二維膜組件的製備的製作方法

2023-07-26 16:10:56 1

專利名稱：二維膜組件的製備的製作方法
技術領域：
本發明描述二維膜組件的製備方法、可按照所述方法獲得的二維膜組件、熱交換組件的製備方法以及可按照所述方法獲得的熱交換組件。
背景技術：
許多產業應用用膜來進行(從)液體和/或氣體(中)分離(組分)的工藝。這種工藝的代表為例如微濾、超濾、反滲透、電滲析、擴散滲析、氣體分離、(乳液)滲透萃取、 膜蒸餾和滲透汽化。其它能應用膜的工藝包括膜組件中的化學(催化)反應/轉化以及通過逆向電滲析或壓滯滲透從水流的鹽度差中產生能量。這種膜工藝中的膜在結構方面(多孔/非多孔)和材料方面(有機/無機)可呈現不同。所述膜利用該膜與滲透/輸運組分間在物理和/或化學屬性方面的差異以在組分層面上完成特定的分離和輸運。當向進料(feed)中的化合物/組分施加驅動力時，發生透過膜的輸運。所述驅動力為例如(蒸汽)壓強差異、膜兩側的電勢或濃度(或活性)差異。 在很多情況下，選擇性也是非常重要的。膜組件是這樣一種裝置，其中例如由穿過膜的從膜對立兩側的一相指向另一相的特定驅動力來實現化合物之間的分離或者化學反應。這種膜組件實現了氣/液、氣/氣或液/液的傳質而不致有一相在另一相中的擴散。所述膜代表界面並可定義為兩個或更多個 (非)均相之間的選擇性滲透阻擋層。相較於常規的分散相接觸器，膜組件的一些重要優勢在於例如，在高流速時無溢流液阻、在低流速時無卸載、無乳液、不要求液體間的密度差異。這些優勢減小了設備的體積並提供了更多穿過膜的非分散接觸中的界面面積。應該注意將所述膜選擇為能有儘可能高的傳質係數。膜組件一般具有兩個以上的入口和兩個以上的出口，相比之下，例如過濾器組件僅有一個入口和一個過濾後的出口，且其中濾渣被過濾器阻攔並被留在所述過濾器組件中。用於完成這些分離的膜曾被構造為各種幾何形狀，例如二維薄片，螺旋卷繞薄片， 管狀和中空纖維。所述膜的幾何形狀通常由要實現的分離的性質和膜生產設備的局限性來決定。為了使單位體積的膜面積最大化，膜組件內通常包括大量的膜。例如，可利用諸如螺釘、螺栓、封印和/或粘合劑的裝配手段堆疊許多二維膜框架。這些裝配手段一般具有低耐化學腐蝕性。發明者面對的問題是在特定情況下，例如高溫和/或與化學製劑接觸的情況下， 常規的二維膜組件的表現不令人滿意。另一方面，可獲得顯示出更好的耐熱性和化學惰性的中空纖維膜組件。然而，這些中空纖維膜組件更加昂貴得多，具有有限的應用，且受困於中空纖維附近難於流動的特性。此外，二維膜充裕得多，因此也是更易於應用的。

發明內容
因此，本發明的目標是提供製備二維膜組件的方法，所述方法具有廣泛的可應用性並且相對廉價，所述膜組件兼具良好的化學惰性和耐高溫性。
發明者發現通過提供製備二維膜組件的方法可以達到這一目標，所述方法中灌封(potting)為注塑並且可以通過熔合來結合不同的膜框架。相應的，本發明的第一方面旨在提供一種製備二維膜組件的方法，包括 提供固態二維膜； 將灌封材料注塑成用以支撐所述膜的一個或更多個灌封框架；·(優選通過熱壓)將一個或者更多個灌封框架和所述固態二維膜裝配在一起， 由此形成膜框架； 任選地在二維膜的至少一側提供隔片(spacer)；且 以氣密的方式連接一疊所述的膜框架以形成二維膜組件，所述連接包含灌封材料的焊接。本發明的另一方面旨在提供一種製備二維膜組件的方法，包括 提供固態二維膜； 任選地在二維膜的至少一側放置隔片，並通過在所述二維膜的外圍處熱壓將所述隔片附接到所述二維膜，由此形成隔片和二維膜的子裝配； 在所述二維膜或者所述隔片和二維膜的子裝配的周圍注塑灌封，由此形成膜框架；以及 以氣密的方式連接一疊所述的膜框架以形成二維膜組件，所述連接包含通過焊接灌封材料來熔合相鄰的膜框架。通過針對所述不同的組件選擇可行的熱塑性材料，本發明的工藝有利地產生了化學穩定且適用於上至相對較高的操作溫度(如高達90°C、150°C甚至更高的溫度)的膜組件。同時，本發明允許設計在操作過程中能以更高的壓差使用的膜組件。另外，本發明使用二維膜的方式允許寬泛的材料選擇，因而允許寬泛的應用領域。更進一步講，通過使用簡單的加工步驟，所述生產成本保持低廉而生產速度可較高。另外一個優點是本發明允許根據應用來生產不同尺寸的組件，例如小尺寸的膜組件(如每個組件0. Im2-IOm2,優選為 0. 5m2-5m2)、中尺寸的膜組件(如每個組件10m2_200m2，優選為50m2_100m2)和大尺寸的膜組件(如每個組件> 200m2，優選為500m2-1000m2)，更進一步講，本發明有利地允許膜組件的生產，其中只有塑料材料與工藝流接觸。 因此，能有利地避免與液體和/或氣體的接觸所導致的對易腐蝕材料的腐蝕。因此，本發明允許生產高度耐腐蝕的膜組件，所述膜組件能應用於例如處理鹽水流和/或滷水的領域以及腐蝕扮演重要角色的其他應用。有利的是，根據本發明，由黏合劑、螺釘等的固定所造成的敏感點或薄弱點被減至最少，從而延長了膜組件的壽命。根據本發明的方法中所使用的固態二維膜的類型並不是局限的並在很大程度上取決於要使用所述二維膜組件的應用。例如，二維膜可以是多微孔的、均質的、非對稱的、充電的以及任選地經過表面處理的。還可能將一個或更多個額外的層應用於所述膜，例如用以提供力學支撐。用於二維膜的材料的實例包括氟聚合物(fluor polymer)(例如聚四氟乙烯)、 聚丙烯、聚苯醚(polyphenylene oxide)、聚碸、磺化聚醚醚酮(sulphonated poly ether ether ketone)，聚醚碸(poly ether sulphone)，離子選擇性膜(例如陽離子或陰離子滲透膜)，和所謂的雙極膜。依照本發明的方法使用的膜可以適當地包含這些材料的一種或更多種。有利地，這些材料可具有相對較高的化學和/或熱學耐受性。根據所述應用，可對所述二維膜進行適當的預處理。例如，這樣的預處理可以包括浸漬所述膜微孔，為所述膜表面加塗層，和/或蝕刻所述膜表面。例如，可以通過用疏水劑浸漬所述膜微孔來使親水的膜表面變得疏水。本發明使用的二維膜可以是多孔的或非多孔的。多孔膜具有廣泛的不同的微孔尺寸。所述二維膜的平均微孔尺寸通常小於300 μ m,例如0. 02 μ m-0. 05 μ m(尤其是對於液/ 液(組分)分離或滲透萃取)、0. 05 μ m-0. 2 μ m (尤其是對於膜蒸餾)或者100 μ m-200 μ m。 甚至可能使用平均微孔尺寸小於0. 01 μ m的二維膜，例如電化學中使用的針對離子的多孔的膜。平均的微孔尺寸可以根據ASTM(American Society of Testing Materials，美國材料實驗協會)F-316-80中所詳細說明的沸點測量法測得(Fischer et al. "Eine Methode zur Ermittlung der Porengrossenverteilung" in Messtechnik 1968,76(12))。此外，各種膜厚度都可以得以應用。正常情況下，所述膜的厚度不會超過500 μ m， 優選所述膜厚度為150μπι以下，例如ΙΟΟμπι或者更小。如果所述膜太厚，則透過所述膜的傳質將很慢並且分離的整個加工時間將增加。所述膜厚度通常將至少為10 μ m以具有足夠的力學強度。並不要求所述膜組件中的每一個二維膜都具有相同的厚度並具有相同的材料。可以將兩個或更多個不同的膜結合在一個膜組件中。例如，在電滲析中，所述膜組件可以包括陽離子膜和陰離子膜，或者所述膜組件可包括陽離子膜、陰離子膜和雙極膜。除了二維膜，任選的隔片和灌封外，所述膜組件中還可以包含其它元件。例如，可以在所述膜組件中包括一個或更多個薄片。除了塑料材料外，所述薄片還可以包含易腐蝕的材料。然而，任選的薄片的與所述工藝流相接觸的頂層由耐腐蝕的材料製成。例如，在膜蒸餾中，引入聚合物薄片用於將冷凝熱從所述餾分傳遞到所述冷進料水。然後，熱進料水被所述膜從所述餾分中分離出來，所述水蒸氣透過所述膜被傳輸。在本發明的方法的一個特殊實施例中，所述固態二維膜被具有耐腐蝕材料表面的薄片代替。所述方法於是不產生膜組件，而是產生熱交換組件。例如，所述薄片可以是塑料薄片，或者具有可為易腐蝕的中間層，但是在兩側都層壓有一種或更多種耐腐蝕的塑料材料。另外，可以在所述膜的一側或兩側(優選兩側)應用薄片以保護所述膜不致(例如在所述膜和所述隔片熱壓成型的過程中，或者因在後續階段中被應用在所述膜框架中的鬆弛的隔片刺穿而)被所述隔片損傷。優選將所述任選的薄片只應用於所述膜的外圍且由所述膜邊緣向所述膜的中央略微延伸。這樣，優選薄片具有框架或者窗的形狀，使得所述膜的中央是未被覆蓋的。在所述膜框架的裝配過程中，這給予所述膜以有效的保護。因此，當應用了所述任選的隔片時，所述裸露的膜得到了保護。 任選地，所述膜可由支撐層或者載體進行力學支撐。 根據本發明，在每兩個膜之間任選地提供至少一個隔片。這些隔片可以用於加固、 單元厚度和/或流控制。所述任選地置於所述膜的至少一側的隔片可以根據特定的應用來選擇。所述隔片確保了膜組件中不同的二維膜間無接觸且有助於進出所述膜組件中的膜的流的傳輸。本領域中已知範圍廣泛的適用於膜組件的隔片。塑料隔片可以通過擠壓和注塑來生產。更常見的塑料材料是聚乙烯，聚丙烯，滌綸，聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride),乙烯三氟氯乙烯共聚物(ethylene chlorotrifluoroethylene copolymer)禾口聚醯胺。然而，幾乎所有的塑料材料和一些彈性體(elastomer)類都是可以應用的。所述隔片可以有各種形狀。通常，所述隔片是網格或柵的形式。然而，也可使用其它形式的隔片，例如所謂的無紡物。每個膜之間使用的隔片的數目和類型可以不同。每個膜之間可使用單個隔片，但也可應用許多(類似或不同)的隔片，例如兩個、三個或四個。不要求膜組件中的隔片都具備相同的厚度和形狀，以及由相同的材料構成。在膜組件的至少一個間隔中不使用隔片是可以的。在本發明的一個實施例中，所述隔片是與所述灌封材料注塑在一起的，以便將該灌封和該隔片作為一個部件來製造。例如，可將該隔片和該灌封材料一起注塑成一個或更多個灌封框架。這個實施例有利地避免了把所述隔片固定到所述灌封或膜上的需要。每個隔片的厚度可獨立地為0. Imm或者更多。根據所述應用，每個隔片的厚度可獨立地為20mm或者更少。正常時，每個隔片將獨立地具有0. Imm-IOmm(例如0. lmm-lmm、 lmm-5mm或5mm-10mm)的範圍以內的厚度。
具體實施例方式根據本發明的第一方面，首先將灌封材料注塑到一個或更多個灌封框架內以便支撐所述膜。所述注塑工藝和所使用的灌封材料可以和上述的一樣。優選準備兩個灌封框架， 所述固態二維膜可裝配在這兩個灌封框架之間(這兩個灌封框架不必有一樣的形狀和/或尺寸)。在後續的步驟中，將所述一個或更多個注塑的灌封框架和所述固態二維膜裝配在一起以形成膜框架。如上所述，優選該膜框架包含夾在兩個灌封框架之間的(任選地由支撐層或者載體支撐的)膜。優選通過在此所述的熱壓方式來裝配該膜框架。例如，可以通過熱壓來裝配夾在兩個灌封框架中間的該固態二維膜以形成該膜框架。然而，也可以注塑一個或更多個灌封框架並使用薄片框架或窗將所述一個或更多個灌封框架和所述固態二維膜裝配在一起。如以上所解釋的，這種薄片框架或窗覆蓋了膜的外圍，但不覆蓋膜的中央。在這樣的實施例中，所述薄片框架或窗放置在所述膜的一側或雙側，然後將所述膜與一個或更多個薄片框架或窗的子裝配和所述一個或更多個灌封框架裝配在一起，例如，通過將所述子裝配放置在一個灌封框架上或放置在兩個灌封框架之間， 從而形成膜框架。再次地，優選通過熱壓進行這一裝配。可以任選地至少在所述二維膜的一側設置隔片。在一個實施例中，在製備了所述膜框架之後(即將所述一個或更多個灌封框架與所述固態二維膜裝配到一起之後)，通過將所述隔片放置在所述膜框架中來實現所述設置。在另一個優選的實施例中，通過將所述隔片與所述灌封材料一起注塑入所述一個或更多個灌封框架中(即在將所述一個或更多個灌封框架與所述固態二維膜裝配在一起之前)來實現所述設置。其中一例就是，將隔片所在的灌封框架與灌封材料通過注塑形成灌封框架，附圖
IA中顯示了灌封框架的實例，其中將所述隔片與所述灌封材料一起注塑入灌封框架中。在這個附圖中，膜2夾在注塑的灌封框架1和注塑的灌封框架3之間。這個實施例是非常有利的，因為在灌封材料和隔片材料之間不再存在界面。此外，注意到能在市面上大量購買到的隔片的選擇是有限的。然而， 通過將所述隔片材料與所述灌封材料一起注塑入灌封框架中，可根據所設想的應用來選擇各種所希望的隔片材料。使用單獨注塑的隔片也是可以的。附圖IB顯示了一個類似的實施例，其中使用薄片框架或窗5和薄片框架或窗7將膜6與灌封框架4和灌封框架8裝配在一起以形成膜框架。根據本發明的第二方面，已在所述二維膜的一側或雙側放置一個或更多個隔片， 或者已在兩個膜之間放置隔片之後，在所述二維膜的外圍處對所述隔片和所述膜進行熱壓。在本申請中使用的術語「熱壓」意思是指提供足以將所述隔片附接到所述膜上或者將所述膜附接到所述一個或更多個灌封框架上的壓力和溫度的任何涉及壓力和加熱的操作 (例如紅外輻射與按壓或超聲波焊接的結合)。在所述熱壓步驟中，所述隔片材料被壓到所述膜上，並優選地形成大體上無開口(在所述注塑步驟中成型材料可流經所述開口)的外圍。在熱壓過程中，所述二維膜通常固定在所述隔片上，從而形成隔片和二維膜的子裝配， 該子裝配可以進一步被加工。可對所述膜進行預處理(例如蝕刻、浸漬或輻照)以將所述膜更好地接合到所述隔片上。熱壓所述隔片膜組合體通常涉及100°C -200°C範圍內的溫度(當涉及諸如聚乙烯和/或聚丙烯的隔片材料時)以及2巴(Bar)-40Bar (優選5Bar-20Bar)的壓強。當涉及到諸如聚醯胺、聚偏氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯共聚物和/或聚醚醚酮的材料時，通常施加 2000C -400°C範圍內的溫度，以及2Bar-40Bar範圍內的壓強。接近所述膜的熔化溫度的溫度可能導致所述膜的損壞和/或穿孔，因此是不推薦的。要使用的精確的溫度和壓強取決於所述膜和隔片的材料。在之後的步驟中，在所述二維膜或者所述隔片和二維膜的子裝配周圍進行注塑灌封，由此形成膜框架。所述灌封可以包含各種不同的材料。然而，使用例如與注塑(例如全氟烷氧基(perfluoralkoxy)共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物和氟化乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙烯和改性聚四氟乙烯(modified polytetrafluorethylene))相容的聚丙烯、聚乙烯和 /或多氟聚合物(polyfluoropolymer)已經達到了良好的效果。注塑是一種相對廉價的技術，易於膜框架的生產，且對於大規模生產也是廉價的技術。通過將所述任選的隔片熱壓到所述膜上，在注塑前形成外圍大體上沒有開口的子裝配。這有利地允許注塑所述灌封，而不致有成型材料進入所述隔片/膜子裝配。例如，配備有切邊(pinch edge)的注塑模具則可以用來切除任何流開口。還可將隔片與所述灌封注塑為一體。在這種方式中，例如可以直接貼著所述二維膜注塑隔片，從而使得將隔片熱壓到所述二維膜上的步驟變得多餘。根據本發明的第一個方面和第二個方面，可以通過將多個膜框架一個接一個地堆疊來製備本發明的二維膜組件。每個框架可具有相同的外部尺寸。然而，根據本發明的膜組件也可以包含兩個或者更多個在諸如尺寸或化學屬性方面不同的框架。例如，所述二維膜組件中的一個或更多個膜框架可設置有隔片，而所述膜組件中的其他膜框架未設置有隔片。通過在框架上設置孔且將這些孔相互對齊，能形成諸如所述進料、排放物、滲透物、產物和/或滯留物的共同供應的通道。在優選的實施例中，所述膜框架(不一定有相同的形狀和/或尺寸)以交替鏡像方式堆疊，從而在膜的各側的流體將沿相反的方向流動。在將兩個或更多個膜框架以一個放在另一個上方的方式放置後，通過焊接(涉及熔化)灌封材料(尤其是熱焊灌封材料)的方式連接所述堆垛。不同膜框架之間的連接應該是氣密的。例如，連接可以是線焊接，相應地在所述框架之間設置金屬線。一旦(通過臨時性地在所述線中通電流)加熱所述線，不同膜框架的灌封材料就熔化而所述膜框架就能互相連接起來(優選在把所述框架按壓到一起的時候)。冷卻後，所述灌封材料固化，由此將不同的膜框架連接起來。也可以通過熱壓焊接一次連接兩個框架。這種壓力焊可以在所述膜框架的十分具體的位置進行，因而允許精確的連接。此外，可以通過下述方式來連接不同的膜框架利用紅外輻射熔化灌封材料，然後可將上述膜框架向彼此按壓。同樣，超聲波焊接、鏡焊(mirror welding)和類似的方法都可以使用。涉及熔化所述灌封材料的不同連接技術的組合使用也是可以的。根據本發明，優選所述任選的隔片和所述灌封的材料具有相似的熔點。優選所述膜材料的熔點等於或超過所述任選的隔片材料和所述灌封材料的熔點。這種方式下，本發明有利地允許製備諸如具有聚四氟乙烯膜和聚丙烯灌封的膜組件、具有聚丙烯膜和聚丙烯灌封的模組件、或者具有聚四氟乙烯膜和全氟烷氧基共聚物灌封的膜組件。當要將所述任選的隔片通過熱壓附接在膜上時，優選所述隔片材料和所述灌封材料的熔化溫度彼此相近。優選將差別保持在20°C的範圍內。在所述隔片與所述灌封材料注塑在一起的實施例中，所述灌封材料和所述隔片材料是一樣的。通過圖2中的示意圖進一步說明本發明的方法。圖2A中描繪了灌封框架的可能形式。所述膜框架中的孔允許諸如進料、排放物、滲透物、產物和/或滯留物的供應。如圖 2B所示，以交替鏡像方式連接一疊膜框架產生了有利的逆流(counter-current)設計。如圖2C所示，用於供應諸如進料、排放物、滲透物和/或滯留物的空間(housing)和所述膜框架上設置的孔允許將所述膜系統簡單連接到其它的設備。有利地，產生的二維膜組件並不需要任何0型圈、螺釘、螺栓、粘合劑、或者其他附加的部件來將不同的膜框架組合為膜組件。這是非常有利的，因為這樣的附加的部件通常會成為最終的膜組件過早滲漏的薄弱點或潛在原因。因此，在另一方面中，本發明旨在提供能通過根據本發明的工藝獲得的二維膜組件。在優選的實施例中，本發明的膜組件不需要0型圈、螺釘、螺栓以及粘合劑。通過根據本發明的工藝獲得的二維膜組件可以使用常規技術包封在外部框架中。該外部框架提高了所述膜組件的機械性能並能例如在操作過程中協助吸收壓力。在一個實施例中，本發明的膜組件由塑料材料構成，即所述組件內與工藝流(液體和/或氣體)相接觸的所有部件和材料都不包含易腐蝕的材料，如金屬。這樣的膜組件是高度抗腐蝕的。本發明的膜組件可被應用於廣泛的各種應用中。所述膜組件可以用於液/液系統、氣/氣系統以及液/氣系統的膜工藝。一些應用的例子包括從廢水中提取有機相/組分、氣體吸附和膜蒸餾。應用的尺寸可以從大尺寸(膜面積大約為100000m2-500000m2或者更大)到中等尺寸(膜面積大約為100m2-10000m2)和膜面積大約為0. Im2-IOm2的小尺寸安裝(對於例如應用分散的情況)。所述膜組件(根據所使用的材料)可以用於高達80°C、120°C、15(rC甚至更高的操作溫度。正常地講，所述膜組件的操作溫度不會低於5°C。另外，由於所述膜組件中不同膜框架之間的高質量焊接連接而可以承受較大的壓差。這是重要的，因為在操作中，所述膜組件的具體位置的壓差可以達到諸如lBar-2Bar的值。正常情況下，該壓差不會超過4Bar，優選所述壓差為3Bar或更小。
現在，將通過下面的例子來說明本發明。例 1通過注塑製備聚丙烯灌封框架。該被注塑的灌封框架具有直接注塑在所述框架內的整合的隔片結構。第二個灌封框架與第一個框架類似地被注塑。在兩個注塑的灌封框架之間放置PTFE^olytetrafluorethylene，聚四氟乙烯) 膜片。通過在165°C的溫度和IOBar下，通過在待使用的膜表面的邊緣上熱壓所述PTFE 膜片和所述注塑的灌封框架來製備子裝配(膜框架)。將傳導線(直徑為Imm的金屬線)繞所述流袋(flow pocket)以及第一個膜框架的外圍放置。將第二個膜框架置於第一個膜框架的上面以便在各膜的兩側產生逆流流 (counter-current-flow) 0利用範圍在30V和8A的電流將傳導線加熱足夠長的期間以使所述薄膜架的聚丙烯局部地熔化。當所述聚丙烯熔化的時候，停止所述電流並將所述兩個膜框架按壓在一起直到所述聚丙烯冷卻到100°C以下。可以通過用上述的方法將更多的膜框架以一個放在另一個上面的方式來放置以產生更大的膜面積。 為了完成所述膜裝置，在一側放置具有針對於第一流的進口和出口的端板並在另一端放置具有針對於第二流的進口和出口的端板。兩個端板都焊接有傳導線(如上所述)。例 2在PTFE膜片的外圍對兩個聚丙烯框架(典型厚度0. 5mm)進行雙側熱壓。將具有所述兩個熱壓的框架的該膜放置在用於注塑不帶有隔片的膜框架的模具裡。通過注塑所述聚丙烯膜框架，所述注塑的聚丙烯熔化所述熱壓的框架(以所述注塑的聚丙烯與所述熱壓的框架二者熔化在一起的方式)。利用這種方式形成膜框架。在所述膜框架上放置單獨的注塑的隔片或者市售的隔片。將傳導線(直徑為Imm的金屬線)繞所述流袋以及第一個膜框架的外圍放置。將第二個膜框架置於第一個膜框架的上面以便在各膜的兩側產生逆流流。利用範圍在30V和8A的電流將傳導線加熱足夠長的期間以使所述膜框架的聚丙烯局部地熔化。當所述聚丙烯熔化的時候停止所述電流並將所述兩個膜框架按壓在一起直到所述聚丙烯冷卻到100°C以下為止。可以通過用上述的方法將更多的膜框架以一個放在另一個上面的方式來放置以產生更大的膜面積。為了完成所述膜裝置，在一側放置具有針對於第一流的進口和出口的端板並在另外一端放置具有針對於第二流的進口和出口的端板。兩個端板都焊接有傳導線(如上所述)O
權利要求
1.一種製備二維膜組件的方法，包括 提供固態的二維膜；將灌封材料注塑成用以支撐所述二維膜的一個或更多個灌封框架； 將所述一個或更多個灌封框架與所述固態的二維膜裝配在一起以形成膜框架，所述裝配優選通過熱壓進行；任選地在所述二維膜的至少一側提供隔片；以及以氣密的方式連接一疊所述的膜框架以形成二維膜組件，所述連接包含焊接灌封材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述的隔片是和所述灌封材料一起注塑入所述的灌封框架。
3.根據權利要求1所述的方法，其中在將所述一個或更多個灌封框架與所述固態的二維膜裝配在一起之後，將所述的隔片放置於所述的膜框架內。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中將所述一個或更多個灌封框架與所述固態的二維膜裝配在一起包含使用薄片框架或窗，其中所述薄片框架或窗優選覆蓋所述膜的外圍而不覆蓋所述膜的中央。
5.一種製備熱交換組件的方法，包括 提供具有耐腐蝕材料表面的薄片；將灌封材料注塑到所述薄片的支架內；將所述支架與所述薄片裝配在一起以形成框架，所述裝配優選通過熱壓進行； 任選地在所述薄片的至少一側提供隔片；以及以氣密的方式連接一疊所述的框架以形成熱交換組件，所述連接包含焊接灌封材料。
6.一種製備二維膜組件的方法，包括提供固態的二維膜；任選地在所述二維膜的至少一側放置隔片並通過在所述二維膜的外圍處熱壓將所述隔片附接到所述二維膜上，以形成隔片和二維膜的子裝配；在所述二維膜或所述隔片和二維膜的子裝配的周圍注塑灌封，以形成膜框架；以及以氣密的方式連接一疊所述的膜框架以形成二維膜組件，所述連接包含焊接灌封材料。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述附接使得隨後所述隔片和二維膜的子裝配的外圍大體上沒有開口，成型材料可在所述注塑步驟中流經所述開口。
8.根據權利要求1至4或6至7中任一項所述的方法，其中所述的二維膜經歷包括浸漬、加塗層和/或蝕刻在內的預處理。
9.根據權利要求1至4或6至8中任一項所述的方法，其中所述膜材料的熔點等於或高於所述灌封材料和所述任選的隔片材料的熔點。
10.根據權利要求1至4或6至9中任一項所述的方法，其中所述固態的二維膜是多孔的，且具有0. 01 μ m-300 μ m範圍內的平均微孔尺寸，所述平均微孔尺寸例如在 0. 02 μ m-o. 05 μ m的範圍內、在0. 1 μ m_0. 2 μ m的範圍內或在100 μ m-200 μ m的範圍內，或者其中所述固態的二維膜是非多孔的。
11.一種製備熱交換組件的方法，包括提供具有耐腐蝕材料表面的薄片；任選地在所述薄片的至少一側提供隔片並通過在所述薄片的外圍處熱壓將所述隔片附接到所述薄片上，以形成隔片和薄片的子裝配；在所述薄片或在所述隔片和薄片的子裝配的周圍注塑灌封，以形成框架；以及以氣密的方式連接一疊所述的框架以形成熱交換組件，所述連接包含焊接灌封材料。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的方法，其中所述熱壓包含施加100°C-400°C 的溫度和2巴(bar)-40巴的壓強。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的方法，其中所述灌封材料包括注塑相容的塑料和/或注塑相容的氟聚合物，所述注塑相容的塑料例如聚烯烴。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的方法，其中所述焊接包括線焊接、紅外線焊接、超聲波焊接、鏡焊和/或壓焊。
15.可根據權利要求1至4、6至10或12至14中任一項所述的方法獲得的二維膜組件。
16.根據權利要求15所述的二維膜組件，其中所述膜組件在與任何工藝氣體和/或液體接觸時不使用0型圈、螺釘、螺栓和粘合劑。
17.可根據權利要求5或11至14中任一項所述的方法獲得的熱交換組件。
18.根據權利要求17所述的熱交換組件，其中所述熱交換組件在與任何工藝氣體和/ 或液體接觸時不使用0型圈、螺釘、螺栓和粘合劑。
全文摘要
本發明描述了製備二維膜組件的方法、按照所述的方法可獲得的二維膜組件、製備熱交換組件的方法以及按照所述方法可獲得的熱交換組件。一方面，本發明的方法包括提供固態的二維膜；將灌封材料注塑成用以支撐所述二維膜的一個或更多個灌封框架；將所述一個或更多個灌封框架與所述固態的二維膜裝配在一起以形成膜框架，所述裝配優選通過熱壓進行；任選地在所述二維膜的至少一側提供隔片；以及以氣密的方式連接一疊所述的膜框架以形成二維膜組件，所述連接包含焊接灌封材料。
文檔編號B29C45/14GK102548727SQ201080046738
公開日2012年7月4日 申請日期2010年8月13日 優先權日2009年8月14日
發明者簡·布林, 約蘭達·凡·麥蒂沃特, 莉奧娜杜斯·安託尼斯·瑪利亞·布勞爾斯 申請人:荷蘭應用自然科學研究組織Tno