para reducir la torsión de las fibras.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a procedimientos de encapsulado de membranas de fibras huecas filtrantes en un cabezal y a cabezales de membranas de fibras huecas encapsuladas.

Antecedentes de la invención

Con el fin de filtrar o permear con membranas de fibras huecas, un gran número de fibras huecas delgadas deben fijarse a un cabezal de manera que cada una de sus superficies exteriores se encuentre completamente sellada al exterior del cabezal, pero sus lúmenes estén abiertos a un espacio interior en el cabezal. El espacio interior del cabezal se conecta a una fuente de aspiración o de presión para crear una presión a través de la membrana, a través de las paredes de las membranas.

En la patente norteamericana número 5.639.373, los extremos de una agrupación de fibras separadas están sumergidos en un líquido volátil, tal como una cera, hasta que el líquido volátil se solidifica a su alrededor. Un líquido de fijación, tal como una resina se vierte a continuación sobre el líquido volátil y se deja endurecer alrededor de las membranas. El líquido volátil a continuación se elimina, por ejemplo, por calentamiento o por disolución, dejando los lúmenes de las membranas abiertos al espacio anteriormente ocupado por el líquido volátil. En la patente norteamericana número 6.042.677, se utiliza un proceso similar, pero la agrupación de fibras se mantiene en un lecho de polvo que se utiliza en lugar del líquido volátil solidificado.

En la patente norteamericana número 5.922.201, un fibra hueca continua se convierte en un tejido de manera que los largos adyacentes de las fibras están separados unos de los otros y no tienen extremos abiertos. Un borde del tejido se inserta en un recipiente de resina líquida que se centrifuga o vibra cuando se está curando para fomentar el flujo en los espacios existentes entre las fibras. Después de que la resina se cure, el bloque de resina y fibra se corta para separar el tejido en largos individuales de fibras que tienen extremos abiertos. El bloque de resina es entonces pegado o unido por medio de juntas al resto del cabezal. El uso de una centrífuga y la necesidad de unir posteriormente el bloque curado de resina al resto del cabezal aumenta el costo y la complejidad del procedimiento. Además, los extremos de las fibras pueden resultar dañados cuando las fibras se cortan mientras se encuentran revestidas en la resina.

En la solicitud de patente europea número EP 0 931 582, se utiliza un tubo elástico como cabezal. Una abertura se corta en el tubo y se construye un vertedero alrededor de la abertura. Los extremos abiertos de las membranas de fibras huecas se insertan separados en una línea en la abertura, en primer lugar abriendo la abertura, y a continuación permitiendo que se cierre sobre las membranas. La resina líquida se vierte sobre los extremos de las membranas y se mantiene en su posición en el vertedero hasta que se cure. La tensión superficial impide que la resina fluya a través de la abertura en los espacios entre las fibras adyacentes, pero solamente se encapsula una única capa de fibras en cada abertura.

Sumario de la invención

Los inventores han observado diversas dificultades con el procedimiento de la patente norteamericana número 5.639.373. Una de las dificultades es que líquido volátil impregna las fibras hasta una cierta altura de impregnación. Con el fin de garantizar una buena unión a la parte exterior de las fibras, el líquido de fijación se aplica en una profundidad que supera, en una distancia requerida, la altura de impregnación del líquido volátil. Con fibras de gran diámetro, de un diámetro exterior de aproximadamente 2,0 mm, por ejemplo, la altura de impregnación es de aproximadamente 2 a 10 mm. Esto requiere que se utilice una cierta cantidad en exceso de líquido de fijación con algún incremento en el costo, pero la cantidad de líquido de fijación en exceso es manejable. Con fibras de diámetro más pequeño, por ejemplo, de diámetro exterior de aproximadamente 1,0 mm o menos, la altura de impregnación del líquido volátil puede ser de 5 a 20 mm. En particular con estas alturas de impregnación, el grosor de exceso requerido del líquido de fijación es importante e indeseable.

Otra dificultad con el procedimiento del documento norteamericano número 5.639.373 es que las fibras se organizan con una relación de separación antes de la inserción en el líquido volátil. Esto se hace debido a que el líquido volátil, cuando se solidifica, mantiene las fibras en cualquier relación existente cuando las fibras se colocaron en el líquido volátil. Aunque una capa muy profunda del líquido de fijación puede separar de manera adecuada una disposición aleatoria de las fibras fijadas en el líquido volátil solidificado, la pre separación de las fibras es la solución preferida, incluso aunque añada una etapa al proceso del documento norteamericano número 5.639.373.

Todavía otra dificultad en el proceso del documento norteamericano número 5.639.373 es que el líquido volátil a menudo es difícil de trabajar. Los líquidos volátiles solidificados que se disuelven con un solvente producen problemas de manipulación y de eliminación del solvente y limitan la elección del material de la cubeta de permeado a aquellos que no reaccionan con el solvente. Los líquidos volátiles solidificados que se deben fundir típicamente están hechos de una cera para que su temperatura de fusión sea baja. Sin embargo, las ceras reaccionan con muchos materiales de cubetas de permeado que de otra manera serían adecuados y también pueden producir reacciones leves manejables, pero indeseable, con las resinas de fijación útiles. Por estas razones, las cubetas de permeado para uso con el proceso del documento norteamericano número 5.639.373 suelen estar hechas de plástico reforzado con fibra de vidrio, que es caro.

Por último, a veces hay una dificultad para encapsular cabezales con "acoplamiento de fibras". En el acoplamiento de fibras, el líquido de fijación impregna las fibras de 1 a 2 cm antes de endurecerse y une dos (o, posiblemente, unas pocas) fibras juntas una corta distancia por encima de la parte superior del cabezal. De esta manera, un lado de la base de una fibra puede estar unido a otra fibra, mientras que el otro lado de la base de la fibra no está contenido en un líquido de fijación solidificado. Con una aireación o manipulación física intensa de las membranas (normalmente, de manera no intencionada durante el transporte o el mantenimiento o intencionadamente como parte de la eliminación de lodos) la base de la fibra se puede doblar hacia su lado no contenido. La fibra puede ser dañada si se separa libremente de la resina que la une a una fibra vecina. En particular, cuando se utilizan membranas compuestas (tales como una trenza recubierta como se describe en la patente norteamericana número 5.472.607, o una membrana de polisulfona recubierta con PVDF), la capa exterior puede adherirse a la resina, mientras que el resto de la fibra queda libre. Puesto que el recubrimiento exterior contiene típicamente los poros más pequeños, se produce un defecto en la fibra. Los inventores han observado el acoplamiento de fibras con el procedimiento de la patente norteamericana número 5.639.373, pero se cree que probablemente se presenta en todos los procedimientos de la técnica anterior. Los inventores esperan que el acoplamiento de fibras pueda ser una preocupación menor en los cabezales centrifugados, aunque en esos casos, el costo y la complejidad de la centrifugación son por sí mismos una preocupación. En resumen, los inventores han observado muchas áreas en las cuales la tecnología de encapsulado de membranas, incluyendo el proceso en la patente norteamericana número 5.639.373, puede ser mejorado.

En el documento norteamericano número US - A - 6.042.677 se desvela un procedimiento para producir un dispositivo de filtración que incluye fijar fibras en una capa adhesiva y sumergir sus extremos en un agente volátil antes del encapsulado. El documento norteamericano número US - A - 3.734.989 describe proporcionar las fibras con capas de recubrimiento flexible individuales. Por el documento JP - A - 62 144708 se conoce que una capa adhesiva flexible podría proporcionarse en la parte superior de la capa de encapsulado.

Es un objeto de la presente invención mejorar la técnica anterior.

La presente invención proporciona un procedimiento para encapsular membranas de fibras huecas en un cabezal de acuerdo con la reivindicación 1, y un cabezal de estas membranas...

1. Un procedimiento para encapsular membranas de fibras huecas en un cabezal que comprende las etapas de:

(a) recoger una pluralidad de membranas (10) de fibras huecas juntándolas en un grupo en el que las membranas están rodeadas por un adhesivo solidificado (100) cerca de los extremos de las membranas, pero extendiéndose los extremos (12) de las membranas más allá de un primer lado del adhesivo solidificado;

(b) insertar los extremos abiertos de las membranas en un gel volátil (30) en una cubeta (18) del cabezal;

(c) colocar el líquido de fijación (14) alrededor de las membranas, vertiéndolo en el recipiente en el gel volátil, mientras que el gel volátil se mantiene en el recipiente;

(d) permitir que el líquido de fijación se solidifique de manera que el líquido de fijación solidificado,

(i)        se extienda desde el adhesivo hacia los extremos abiertos de las membranas;

(ii)        rodee cada membrana en un punto entre un primer lado del adhesivo y un extremo abierto de cada membrana;

(iii)        se conecte herméticamente a la parte exterior de cada membrana;

(iv)        no se ponga en contacto con las membranas donde las mismas salen de un segundo lado del adhesivo, y,

(v)        se una a la cubeta del cabezal de tal manera que los extremos abiertos de las membranas se encuentren en comunicación de fluido con un canal de permeado en la cubeta del cabezal, y

e) eliminar el gel volátil después de que el líquido de fijación se haya solidificado;

en el que el adhesivo es insoluble en agua, es duradero en una solución de cualquier producto químico que puedan estar presente en un sustrato que se debe filtrar, y es no reactivo con el material de la membrana, en el que el adhesivo no impregna las membranas en un grado significativo, y en el que cualquier unión entre el adhesivo solidificado y las membranas es menos fuerte que todos los materiales de la membrana y cualquiera y todas las uniones entre los materiales en las membranas en cualquier momento después de que las membranas se hayan encapsulado.

2. El procedimiento de la reivindicación en el que el adhesivo es un adhesivo de aplicación en caliente.

3. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el adhesivo es un adhesivo de aplicación en caliente, hecho de una mezcla de copolímeros de etileno y de acetato de vinilo.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el adhesivo se elige para amortiguar las membranas en el punto en el que salen del adhesivo.

5. Un cabezal de un encapsulado de membranas de fibras huecas filtrantes, que comprende:

(a) una pluralidad de membranas (10) de fibras huecas, teniendo cada una de ellas al menos un extremo abierto (12) reunidas en un grupo en el que (i) las membranas están rodeadas por un adhesivo solidificado (100) cerca de los extremos de las membranas, (ii) los extremos abiertos de las membranas se extienden más allá de una primera cara del adhesivo solidificado, y (iii) una unión entre el adhesivo solidificado y las membranas es menos fuerte que todos los materiales de la membrana y que cualquier y todos las uniones entre los materiales en las membranas;

(b) el líquido de fijación solidificado (14) alrededor de las membranas se extiende desde el adhesivo solidificado hasta un punto en o cerca de los extremos abiertos de las membranas, el líquido de fijación solidificado (i) rodea cada membrana en al menos una parte de su longitud en el líquido de fijación solidificado entre el adhesivo solidificado y el extremo abierto de cada membrana, (ii) se conecta en sellado al exterior de cada membrana, (iii) no bloquea los extremos abiertos de las membranas y (iv) no se pone en contacto con las membranas en un segundo lado del adhesivo solidificado;

(c) una cubeta (18) del cabezal asegurada al líquido de fijación solidificado en una posición en la que los extremos abiertos de las membranas se encuentran en comunicación de fluido con un canal de permeado en la cubeta del cabezal,

en el que el líquido de fijación solidificado se extiende a, y se asegura directamente en, la cubeta del cabezal y separa el adhesivo solidificado de la cubeta del cabezal, en el que el adhesivo es insoluble en agua, duradero en una solución de cualquier producto químico que pueda estar presente en un sustrato que debe ser filtrado, y es no reactivo con el material de la membrana, y en el que el adhesivo no impregna las membranas en un grado significativo.

6. El cabezal de la reivindicación 5 en el que el adhesivo es un adhesivo de aplicación en caliente.

7. El cabezal de la reivindicación 6, en el que el adhesivo de aplicación en caliente está hecho de una mezcla de copolímeros de etileno y de acetato de vinilo.

8. El cabezal de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 en el que el adhesivo es elegido para amortiguar las membranas en el punto en el que salen del adhesivo.