RU2800485C2 - Method for additive manufacturing of inorganic filtration substrate from heat-melting composition and obtained membrane - Google Patents
Method for additive manufacturing of inorganic filtration substrate from heat-melting composition and obtained membrane Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800485C2 RU2800485C2 RU2021118339A RU2021118339A RU2800485C2 RU 2800485 C2 RU2800485 C2 RU 2800485C2 RU 2021118339 A RU2021118339 A RU 2021118339A RU 2021118339 A RU2021118339 A RU 2021118339A RU 2800485 C2 RU2800485 C2 RU 2800485C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inorganic
- raw
- porous
- substrate
- dimensional structure
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 title description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 67
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 24
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 7
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 claims description 7
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 5
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 5
- -1 and in particular Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 4
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу изготовления пористой монолитной неорганической подложки, которую можно, в частности, использовать в фильтрационной мембране, в частности, в мембране для тангенциальной фильтрации. В частности, пористую подложку получают при помощи метода, осуществляемого путем добавления материала.The present invention relates to a process for the manufacture of a porous monolithic inorganic support which can be used in particular in a filtration membrane, in particular in a tangential filtration membrane. In particular, a porous substrate is obtained by a method carried out by adding a material.
Фильтрационная мембрана представляет собой селективный барьер и обеспечивает под действием силы перекачки пропускание или задержание некоторых компонентов обрабатываемой среды. Пропускание или задержание компонентов может зависеть от их размера по отношению к размеру пор мембраны, которая ведет себя как фильтр. В зависимости от размера пор эти технологии называются микрофильтрацией, ультрафильтрацией или нанофильтрацией.The filtration membrane is a selective barrier and provides, under the action of the pumping force, the passage or retention of some components of the treated medium. The passage or retention of components may depend on their size relative to the pore size of the membrane that behaves like a filter. Depending on the pore size, these technologies are called microfiltration, ultrafiltration or nanofiltration.
Мембрана образована пористой подложкой, на которую наносят один или несколько разделительных слоев. Классически, подложку сначала изготавливают посредством экструзии. Затем подложку подвергают спеканию, чтобы получить требуемую твердость, одновременно сохраняя открытую и взаимосвязанную пористую текстуру. Этот способ требует получения прямолинейных каналов, внутри которых затем наносят и спекают разделительный слой или разделительные слои. Выполненная таким образом мембрана проходит как минимум через две операции спекания. Органические связующие, добавляемые во время приготовления пасты перед ее экструзией, полностью сгорают во время спекания подложки.The membrane is formed by a porous substrate on which one or more separating layers are applied. Classically, the substrate is first made by extrusion. The substrate is then sintered to obtain the required hardness while maintaining an open and interconnected porous texture. This method requires the production of straight channels, within which a separating layer or separating layers is then deposited and sintered. The membrane thus made goes through at least two sintering steps. Organic binders added during the preparation of the paste prior to its extrusion burn out completely during the sintering of the substrate.
В заявке FR 3 006 606 заявитель описал изготовление фильтрационной мембраны, пористую подложку которой получают при помощи аддитивной технологии с поэтапным нанесением сплошных слоев порошка и с последующим локальным уплотнением в соответствии с заранее определенным рисунком. Эта технология позволяет получать фильтрационные мембраны достаточной механической прочности, предназначенные для использования при тангенциальной фильтрации. Однако недостатком этой технологии является необходимость корректировать текучесть порошка для обеспечения его идеального потока во время нанесения слоя порошка. Кроме того, эта технология требует удаления не уплотнившегося порошка в том числе с целью его возможного повторного использования, что может оказаться сложным, длительным и дорогим процессом, в частности, когда этот не уплотнившийся порошок присутствует в непрямолинейных каналах пористой подложки.In FR 3 006 606, the Applicant has described the manufacture of a filtration membrane whose porous support is obtained by additive technology with the gradual application of continuous layers of powder and subsequent local compaction in accordance with a predetermined pattern. This technology makes it possible to obtain filtration membranes of sufficient mechanical strength for use in tangential filtration. However, the disadvantage of this technology is the need to correct the fluidity of the powder to ensure its ideal flow during the application of the powder layer. In addition, this technology requires the removal of non-compacted powder, including for the purpose of its possible reuse, which can be a complex, time-consuming and expensive process, in particular, when this non-compacted powder is present in the non-straight channels of the porous substrate.
В рамках настоящего изобретения предложен новый способ получения пористой подложки, который не имеет недостатков решений из уровня техники и который, в частности, является быстрым, легким в осуществлении, позволяет получать механически прочную пористую подложку, форму которой и, в частности, форму непрямолинейных каналов можно легко менять. Для этого в рамках способа применяют технологию 3D-печати, позволяющую получать поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру, после чего следует этап спекания. Полученная пористая подложка является однородной, механически прочной и имеет пористость, соответствующую применению для фильтрации, то есть пористость, составляющую от 10 до 60%, которая является открытой и взаимосвязанной, при этом средний диаметр пор составляет от 0,5 мкм до 50 мкм.In the framework of the present invention, a new method for obtaining a porous substrate is proposed, which does not have the disadvantages of solutions from the prior art and which, in particular, is fast, easy to implement, makes it possible to obtain a mechanically strong porous substrate, the shape of which, and in particular the shape of non-rectilinear channels, can be easy to change. To do this, the method uses 3D printing technology to produce a manipulable raw three-dimensional structure, followed by a sintering step. The resulting porous substrate is homogeneous, mechanically strong and has a porosity corresponding to the filtration application, that is, a porosity of 10 to 60%, which is open and interconnected, with an average pore diameter of 0.5 µm to 50 µm.
Способ по изобретению позволяет также получать монолитную пористую подложку большого размера (то есть высотой более 1 м) и, в частности, большего размера, чем подложка, получаемая посредством аддитивной технологии с нанесением сплошного слоя порошка и последующим локальным уплотнением при помощи машин, присутствующих в настоящее время на рынке, в частности, технологии, описанной в заявке FR 3 006 606.The method according to the invention also makes it possible to obtain a monolithic porous substrate of a large size (i.e., a height of more than 1 m) and, in particular, a larger size than the substrate obtained by additive technology with the application of a continuous layer of powder and subsequent local compaction using the machines present in the present. time on the market, in particular the technology described in application FR 3 006 606.
Кроме того, способ по изобретению обеспечивает получение подложки с наклоном без необходимости применения средств поддержки.In addition, the method according to the invention provides a substrate with an inclination without the need for support means.
В этом контексте объектом изобретения является способ изготовления по меньшей мере одной пористой монолитной неорганической подложки, имеющей пористость, составляющую от 10% до 60%, и средний диаметр пор в диапазоне от 0,5 мкм до 50 мкм, с использованием машины для 3D-печати, включающей по меньшей мере одну экструзионную головку, установленную с возможностью перемещения в пространстве относительно неподвижной горизонтальной площадки и над ней, при этом указанная машина для 3D-печати обеспечивает нанесение полосы неорганической композиции для построения (на основании цифровой 3D-модели) поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры, предназначенной для формирования монолитной пористой неорганической подложки или монолитных пористых неорганических подложек, при этом способ состоит из следующих стадий:In this context, the subject of the invention is a method for manufacturing at least one porous monolithic inorganic substrate having a porosity of 10% to 60% and an average pore diameter in the range of 0.5 µm to 50 µm using a 3D printing machine. , including at least one extrusion head mounted for movement in space relative to a fixed horizontal platform and above it, while the specified machine for 3D printing provides a strip of inorganic composition to build (based on a digital 3D model) a manipulable raw three-dimensional a structure intended to form a monolithic porous inorganic substrate or monolithic porous inorganic substrates, the method consisting of the following steps:
- готовят неорганическую композицию, содержащую первую порошкообразную твердую неорганическую фазу в виде частиц со средним диаметром, составляющим от 0,1 мкм до 150 мкм, и вторую фазу в виде матрицы, содержащую по меньшей мере один термоплавкий полимер,- preparing an inorganic composition containing a first powdered solid inorganic phase in the form of particles with an average diameter of 0.1 μm to 150 μm, and a second phase in the form of a matrix containing at least one thermofusible polymer,
- неорганическую композицию подают в экструзионную головку машины 3D-печати, при этом указанная экструзионная головка находится при температуре, обеспечивающей экструзию неорганической композиции, для формирования полосы,- the inorganic composition is fed into the extrusion head of the 3D printing machine, while the specified extrusion head is at a temperature that ensures the extrusion of the inorganic composition, to form a strip,
- при помощи указанной полосы на указанной горизонтальной площадке выстраивают поддающуюся манипуляциям черновую трехмерную структуру, соответствующую цифровой 3D-модели,- with the help of the specified strip on the specified horizontal platform, a rough three-dimensional structure that can be manipulated is built corresponding to the digital 3D model,
- эту поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру помещают в печь для термической обработки с целью осуществления операции спекания при температуре, составляющей от 0,5 до 1-кратной температуры плавления по меньшей мере одного материала, образующего данную порошкообразную твердую неорганическую фазу.- this manipulable raw three-dimensional structure is placed in a heat treatment furnace for the purpose of performing a sintering operation at a temperature of from 0.5 to 1 times the melting temperature of at least one material forming this powdery solid inorganic phase.
В рамках изобретения пористую монолитную неорганическую подложку можно, в частности, использовать в качестве подложки фильтрационной мембраны и, в частности, в качестве подложки мембраны для тангенциальной фильтрации.Within the scope of the invention, the porous monolithic inorganic support can in particular be used as a support for a filtration membrane and in particular as a support for a tangential filtration membrane.
Заявленный способ имеет одну и/или другую из следующих дополнительных характеристик:The claimed method has one and/or other of the following additional characteristics:
- уплотнение поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры ускоряют по мере экструзии указанной полосы при помощи устройства уплотнения;compaction of the manipulated crude three-dimensional structure is accelerated as said strip is extruded by means of a compaction device;
- устройство уплотнения является устройством контролируемого охлаждения, обеспечивающим отверждение по меньшей мере одного термоплавкого полимера, содержащегося в матрице;the sealing device is a controlled cooling device for curing at least one thermofusible polymer contained in the matrix;
- поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру выполняют с наклоном без применения средств поддержки;- a manipulable crude three-dimensional structure is performed with an inclination without the use of support means;
- порошкообразная твердая неорганическая фаза содержит один или несколько оксидов и/или карбидов и/или нитридов и/или металлов, предпочтительно выбираемых из оксида титана, оксида алюминия, оксида циркония, оксида магния, карбида кремния, титана и нержавеющей стали, и, в частности, оксид титана;- the powdery solid inorganic phase contains one or more oxides and/or carbides and/or nitrides and/or metals, preferably selected from titanium oxide, alumina, zirconium oxide, magnesium oxide, silicon carbide, titanium and stainless steel, and in particular , titanium oxide;
- реологию неорганической композиции регулируют по меньшей мере по одной из следующих характеристик: зернистость порошкообразной твердой неорганической фазы, природа и/или доля термоплавкого полимера или термоплавких полимеров, температура неорганической композиции;- the rheology of the inorganic composition is controlled by at least one of the following characteristics: the grain size of the powdered inorganic solid phase, the nature and/or proportion of the thermofusible polymer or thermofusible polymers, the temperature of the inorganic composition;
- поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру выполняют в виде нескольких отделяемых друг от друга трехмерных подструктур;- a manipulable raw three-dimensional structure is made in the form of several separable from each other three-dimensional substructures;
- поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру выполняют в виде нескольких трехмерных подструктур, соединенных и скрепленных друг с другом при помощи по меньшей мере одного разрушаемого мостика, выполненного при помощи полосы неорганической композиции;- a manipulable raw three-dimensional structure is made in the form of several three-dimensional substructures connected and fastened to each other by means of at least one destructible bridge made with a strip of inorganic composition;
- несколько соединенных друг с другом экструзионных головок перемещают для одновременного выполнения нескольких независимых трехмерных структур, каждую из которых создает одна экструзионная головка;- several extrusion heads connected to each other are moved to simultaneously perform several independent three-dimensional structures, each of which is created by one extrusion head;
- неорганическую композицию применяют в виде нити или в виде гранул.- the inorganic composition is used in the form of a thread or in the form of granules.
Объектом изобретения является также пористая монолитная неорганическая подложка, которую можно получить при помощи заявленного способа.The object of the invention is also a porous monolithic inorganic substrate, which can be obtained using the claimed method.
Объектом изобретения является также способ получения мембраны для тангенциальной фильтрации, включающий в себя получение в соответствии с изобретением пористой монолитной неорганической подложки, в которой выполняют по меньшей мере один канал для циркуляции обрабатываемой текучей среды, поле чего следует этап создания одного или нескольких разделительных слоев. Наконец, объектом изобретения является мембрана для тангенциальной фильтрации, которая может быть получена при помощи такого способа.The subject of the invention is also a method for producing a membrane for tangential filtration, which includes obtaining, in accordance with the invention, a porous monolithic inorganic substrate in which at least one channel is made for circulation of the treated fluid, followed by the step of creating one or more separating layers. Finally, the subject of the invention is a tangential filtration membrane, which can be obtained using such a method.
Другие различные характеристики будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых в качестве неограничивающих примеров представлены варианты выполнения изобретения.Other various characteristics will be more apparent from the following description with reference to the accompanying drawings, which, as non-limiting examples, show embodiments of the invention.
Фиг. 1 - схема, иллюстрирующая машину 3D-печати, используемую в рамках изобретения.Fig. 1 is a diagram illustrating a 3D printing machine used in the context of the invention.
Фиг. 2 - вид в разрезе, иллюстрирующий нанесение полосы неорганической композиции на горизонтальную площадку.Fig. 2 is a sectional view illustrating the application of a strip of inorganic composition to a horizontal platform.
Фиг. 3 - вид в перспективе, иллюстрирующий нанесение первой полосы на горизонтальную площадку.Fig. 3 is a perspective view illustrating the application of the first strip on a horizontal platform.
Фиг. 4 - вид в разрезе, иллюстрирующий нанесение полосы неорганической композиции на первый пласт неорганической композиции.Fig. 4 is a sectional view illustrating the application of a strip of inorganic composition to a first layer of inorganic composition.
Фиг. 5 - вид в разрезе по оси АА фиг. 4.Fig. 5 is a sectional view along axis AA of FIG. 4.
Фиг. 6 - схематичный вид в перспективе двух пластов, каждый из которых состоит из расположенных рядом полос, нанесенных под углом 90° от одного слоя к другому, при этом полосы первого пласта являются сплошными, а полосы второго пласта являются прерывистыми для получения прямоугольной выемки.Fig. 6 is a schematic perspective view of two layers, each of which consists of adjacent strips, applied at an angle of 90° from one layer to another, with the strips of the first layer being continuous and the stripes of the second layer being discontinuous to obtain a rectangular cut.
Фиг. 7 - вид в разрезе сырой структуры не по изобретению, в которой наблюдается явление оседания.Fig. 7 is a sectional view of a crude structure not according to the invention, in which the phenomenon of settling is observed.
Фиг. 8 - вид в разрезе сырой структуры в соответствии с изобретением, в которой не наблюдается никакого явления оседания.Fig. 8 is a sectional view of a crude structure according to the invention in which no settling phenomenon is observed.
Фиг. 9 - вид в разрезе, иллюстрирующий нанесение полосы неорганической композиции при помощи экструзионной головки, включающей в себя конвекционное устройство уплотнения.Fig. 9 is a sectional view illustrating the application of a strip of inorganic composition with an extrusion die including a convection sealing device.
Фиг. 10А и 10В - виды в разрезе по оси А фиг. 8 экструзионной головки с конической кольцевой щелью (фиг. 10А) или с наклонными отверстиями (фиг. 10В).Fig. 10A and 10B are sectional views along axis A of FIG. 8 extrusion die with a conical annular slot (FIG. 10A) or with oblique holes (FIG. 10B).
Фиг. 11 - вид в разрезе, иллюстрирующий нанесение полосы неорганической композиции при помощи экструзионной головки, связанной с излучающим устройством уплотнения.Fig. 11 is a sectional view illustrating the deposition of a strip of inorganic composition by means of an extrusion head associated with a radiant densifier.
Фиг. 12А - вид в разрезе, иллюстрирующий вариант выполнения, при котором трехмерная структура имеет наклон без средств поддержки.Fig. 12A is a sectional view illustrating an embodiment in which the three-dimensional structure is tilted without support means.
Фиг. 12В - вид в разрезе, иллюстрирующий вариант выполнения, при котором трехмерная структура имеет наклон без средств поддержки и в котором каждый пласт образован несколькими расположенными рядом полосами.Fig. 12B is a sectional view illustrating an embodiment in which the three-dimensional structure is sloped without support means, and in which each layer is formed by a plurality of adjacent strips.
Фиг. 13 - вид в разрезе, иллюстрирующий не относящийся к изобретению вариант выполнения, при котором трехмерная структура имеет наклон с поддержкой.Fig. 13 is a sectional view illustrating a non-inventive embodiment in which the three-dimensional structure is tilted with support.
Фиг. 14 - вид в перспективе поддающейся манипуляциям сырой структуры в ходе ее создания в соответствии с изобретением.Fig. 14 is a perspective view of a manipulable raw structure in the course of its creation in accordance with the invention.
Фиг. 15 - вид в перспективе пористой монолитной неорганической подложки в соответствии с изобретением.Fig. 15 is a perspective view of a porous monolithic inorganic support in accordance with the invention.
(Фиг. 16А-16В). Фиг. 16А - вид в разрезе пористой монолитной неорганической подложки, содержащей прямолинейный центральный канал и семь спиралевидных каналов, выполненных вокруг указанного центрального канала. Фиг. 16В - вид в перспективе каналов подложки, показанной на фиг. 16А, а именно центрального канала и семи спиралевидных периферических каналов, показанных на фиг. 16А.(Fig. 16A-16B). Fig. 16A is a sectional view of a porous monolithic inorganic substrate containing a rectilinear central channel and seven helical channels formed around said central channel. Fig. 16B is a perspective view of the channels of the substrate shown in FIG. 16A, namely the central channel and the seven helical peripheral channels shown in FIG. 16A.
Фиг. 17 - вид в перспективе двух формируемых параллельно отдельных поддающихся манипуляциям сырых трехмерных структур.Fig. 17 is a perspective view of two separate, manipulable raw 3D structures formed in parallel.
Фиг. 18 - вид в перспективе поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры, состоящей из двух отделяемых друг от друга трехмерных подструктур, соединенных разрушаемыми мостиками.Fig. 18 is a perspective view of a manipulable raw 3D structure consisting of two separable 3D substructures connected by destructible bridges.
Фиг. 19 - вид в перспективе поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры в виде трех отделяемых друг от друга трехмерных подструктур, соединенных разрушаемыми мостиками.Fig. 19 is a perspective view of a manipulable raw 3D structure in the form of three separable 3D substructures connected by breakable bridges.
Изобретение относится к получению пористой монолитной неорганической подложки 1, а также к фильтрационной мембране, содержащей заявленную пористую монолитную неорганическую подложку 1 с каналами, на стенки которых нанесен один или несколько разделительных слоев.The invention relates to the production of a porous monolithic
В рамках изобретения предусмотрено изготовление пористых монолитных неорганических подложек мембран для фильтрации текучих сред и, в частности, для мембран для тангенциальной фильтрации. Такие пористые подложки обычно имеют трубчатую геометрию и содержат по меньшей мере один канал или путь циркуляции фильтруемой текучей среды. Эти циркуляционные каналы имеют вход и выход. Как правило, вход циркуляционных каналов находится на одном из концов пористой подложки, причем этот конец выполняет роль зоны входа для обрабатываемой текучей среды, а выход находится на другом конце пористой подложки, выполняющем роль зоны выхода ретентата. Зона входа и зона выхода соединены сплошной периферической зоной, в которой происходит сбор пермеата. It is within the scope of the invention to provide porous monolithic inorganic membrane supports for fluid filtration, and in particular for tangential filtration membranes. Such porous substrates typically have a tubular geometry and contain at least one channel or path for circulation of the fluid to be filtered. These circulation channels have an inlet and an outlet. As a rule, the inlet of the circulation channels is located at one end of the porous substrate, and this end acts as an inlet zone for the treated fluid, and the outlet is located at the other end of the porous substrate, which acts as the retentate outlet zone. The inlet zone and the outlet zone are connected by a continuous peripheral zone in which the permeate is collected.
В фильтрационной мембране стенки циркуляционного канала (каналов) непрерывно покрыты по меньшей мере одним разделительным слоем, который обеспечивает фильтрацию обрабатываемой текучей среды. Разделительный слой (слои) является пористым, и средний диаметр пор в нем меньше среднего диаметра пор подложки. Разделительный слой может быть нанесен непосредственно на пористую подложку (случай однослойного разделительного слоя) или на промежуточный слой с меньшим средним диаметром пор, который нанесен непосредственно на пористую подложку (случай многослойного разделительного слоя). Таким образом, часть фильтруемой текучей среды проходит через разделительный слой (слои) и пористую подложку, и эта обработанная часть текучей среды, называемая пермеатом, стекает по наружной периферической поверхности пористой подложки. Разделительные слои ограничивают поверхность фильтрационной мембраны, которая предназначена для контакта с обрабатываемой текучей средой и в контакте с которой циркулирует обрабатываемая текучая среда.In the filtration membrane, the walls of the circulation channel(s) are continuously covered with at least one separating layer, which provides filtration of the treated fluid. The separating layer(s) is porous and has an average pore diameter smaller than the average pore diameter of the substrate. The separating layer can be applied directly to the porous substrate (single layer separating layer case) or to an intermediate layer with a smaller average pore diameter which is applied directly to the porous substrate (multilayer separating layer case). Thus, a portion of the fluid being filtered passes through the separating layer(s) and the porous substrate, and this treated portion of the fluid, called permeate, flows down the outer peripheral surface of the porous substrate. The separating layers define the surface of the filtration membrane which is intended to be in contact with the fluid to be treated and in contact with which the fluid to be treated is circulated.
Пористость монолитной неорганической подложки 1 является пористостью открытого типа, то есть она образует сеть пор, взаимосвязанных во всех трех измерениях, что позволяет текучей среде, фильтруемой разделительным слоем (слоями), проходить через пористую подложку и собираться на периферии. Таким образом, пермеат собирают на периферической поверхности пористой подложки.The porosity of the monolithic
Пористая монолитная неорганическая подложка 1 имеет средний диаметр пор в диапазоне от 0,5 мкм до 50 мкм. Пористость монолитной неорганической подложки 1 составляет от 10 до 60%, предпочтительно от 20 до 50%.The porous monolithic
Под средним диаметром пор следует понимать значение d50 объемного распределения, при котором 50% общего объема пор соответствуют объему пор с диаметром, меньшим этого значения d50. Объемное распределение является кривой (аналитической функцией), характеризующей частоту объемов пор в зависимости от их диаметра. Значение d50 соответствует медиане, разделяющей на две равные части площадь, находящуюся под кривой частот, полученной посредством ртутной порометрии. В частности, можно применять метод, описанный в стандарте ISO 15901-1: 2005 в части, касающейся метода измерения посредством ртутной порометрии. The mean pore diameter is to be understood as the d50 value of the volumetric distribution, in which 50% of the total pore volume corresponds to the volume of pores with a diameter smaller than this d50 value. Volumetric distribution is a curve (analytical function) that characterizes the frequency of pore volumes depending on their diameter. The d50 value corresponds to the median dividing into two equal parts the area under the frequency curve obtained by mercury porosimetry. In particular, the method described in ISO 15901-1:2005 regarding the measurement method by means of mercury porosimetry can be applied.
Пористость подложки, которая соответствует общему объему взаимосвязанных пустот (пор) в рассматриваемом материале, является физической величиной, составляющей от 0 до 1 или от 0% до 100%. Она обуславливает способность пропускания и задержания, характерную для указанного пористого тела. Чтобы материал можно было использовать при фильтрации, общая взаимосвязанная открытая пористость должна составлять не менее 10% для достаточного потока фильтрата через подложку и не более 60%, чтобы гарантировать механическую прочность соответствующей пористой подложки.The porosity of the substrate, which corresponds to the total volume of interconnected voids (pores) in the material under consideration, is a physical quantity ranging from 0 to 1 or from 0% to 100%. It determines the transmission and retention capacity characteristic of said porous body. In order for the material to be used in filtration, the total interconnected open porosity must be at least 10% for sufficient filtrate flow through the substrate and not more than 60% to guarantee the mechanical strength of the respective porous substrate.
Пористость пористого тела можно измерить, определив объем жидкости, содержащейся в указанном пористом теле, посредством взвешивания указанного материала до и после продолжительного пребывания в указанной жидкости (воде или другом растворителе). Зная соответствующие объемные массы рассматриваемого материала и используемой жидкости, определяют разность масс, преобразованную в объем, которая напрямую характеризует объем пор и, следовательно, общую открытую пористость пористого тела.The porosity of a porous body can be measured by determining the volume of liquid contained in said porous body by weighing said material before and after prolonged exposure to said liquid (water or other solvent). Knowing the respective volumetric masses of the material under consideration and the liquid used, the mass difference, converted to volume, is determined, which directly characterizes the pore volume and hence the total open porosity of the porous body.
Другие методы позволяют точно измерять общую открытую пористость пористого тела, и среди них можно указать:Other methods allow accurate measurement of the total open porosity of a porous body, and among them are:
- порометрию путем вдавливания ртути (вышеупомянутый стандарт ISO 15901-1): нагнетаемая под давлением ртуть заполняет поры, доступные при применяемых давлениях, и объем вдавленной ртути соответствует объему пор,- porosimetry by mercury intrusion (the aforementioned standard ISO 15901-1): the mercury injected under pressure fills the pores accessible at the applied pressures and the volume of the injected mercury corresponds to the pore volume,
- рассеяние под малыми углами излучений: этот метод, в котором применяют либо нейтронное излучение, либо рентгеновское излучение, позволяет получить усредненные физические величины по всему образцу. Измерение состоит в анализе углового распределения рассеиваемого образцом излучения,- low-angle scattering of radiations: this method, in which either neutron radiation or X-rays are used, makes it possible to obtain averaged physical quantities over the entire sample. The measurement consists in analyzing the angular distribution of the radiation scattered by the sample,
- анализ двухмерных изображений, полученных при помощи микроскопа,- analysis of two-dimensional images obtained with a microscope,
- анализ трехмерных изображений, полученных путем рентгеновской томографии.- analysis of three-dimensional images obtained by X-ray tomography.
Пористую монолитную неорганическую подложку 1 в соответствии с изобретением получают путем спекания поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2, которую создают в соответствии с цифровой 3D-моделью М путем наложения друг на друга пластов 3i неорганической композиции 4 при помощи машины I для трехмерной печати, содержащей, в частности, горизонтальную (необязательно съемную) площадку 5, над которой располагают по меньшей мере одну экструзионную головку 6 (фиг. 1).A porous monolithic
Под «сырой трехмерной структурой» 2 следует понимать трехмерную структуру, полученную путем наложения друг на друга пластов 3i неорганической композиции 4, но еще не подвергнутую спеканию. Форму и размеры этой сырой структуры определяют пласт за пластом согласно цифровой 3D-модели М. Эту сырую трехмерную структуру 2 называют «поддающейся манипуляциям», так как она не деформируется под собственным весом и может даже иметь наклон, благодаря ускоренному уплотнению, которое придает ей стойкую во времени механическую жесткость, как будет пояснено ниже. Эту сырую трехмерную структуру 2 можно, таким образом, отделить от горизонтальной площадки 5, для перемещения ее без деформации или разрушения, в частности, чтобы затем подвергнуть ее термической обработке, необходимой для получения монолитной пористой подложки в соответствии с изобретением.Under the "raw three-dimensional structure" 2 should be understood as a three-dimensional structure obtained by superimposing layers 3 i of the
В рамках изобретения «пласт» 3i образован набором полос 7i,j, которые могут быть сплошными или прерывистыми, могут располагаться рядом друг с другом или нет и которые экструдируют с одинаковой высотой z в соответствии с цифровой 3D-моделью М, определенной заранее для указанной высоты z (где i является целым числом от 1 до n, при этом n является целым числом, обозначающим общее количество пластов, образующих поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2 в соответствии с цифровой 3D-моделью М). Для большей ясности на большинстве фигур показаны пласты, состоящие только из одной полосы. Тем не менее, в рамках изобретения часто пласт 3i состоит из нескольких расположенных рядом друг с другом сплошных или прерывистых полос 7i.j.Within the scope of the invention, the "layer" 3 i is formed by a set of strips 7 i, j , which may be continuous or discontinuous, may or may not be located next to each other and which are extruded with the same height z in accordance with a digital 3D model M determined in advance for a specified height z (where i is an integer from 1 to n, with n being an integer representing the total number of layers forming the manipulated raw 3D structure 2 according to the 3D digital model M). For clarity, most of the figures show formations consisting of only one band. However, within the scope of the invention, the formation 3 i often consists of several continuous or discontinuous strips 7 ij located next to each other.
В рамках изобретения «полоса» 7i,j соответствует ленте неорганической композиции 4, которая принимает форму на выходе из экструзионной головки 6 (где i является целым числом от 1 до n, n является целым числом, обозначающим общее количество пластов, образующих поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2, а j является целым числом, соответствующим данной полосе внутри пласта, к которому она принадлежит, при этом j составляет число от 1 до m, где m является общим количеством полос в рассматриваемом пласте).Within the scope of the invention, "strip" 7 i,j corresponds to a ribbon of
Цифровую 3D-модель М определяет программа компьютерного проектирования для построения сырой трехмерной структуры 2. Эта цифровая 3D-модель М соответствует виртуальной структуре, разделенной на последовательные пласты 3i при помощи программы-слайсера, которая позволяет, в случае необходимости, когда трехмерная структура имеет наклон, определить потребность в средствах опоры и их положение для обеспечения поддержки сырой трехмерной структуры в ходе сооружения, чтобы избежать ее оседания.A 3D digital model M is defined by a computer-aided design program for constructing a crude 3D structure 2. This 3D digital model M corresponds to a virtual structure divided into successive layers 3i by a slicer program that allows, if necessary, when the 3D structure is tilted, determine the need for support means and their position to provide support for the crude three-dimensional structure during construction in order to avoid its settling.
Экструзионная головка 6 машины I для трехмерной печати установлена на механизме перемещения (на фигурах не показан), таком как робот, который обеспечивает ее перемещение по меньшей мере по трем осям (х, у и z). Таким образом, экструзионную головку 6 можно перемещать в горизонтальной плоскости (оси х и у) и вертикально (ось z) при помощи механизма перемещения, которым управляет компьютер R любого известного типа. Этот компьютер R задает движения системе перемещения и, следовательно, экструзионной головке 6, по пути, заранее определенному в зависимости от цифровой 3D-модели М, на основании которой создают сырую трехмерную структуру 2, позволяющую изготовить пористую монолитную неорганическую подложку 1 после операции термической обработки.The
Экструзионная головка 6 содержит вход (на фигурах не показан) для неорганической композиции 4. Как показано на этих фигурах, экструзионная головка 6 содержит также калиброванное проточное отверстие 8, такое как сопло, которое может перемещаться в соответствии с указанной цифровой 3D-моделью М. Согласно заявленному способу неорганическую композицию 4, предпочтительно в форме нити или гранул, подают в экструзионную головку 6 машины через вход для питания проточного отверстия 8. Для введения неорганической композиции 4 в головку 6 через этот вход можно применить механическое воздействие.The
В рамках изобретения под «гранулой» (англ. “pellet”) понимается небольшой твердый элемент, наибольший размер которого может варьироваться от 1 мм до 1 см в зависимости от способа получения и от размерных параметров экструзионной головки. Гранула состоит из различных материалов, входящих в состав указанной термоплавкой композиции, и в пропорциях, соответствующих этой композиции. Гранулы можно получать после соответствующего предварительного смешивания различных компонентов либо посредством горячей экструзии, либо посредством прессования, либо посредством обезвоживания или, в целом, испарения жидкой фазы, которую использовали для указанного предварительного смешивания. Форма гранул может варьироваться в зависимости от способа их получения:In the context of the invention, "pellet" is understood to mean a small solid element, the largest size of which can vary from 1 mm to 1 cm, depending on the method of production and on the dimensional parameters of the extrusion head. The granule consists of various materials that are part of the specified hot melt composition, and in proportions corresponding to this composition. Granules can be obtained after an appropriate pre-mixing of the various components, either by hot extrusion or by pressing, or by dehydration or, in general, evaporation of the liquid phase that was used for said pre-mixing. The shape of the granules may vary depending on the method of their preparation:
- мелкие цилиндры в случае горячей экструзии,- small cylinders in case of hot extrusion,
- мелкие таблетки сферической или другой формы в случае прессования,- small tablets of spherical or other shape in case of compression,
- мелкие бесформенные блоки в случае испарения жидкой фазы (измельчение сухого «осадка»).- small shapeless blocks in case of evaporation of the liquid phase (grinding dry "sludge").
В рамках изобретения под «механическим воздействием» следует понимать приложение давления при помощи любого известного средства, например такого, как поршень, насос или экструдер. Этот этап можно осуществлять обычным образом, известным специалисту в данной области, и его подробное описание опускается.For the purposes of the invention, "mechanical action" is to be understood as the application of pressure by any known means, such as, for example, a piston, a pump or an extruder. This step can be carried out in the usual manner known to a person skilled in the art, and its detailed description is omitted.
Проточное отверстие 8 располагают напротив и вблизи горизонтальной площадки 5. Проточное отверстие 8 может перемещаться вертикально (то есть вдоль оси z) и горизонтально (то есть вдоль осей х и у) по отношению к горизонтальной площадке 5, которая является неподвижной. Вертикальное и/или горизонтальное перемещение проточного отверстия 8 относительно неподвижной горизонтальной площадки 5 позволяет построить в соответствии с цифровой 3D-моделью М поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2, опирающуюся на горизонтальную площадку 5, в результате экструзии полосы 7i,j неорганической композиции 4 через проточное отверстие 8.The
Согласно представленному на фигурах варианту выполнения, экструзионная головка 6 оснащена проточным отверстием 8 круглого сечения. Когда проточное отверстие 8 имеет круглое сечение, его диаметр D предпочтительно составляет от 0,1 мм до 10 мм, предпочтительно от 0,1 мм до 1 мм и еще предпочтительнее от 0,1 мм до 0,7 мм. Вместе с тем, проточное отверстие 8 не обязательно имеет круглое сечение, и для него можно предусмотреть другую форму.According to the embodiment shown in the figures, the
Предпочтительно неорганическая композиция 4 имеет керамическую и/или металлическую природу. Неорганическая композиция 4 состоит из порошкообразной твердой неорганической фазы и из твердой матрицы при окружающей температуре. Таким образом, неорганическая композиция 4 является не порошком, а предпочтительно имеет вид нити или гранул.Preferably, the
Порошкообразная твердая неорганическая фаза неорганической композиции 4 содержит один или несколько твердых неорганических материалов, каждый в виде частиц со средним диаметром, составляющим от 0,1 мкм до 150 мкм.The powdery solid inorganic phase of the
Понятие среднего диаметра связано с понятием распределения частиц. Действительно, частицы порошка редко имеют единый или монодисперсный размер, и, следовательно, порошок характеризуется распределением размеров частиц. Средний диаметр соответствует среднему значению распределения размеров частиц. Распределение можно отобразить по-разному, например как распределение по частоте или совокупное распределение. Некоторые методы измерения показывают напрямую распределение, основанное на количестве (микроскопия) или на массе (просеивание). Средний диаметр является мерой центральной тенденции.The concept of average diameter is related to the concept of particle distribution. Indeed, powder particles rarely have a uniform or monodisperse size, and hence the powder is characterized by a particle size distribution. The average diameter corresponds to the average value of the particle size distribution. The distribution can be displayed in different ways, such as frequency distribution or cumulative distribution. Some measurement methods show directly distribution based on quantity (microscopy) or mass (sieving). The mean diameter is a measure of the central tendency.
Среди наиболее используемых центральных тенденций можно указать моду, медиану и среднее значение. Мода является значением диаметром, которое наиболее часто встречается в распределении: она соответствует максимуму кривой частоты. Медиана представляет собой значение, совокупные частоты значений выше и ниже которого равны (иными словами, количество или общий объем частиц ниже медианы и выше медианы одинаковы). Что касается среднего, то его вычисляют как (и оно определяет) точку, в которой моменты распределения уравниваются. При нормальном распределении мода, среднее и медиана совпадают, тогда как в случае ненормального распределения они различаются.Among the most used central trends are the mode, median and mean. The mode is the diameter value that occurs most frequently in the distribution: it corresponds to the maximum of the frequency curve. The median is the value where the cumulative frequencies of the values above and below are equal (in other words, the number or total volume of particles below the median and above the median are the same). As for the average, it is calculated as (and it defines) the point at which the distribution moments equalize. In a normal distribution, the mode, mean, and median are the same, while in a non-normal distribution, they are different.
Средний диаметр частиц неорганического порошка можно, в частности, измерять при помощи:The average particle diameter of the inorganic powder can, in particular, be measured using:
- дифракции лазерного света для частиц от 3 мм и примерно до 0,1 мкм,- laser light diffraction for particles from 3 mm to about 0.1 µm,
- осаждения/центрифугирования,- sedimentation/centrifugation,
- динамического рассеяния света (DLS) для частиц от 0,5 мкм до 2 нм,- dynamic light scattering (DLS) for particles from 0.5 µm to 2 nm,
- анализа изображений, полученных при помощи микроскопа,- analysis of images obtained with a microscope,
- малоуглового рассеяния рентгеновских лучей.- small-angle X-ray scattering.
Чаще всего в качестве порошкообразного(ых) неорганического(их) материала(ов) неорганическая композиция 4 содержит, индивидуально или в смеси, оксид и/или нитрид и/или карбид и/или металл. В качестве примеров оксидов, которые можно использовать в рамках изобретения, можно указать металлические оксиды и, в частности, оксид титана, оксид циркония, оксид алюминия и оксид магния, при этом наиболее предпочтительным является оксид титана. В качестве примеров карбидов можно указать металлические карбиды и, в частности, карбид кремния. В качестве примеров используемых нитридов можно указать нитрид титана, нитрид алюминия и нитрид бора. В качестве металлов, которые можно использовать для изобретения, можно указать титан и нержавеющую сталь. Согласно предпочтительному варианту выполнения неорганическая композиция 4 содержит по меньшей мере один металлический оксид в качестве порошкообразного неорганического материала, предпочтительно оксид титана.Most often, as powder(s) inorganic(s) material(s)
Матрица неорганической композиции 4 состоит из одного или нескольких термоплавких полимеров. Матрица имеет органическую природу.The
Под «термоплавким полимером» следует понимать полимер, который размягчается под действием нагрева.By "hot melt polymer" is meant a polymer that softens when subjected to heat.
В качестве примеров термоплавкого полимера, подходящих для использования в рамках изобретения, можно указать, отдельно или в смеси с матрице, следующие полимеры или семейства полимеров, необязательно функционализированные: полимолочная кислота (PLA), поливиниловый спирт (PVA), акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), полипропилен (PP), полиэтилен, полиэтилентерефталат (PET), термопластический полиуретан (TPU), полиолефины, термопластические полимеры (TPE), полимеры на основе полиолефина (TPE-O) и поликарбонат.As examples of a thermofusible polymer suitable for use within the scope of the invention, the following polymers or families of polymers, optionally functionalized, may be mentioned, alone or in admixture with a matrix: polylactic acid (PLA), polyvinyl alcohol (PVA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polypropylene (PP), polyethylene, polyethylene terephthalate (PET), thermoplastic polyurethane (TPU), polyolefins, thermoplastic polymers (TPE), polyolefin-based polymers (TPE-O) and polycarbonate.
Массовое содержание порошкообразного(ых) неорганического(их) материала(ов) в неорганической композиции 4 может составлять от 40 до 95 мас.%, предпочтительно от 70 до 90 мас.% по отношению к общей массе неорганической композиции 4.The mass content of the powdered inorganic material(s) in the
В рамках изобретения неорганическая композиция 4 имеет реологию, адаптированную с точки зрения текучести для ее экструзии через калиброванное проточное отверстие 8.Within the scope of the invention, the
В рамках изобретения неорганическую композицию 4, предпочтительно в виде нити или гранул, нагревают в экструзионной головке 6 таким образом, чтобы размягчить термоплавкий полимер или термоплавкие полимеры. Обычно нагревают только проточное отверстие 8 экструзионной головки 6, чтобы размягчить термоплавкий полимер или термоплавкие полимеры на уровне проточного отверстия 8, что позволяет произвести экструзию неорганической композиции 4. Температуру проточного отверстия 8 можно регулировать в зависимости от термоплавкого полимера или термоплавких полимеров, присутствующих в неорганической композиции 4.Within the scope of the invention, the
В рамках изобретения можно корректировать реологию неорганической композиции 4, с использованием ее температуры в экструзионной головке, и/или зернистости порошкообразной твердой неорганической фазы, и/или природы термоплавкого полимера или термоплавких полимеров, и/или соответствующих их пропорций.Within the scope of the invention it is possible to correct the rheology of the
Под «зернистостью порошкообразной твердой неорганической фазы» следует понимать размеры частиц, образующих порошкообразную твердую неорганическую фазу. Зернистость характеризуется понятием среднего диаметра, которое было описано выше.By "grain size of the powdered inorganic solid phase" is meant the dimensions of the particles forming the powdered inorganic solid phase. Graininess is characterized by the concept of average diameter, which was described above.
Как показано на фиг. 2, полоса 71,1 неорганической композиции 4 формируется в результате прохождения неорганической композиции 4 через калиброванное проточное отверстие 8 с приложением механического воздействия к неорганической композиции 4 для обеспечения давления, необходимого для экструзии неорганической композиции 4.As shown in FIG. 2, a strip 7 1.1 of the
На выходе калиброванного проточного отверстия 8 температура полосы 71,1 неорганической композиции 4 понижается (возможно, до температуры окружающей температуры), и, следовательно, ее жесткость увеличивается, что обеспечивает устойчивость сырой трехмерной структуры. Однако, с учетом геометрии указанной трехмерной структуры в ходе ее сооружения могут иметь место явления оседания. В этом случае изобретение предусматривает ускорение отверждения полосы и трехмерной структуры с использованием устройства контролируемого охлаждения, о котором будет сказано ниже.At the outlet of the calibrated
Как показано на фиг. 3, при экструзии полосы 7i,j неорганической композиции 4 через проточное отверстие 8 она ложится на горизонтальную площадку 5, образуя первый пласт 31 в соответствии с цифровой 3D-моделью М, определенной заранее программой компьютерного проектирования, за счет горизонтального перемещения проточного отверстия 8 над горизонтальной площадкой 5.As shown in FIG. 3, when the strip 7 i, j of the
Проточное отверстие 8 перемещается горизонтально и, следовательно, параллельно горизонтальной площадке 5 по пути, определенному заранее в зависимости от цифровой 3D-модели М, чтобы сформировать первый пласт 31. На этой стадии на горизонтальной площадке 5 получили только один пласт. В примере выполнения, представленном на фиг. 3, первый пласт 31 имеет круглую форму, содержащую четыре отверстия 9 треугольной формы с закругленными углами. Эта форма показана в качестве примера и не ограничивает изобретение.The
После нанесения первого пласта 31 проточное отверстие 8 перемещают таким образом, чтобы нанесенная полоса 72,1 образовывала второй пласт 32 в соответствии с цифровой 3D-моделью М, как показано на фиг. 4 и 5. Для этого проточное отверстие 8 перемещают вертикально (то есть вдоль оси z) и горизонтально (то есть вдоль осей х и у) до требуемого положения. Экструзия неорганической композиции 4 через проточное отверстие 8 может быть непрерывной или прерывистой. Таким образом, второй пласт 32 укладывают на первый пласт 31 посредством наложения полосы 72,j на нанесенный ранее пласт 31 в соответствии с цифровой 3D-моделью М.After the application of the first layer 3 1, the
В примере, представленном на фиг. 4 и 5, каждый пласт 3i содержит только одну полосу 7i,j неорганической композиции 4, при этом полосы наложены друг на друга от пласта 3i к смежному пласту 3i+1. Вместе с тем, предпочтительно каждый пласт 3i может состоять из нескольких полос 7i,j. В примере выполнения, показанном на фиг. 6, пласты 31 и 32 образованы, каждый, расположенными рядом пятью полосами, соответственно, 71,1, 71,2, 71,3, 71,4, 71,5, с одной стороны, и 72,1, 72,2, 72,3, 72,4, 72,5, с другой стороны. Полосы 71,1-71,5 и 72,1-72,5 уложены под углом 90° друг к другу от одного пласта к другому. Полосы 71,1-71,5 расположены рядом друг с другом и являются сплошными. Полосы 72,1-72,5 являются прерывистыми для создания выемки прямоугольной формы в представленном примере.In the example shown in FIG. 4 and 5, each seam 3 i contains only one strip 7 i,j of the
После нанесения полосы или полос 72,j, образующих таким образом второй пласт 32, описанный этап вертикального и горизонтального перемещения экструзионной головки 6 повторяют необходимое количество раз, чтобы сформировать поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2 в соответствии с цифровой 3D-моделью М, определенной программой компьютерного проектирования и программой «слайсер». Наращивание поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2 осуществляют вдоль оси z. В частности, поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2 создают на горизонтальной площадке 5 путем наложения друг на друга пластов 31-3n, образованных полосами 71,1-7n,m в соответствии с цифровой 3D-моделью М.After applying the strip or strips 7 2,j thus forming the second layer 3 2 , the described step of moving the extrusion die 6 vertically and horizontally is repeated as many times as necessary to form a manipulable raw three-dimensional structure 2 in accordance with the 3D digital model M determined by a computer-aided design program and a slicer program. The build-up of the manipulated raw three-dimensional structure 2 is carried out along the z-axis. In particular, a manipulable raw three-dimensional structure 2 is created on a
Как показано на фигурах, каждый пласт 3i характеризуется толщиной е, а полосы 7i,j - толщиной е и шириной L. Толщина е полосы 7i,j является размером указанной полосы 7i,j, измеренным между проточным отверстием 8 экструзионной головки 6 и поверхностью предыдущего пласта 3i-1 или поверхностью горизонтальной площадки 5, на которую ее укладывают. Таким образом, толщина пласта 3i идентична толщине полосы 7i,j, и каждая полоса 7i,j имеет одинаковую толщину е. Ширина L полосы зависит от объемного расхода неорганической композиции 4, выдавливаемой через калиброванное отверстие 8, от скорости перемещения калиброванного отверстия 8 и от соотношения e/D, где D является диаметром проточного отверстия 8. В примерах выполнения, представленных на фиг. 5 и 8, полосы 7i,j и 7i+1,j+1 имеют одинаковую ширину L.As shown in the figures, each layer 3 i is characterized by a thickness e, and strips 7 i,j - thickness e and width L. The thickness e of the strip 7 i,j is the size of the specified strip 7 i,j measured between the
Заявитель наблюдал, что механическая прочность сырой трехмерной структуры в некоторых случаях может быть недостаточной, что приводит к деформации сырой трехмерной структуры в результате ее оседания. Эта деформация может быть связана с оседанием недостаточно уплотненных пластов, деформирующихся под действием веса нанесенных сверху пластов. Это явление оседания показано на фиг. 7. Заявитель заметил, что эта деформация может быть также результатом оседания полосы сразу после ее экструзии: оседание полосы может происходить сразу после ее выхода из экструзионной головки, что приводит к деформации сечения полосы и, в частности, к итоговой высоте полосы, которая меньше высоты, предусмотренной цифровой 3D-моделью М. В случае, когда трехмерная структура имеет наклон, деформация может также быть результатом оседания свешивающихся частей полосы, если сырая трехмерная структура сооружена без средств поддержки.The Applicant has observed that the mechanical strength of the raw three-dimensional structure may in some cases be insufficient, leading to deformation of the raw three-dimensional structure as a result of its settling. This deformation may be associated with the subsidence of insufficiently compacted layers, deformed under the action of the weight of the layers deposited on top. This settling phenomenon is shown in Fig. 7. The Applicant has observed that this deformation can also be the result of strip sagging immediately after extrusion: strip sagging can occur immediately after it exits the extrusion die, which leads to a deformation of the strip section and, in particular, to a final strip height that is less than the height of the strip. provided by the 3D digital model M. In the case where the 3D structure is tilted, the deformation may also be the result of settling of the overhanging portions of the strip if the crude 3D structure is constructed without support means.
Согласно варианту выполнения, чтобы избежать какого-либо оседания, перед этапом спекания осуществляют ускорение уплотнения, чтобы быстро повысить механическую прочность трехмерной структуры в соответствии с цифровой 3D-моделью М, как показано на фиг. 8. В этом случае каждый пласт 3i сохраняет свою первоначальную форму и свои первоначальные размеры в течение времени и, в частности, свои первоначальные толщину е и ширину L.According to an embodiment, in order to avoid any settling, a densification acceleration is carried out before the sintering step in order to quickly increase the mechanical strength of the three-dimensional structure according to the 3D digital model M, as shown in FIG. 8. In this case, each layer 3 i retains its original shape and its original dimensions over time, and in particular its original thickness e and width L.
Это ускорение уплотнения можно осуществлять по мере сооружения поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2 при помощи устройства 10 уплотнения, которое перемещается тем же образом, что и проточное отверстие 8. Как схематично показано на фиг. 1, устройство 10 уплотнения расположено вблизи экструзионной головки 6, вне зависимости от того, установлено оно на экструзионной головке 6 или нет. В частности, устройство 10 уплотнения может быть соединено или не соединено с экструзионной головкой 6 или оно может являться частью экструзионной головки 6. Если устройство 10 уплотнения не установлено на экструзионной головке 6, оно следует ее перемещениям. Таким образом, ускорение уплотнения осуществляют по мере экструзии неорганической композиции 4. Предпочтительно ускорение уплотнения осуществляют сразу после экструзии полосы 7i,j на выходе проточного отверстия 8.This compaction acceleration can be performed as the manipulable crude three-dimensional structure 2 is constructed by the
Это устройство 10 уплотнения позволяет ускорить затвердевание по меньшей мере одного термоплавкого полимера, содержащегося в неорганической композиции 4. Иными словами, затвердевание термоплавкого полимера или термоплавких полимеров при участии устройства 10 уплотнения является достаточно быстрым, чтобы придать механическую прочность поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуре 2, и достаточным, чтобы избежать любого ее оседания, даже если она имеет наклоны.This
Контролируемое охлаждение осуществляют при использовании устройства 10 уплотнения, которое может быть конвекционным или излучательным.Controlled cooling is carried out using a
В случае конвекционного устройства 10 уплотнения на полосу 7i,j направляют одну или несколько воздушных струй: в этом случае охлаждение происходит только за счет обновления атмосферы вокруг указанной полосы 7i,j. Как показано на фиг. 9, 10А и 10В, устройство 10 уплотнения может быть встроено в экструзионную головку 6 вокруг проточного отверстия 8. Конвекционное устройство 10 уплотнения может быть выполнено в виде конической кольцевой щели 101, расположенной вокруг проточного отверстия 8 (фиг. 10А), или в виде нескольких отверстий 102, расположенных вокруг проточного отверстия 8 (фиг. 10В).In the case of a
В случае изучающего устройства 10 уплотнения устройство может быть расположено вокруг проточного отверстия 8, будучи соединенным или не соединенным с экструзионной головкой 6, как показано на фиг. 11.In the case of a studying
Ускорение уплотнения можно регулировать в зависимости от используемой неорганической композиции 4. Действительно, в зависимости от природы неорганической композиции 4 и, в частности, от ее реологии, ускорение уплотнения должно быть более или менее значительным, чтобы избежать любых явлений оседания поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2. Регулировку ускорения уплотнения можно осуществлять, адаптируя воздушный поток, температуру и/или энергию излучения, генерируемые устройством 10 уплотнения.The compaction acceleration can be adjusted depending on the
Согласно варианту выполнения, представленному на фиг. 5 и 8, пласты 3i имеют одинаковую форму и одинаковый размер и совмещены друг с другом (то есть наложены друг на друга вдоль оси z). Таким образом, можно изготовить пористую монолитную неорганическую подложку 1, содержащую один или несколько прямолинейных каналов 11. Этот вариант выполнения не ограничивает изобретение. Например, согласно вариантам выполнения, представленным на фиг. 12А и 12В, различные пласты 3i уложены друг на друга вдоль оси z таким образом, что поддающаяся манипуляциям сырая трехмерная структура 2 имеет наклон или свес или форму консоли de по причине не совмещения полосы 7i,j по отношению к пласту 3i-1, на который ее наносят. Угол свеса α (соответствует Arctg (e/de)) характеризует амплитуду наклона: чем меньше угол α, тем больше амплитуда наклона.According to the embodiment shown in FIG. 5 and 8, the layers 3 i have the same shape and the same size and are aligned with each other (ie superimposed on each other along the z-axis). Thus, it is possible to produce a porous monolithic
Заявленный способ и, возможно, ускорение уплотнения полосы 7i,j в момент ее нанесения и, необязательно, реология неорганической композиции 4 придают достаточную механическую прочность, чтобы поддающаяся манипуляциям сырая трехмерная структура 2 не деформировалась и была механически стойкой во времени, даже если она имеет наклон, что позволяет отказаться от применения средств поддержки 12, которые обычно необходимы для предупреждения оседания сырой трехмерной структуры, имеющей наклон (см. фиг. 13, где одновременно печатают и временную поддержку 12, форма которой соответствует форме создаваемой трехмерной структуры). Для данной неорганической композиции 4 и для данных параметров печати (диаметр проточного отверстия 8, скорость экструзии полосы 7i,j, скорость перемещения экструзионной головки 6) это ускорение уплотнения обеспечивает возможность адаптации к амплитуде наклона. Таким образом, сырые трехмерные структуры 2 можно создавать, избегая оседания, даже если структура имеет наклон и не имеет средств поддержки.The inventive method and possibly the acceleration of compaction of the strip 7 i,j at the time of its application and optionally the rheology of the
Присутствие по меньшей мере одной области наклона в поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуре 2 позволяет изготавливать пористую монолитную неорганическую подложку 1, содержащую по меньшей мере один спиралевидный канал, как описано в заявке FR 3 060 410, поданной на имя заявителя. Такая пористая подложка позволяет получить мембрану для тангенциальной фильтрации, имеющую подходящую геометрию, снижающую риск закупоривания разделительного слоя и, следовательно, позволяющую увеличить поток фильтрата.The presence of at least one tilt region in the manipulable raw three-dimensional structure 2 allows the manufacture of a porous monolithic
Как показано на фиг. 14, заявленный способ позволяет создавать поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2 посредством нанесения друг на друга пластов 31-3n в соответствии с цифровой 3D-моделью М.As shown in FIG. 14, the inventive method makes it possible to create a manipulable raw three-dimensional structure 2 by stacking layers 3 1 -3 n in accordance with the digital 3D model M.
Наконец, после получения поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2 ее подвергают термической обработке с целью осуществления операции спекания. Для этого поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2 помещают в печь, температура в которой составляет от 0,5 до 1-кратной температуры плавления по меньшей мере одного из порошкообразных твердых неорганических материалов, присутствующих в неорганической композиции 4, и в течение достаточно длительного времени, чтобы обеспечить спекание всей этой поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2.Finally, after obtaining a manipulable raw three-dimensional structure 2, it is subjected to heat treatment in order to carry out the sintering operation. To do this, the manipulated raw three-dimensional structure 2 is placed in an oven at a temperature of 0.5 to 1 times the melting point of at least one of the powdery solid inorganic materials present in the
Во время этапа спекания размеры пористой подложки 1 могут меняться по сравнению с размерами поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2. Такое изменение зависит от природы неорганической композиции 4 и от условий спекания. Программа компьютерного проектирования, используемая в рамках изобретения, позволяет предусмотреть это изменение, и цифровая 3D-модель М определяется с учетом этого явления.During the sintering step, the dimensions of the
Заявленный способ позволяет получить монолитную неорганическую подложку 1 с взаимосвязанной пористой текстурой, адаптированной к использованию при фильтрации и, в частности, при тангенциальной фильтрации. Кроме того, полученная таким образом пористая монолитная неорганическая подложка 1 имеет механическую прочность, подходящую для использования при фильтрации и, в частности, при тангенциальной фильтрации. В частности, пористая монолитная неорганическая подложка 1 выдерживает внутреннее давление не менее 30 бар без разрывов и предпочтительно не менее 50 бар без разрывов. Давление разрыва соответствует давлению, при котором подложка разрушается под действием внутреннего давления, создаваемого в каналах с водой.The claimed method makes it possible to obtain a monolithic
Созданная трехмерная структура может иметь любую форму и, в частности, удлиненную форму с круглым сечением и имеет цилиндрическую наружную поверхность, как показано на фиг. 15. Вместе с тем, эта форма не является обязательной, и в зависимости от желаемого применения можно предусмотреть любую другую форму. Действительно, заявленный способ позволяет выполнять пористые монолитные неорганические подложки 1 самых разных форм. В частности, когда пористая монолитная неорганическая подложка 1 предназначена для использования в мембране тангенциальной фильтрации, эта подложка содержит по меньшей мере один канал 11 для циркуляции обрабатываемой текучей среды, а предпочтительно - несколько каналов 11. Эти каналы 11 могут быть прямолинейными или не прямолинейными, взаимосвязанными или не взаимосвязанными. В примере, представленном на фиг. 15, пористая неорганическая подложка 1 содержит четыре канала 11, образованные в результате суперпозиции отверстий 9 наложенных друг на друга пластов 31-3n, при этом указанные каналы 11 являются прямолинейными и не связаны друг с другом и имеют треугольное сечение с закругленными углами. Геометрия и количество каналов 11 определены выбранной цифровой 3D-моделью М и, следовательно, не ограничиваются вариантом, показанным на фиг.15. Например, как показано на фиг. 16А и 16В, подложка может содержать прямолинейный центральный канал 111 и спиралевидные каналы 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, образующие спираль вокруг прямолинейного центрального канала 111.The generated three-dimensional structure may be of any shape, and in particular an elongated shape with a circular cross section and a cylindrical outer surface as shown in FIG. 15. However, this form is not mandatory and any other form may be provided depending on the desired application. Indeed, the claimed method makes it possible to produce porous monolithic
Согласно первому варианту выполнения заявленный способ позволяет получать одну поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2 за раз, что дает одну пористую монолитную подложку 1 после спекания.In a first embodiment, the inventive method produces one manipulated raw three-dimensional structure 2 at a time, resulting in one porous
Согласно второму варианту выполнения, показанному на фиг. 17, описанный выше заявленный способ обеспечивает одновременное изготовление двух независимых поддающихся манипуляциям сырых трехмерных структур 21 и 22, то есть структур, не связанных между собой, предназначенных для этапа спекания с целью получения двух пористых монолитных подложек 11 и 12. Для этого машина содержит два проточных отверстия 81 и 82: при этом каждую независимую поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 21 и 22 получают путем наложения пластов, образованных, каждый, соответственно при помощи полосы, выходящей из отдельного проточного отверстия 81 и 82, соответственно. В примере, представленном на фиг. 17, обе поддающиеся манипуляциям сырые трехмерные структуры 21 и 22 имеют идентичные формы и размеры и созданы посредством идентичных перемещений проточных отверстий 81 и 82, которые предпочтительно жестко связаны друг с другом. Однако показанный пример не является ограничительным: можно изготавливать более двух поддающихся манипуляциям сырых трехмерных структур одновременно и, в частности, три или четыре, причем эти поддающиеся манипуляциям сырые трехмерные структуры могут иметь идентичные или разные формы и/или размеры.According to the second embodiment shown in FIG. 17, the above-described claimed method allows the simultaneous production of two independent manipulated raw three-dimensional structures 2 1 and 2 2 , that is, structures that are not interconnected, intended for the sintering step to obtain two porous
Согласно третьему варианту выполнения описанный выше способ позволяет получить поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру 2 в виде нескольких одинаковых или разных отделяемых друг от друга трехмерных подструктур. Согласно этому варианту выполнения трехмерные подструктуры соединены между собой по меньшей мере одним разрушаемым мостиком 13, выполненным при помощи полосы 7i,j неорганической композиции 4, предпочтительно несколькими мостиками 13 с одинаковыми или разными формами и/или размерами, отстоящими друг от друга и предпочтительно расположенными в ряд.According to a third embodiment, the method described above makes it possible to obtain a manipulable raw three-dimensional structure 2 in the form of several identical or different separable three-dimensional substructures. According to this embodiment, the three-dimensional substructures are connected to each other by at least one
Согласно этому варианту выполнения, показанному на фиг. 18, заявленный способ обеспечивает изготовление поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2 в виде двух трехмерных подструктур 23 и 24, соединенных несколькими идентичными разрушаемыми мостиками 13 по всей высоте сырых трехмерных подструктур 23 и 24. Обе трехмерные подструктуры 23 и 24 имеют идентичные формы и размеры и содержат четыре прямолинейных канала 11 треугольного поперечного прямого сечения с закругленными углами.According to this embodiment, shown in FIG. 18, the inventive method produces a manipulable raw 3D structure 2 in the form of two 3D substructures 23 and 24 connected by several identical
Как показано на фиг. 19, этот третий вариант выполнения позволяет также изготавливать поддающуюся манипуляциям сырую трехмерную структуру в виде трех сырых подструктур 25, 26, 27, последовательно соединенных несколькими разрушаемыми мостиками, распределенными по высоте трехмерной структуры. Показанные три сырые подструктуры 25, 26, 27 являются идентичными и содержат, каждая, центральный прямолинейный канал 111 круглого сечения и семь спиралевидных каналов 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g треугольного сечения с закругленными углами, образующих спираль вокруг центрального прямолинейного канала 111.As shown in FIG. 19, this third embodiment also allows the fabrication of a manipulable raw 3D structure in the form of three raw substructures 25 , 26 , 27 connected in series by several destructible bridges distributed along the height of the 3D structure. The three raw substructures 2 5 , 2 6 , 2 7 shown are identical and contain, each, a central
В не показанном альтернативном варианте трехмерные подструктуры могут быть соединены единственным разрушаемым мостиком 13, присутствующим по всей высоте поддающейся манипуляциям сырой трехмерной структуры 2 или отсутствующим, и могут содержать каналы разных количеств и разной формы. Аналогичным образом, в не показанном варианте заявленный способ позволяет получить более трех разделяемых трехмерных подструктур. Трехмерные подструктуры, полученные согласно этому последнему варианту выполнения, могут иметь разные формы и/или размеры.In an alternative not shown, the 3D substructures may be connected by a single
Перед этапом спекания мостик или мостики 13, связывающие трехмерные подструктуры, можно разрушить, что позволяет создавать монолитные пористые подложки после этапа спекания.Before the sintering step, the bridge or bridges 13 linking the three-dimensional substructures can be destroyed, allowing the creation of monolithic porous substrates after the sintering step.
Преимуществом заявленного способа являются получение постоянных и однородных характеристик пористых монолитных неорганических подложек 1 в ходе единого этапа производства и доступность большого разнообразия форм. Заявленный способ позволяет также получать пористые монолитные неорганические подложки 1 с наклонами без необходимости применения средств поддержки во время их изготовления.The advantage of the claimed method is the obtaining of constant and uniform characteristics of the porous monolithic
Объектом изобретения является также пористая монолитная неорганическая подложка 1, полученная заявленным способом. Такая подложка имеет однородную структуру и может быть использована в качестве подложки фильтрационной мембраны.The object of the invention is also a porous monolithic
Наконец, объектами изобретения являются способ получения мембраны для тангенциальной фильтрации, а также мембрана тангенциальной фильтрации, полученная при помощи такого способа.Finally, objects of the invention are a method for producing a tangential filtration membrane, as well as a tangential filtration membrane obtained using such a method.
В заявленной мембране тангенциальной фильтрации стенка циркуляционного канала или циркуляционных каналов 11, выполненных в пористой монолитной неорганической подложке 1, покрыта по меньшей мере одним разделительным фильтрационным слоем, который предназначен для контакта с обрабатываемой текучей средой и для обеспечения фильтрации обрабатываемой текучей среды. Разделительный слой (слои) получают после формирования пористой монолитной неорганической подложки 1. Способ получения мембраны для тангенциальной фильтрации в соответствии с изобретением включает этапы получения пористой монолитной неорганической подложки 1 в соответствии с описанным выше способом, после которых (то есть, после финального этапа спекания для получения пористой монолитной неорганической подложки 1) следует этап создания одного или нескольких разделительных фильтрационных слоев. Этот способ описан в патенте FR 2 723 541 на имя заявителя.In the claimed tangential filtration membrane, the wall of the circulation channel or
Разделительный фильтрационный слой можно получать с использованием любой технологии, известной специалисту в данной области. В частности, разделительный слой можно наносить на стенки каналов 11 подложки 1 посредством нанесения суспензии, содержащей по меньшей мере одну спекаемую композицию, которая предназначена для получения разделительного фильтрационного слоя после термической обработки. Такая композиция имеет состав, традиционно используемый в производстве неорганических фильтрационных мембран. Эта композиция содержит по меньшей мере один оксид, нитрид, карбид или другой керамический материал или одну из их смесей, при этом предпочтительны металлические оксиды, нитриды и карбиды. Спекаемую композицию разводят в виде суспензии, например в воде. Для устранения риска присутствия агрегатов и для оптимизации дисперсии зерен в жидкости полученную суспензию взбалтывают, чтобы разрушить агрегаты и получить композицию, в основном состоящую из элементарных частиц. Затем реологию суспензии корректируют при помощи органических добавок для соблюдения гидродинамических требований по характеристикам проникновения в каналы подложек. После нанесения разделительный слой сушат, затем спекают при температуре, которая зависит от его природы, от среднего размера его зерен и от предусмотренного порога разрушения.The separating filter layer can be obtained using any technology known to the person skilled in the art. In particular, the separating layer can be applied to the walls of the
В случае многослойного разделительного слоя этот этап нанесения разделительного фильтрационного слоя повторяют.In the case of a multi-layer separating layer, this step of applying the separating filter layer is repeated.
Заявленная мембрана имеет хорошую механическую прочность. В частности, заявленная мембрана выдерживает внутреннее давление не менее 30 бар без разрывов и предпочтительно не менее 50 бар. Обычно применяют внутреннее давление 50 бар, поскольку оно является необходимым и достаточным для обеспечения механической прочности мембран во время работы.The claimed membrane has good mechanical strength. In particular, the claimed membrane withstands an internal pressure of at least 30 bar without rupture, and preferably at least 50 bar. Typically, an internal pressure of 50 bar is used because it is necessary and sufficient to ensure the mechanical strength of the membranes during operation.
Изобретение не ограничивается описанными и показанными примерами, и, не выходя за его рамки, в него можно вносить различные изменения.The invention is not limited to the examples described and shown, and without departing from its scope, various changes can be made to it.
Claims (17)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1871952 | 2018-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021118339A RU2021118339A (en) | 2022-12-28 |
| RU2800485C2 true RU2800485C2 (en) | 2023-07-21 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU1123792A (en) * | 1991-03-11 | 1992-09-17 | North West Water Group Plc | Extruded porous structure |
| AU2008302086A1 (en) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | The Regents Of The University Of California | Nanocomposite membranes and methods of making and using same |
| RU2381824C2 (en) * | 2007-12-11 | 2010-02-20 | Вадим Леонидович Тарасов | Method of producing inorganic membrane material with cladding layer |
| KR20140042363A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-07 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Carbon naontube membrane and method for manufacturing the same |
| FR3006606A1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-12 | Technologies Avancees Et Membranes Ind | PROCESS FOR MANUFACTURING FILTRATION MEMBRANES BY ADDITIVE TECHNIQUE AND MEMBRANES OBTAINED |
| FR3024664A1 (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-12 | Technologies Avancees Et Membranes Ind | NEW GEOMETRIES OF TUBULAR TUBULAR TUBULAR ELEMENTS OF TANGENTIAL FLOW SEPARATION INTEGRATING TURBULENCE PROMOTERS AND MANUFACTURING METHOD |
| WO2016069820A1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | Corning Incorporated | Inorganic membrane filter and methods thereof |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU1123792A (en) * | 1991-03-11 | 1992-09-17 | North West Water Group Plc | Extruded porous structure |
| AU2008302086A1 (en) * | 2007-09-21 | 2009-03-26 | The Regents Of The University Of California | Nanocomposite membranes and methods of making and using same |
| RU2381824C2 (en) * | 2007-12-11 | 2010-02-20 | Вадим Леонидович Тарасов | Method of producing inorganic membrane material with cladding layer |
| KR20140042363A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-07 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Carbon naontube membrane and method for manufacturing the same |
| FR3006606A1 (en) * | 2013-06-11 | 2014-12-12 | Technologies Avancees Et Membranes Ind | PROCESS FOR MANUFACTURING FILTRATION MEMBRANES BY ADDITIVE TECHNIQUE AND MEMBRANES OBTAINED |
| FR3024664A1 (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-12 | Technologies Avancees Et Membranes Ind | NEW GEOMETRIES OF TUBULAR TUBULAR TUBULAR ELEMENTS OF TANGENTIAL FLOW SEPARATION INTEGRATING TURBULENCE PROMOTERS AND MANUFACTURING METHOD |
| WO2016069820A1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | Corning Incorporated | Inorganic membrane filter and methods thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| WO 2011161214A1 А1, 29.12.2011. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7515476B2 (en) | Method for additively manufacturing inorganic filter supports from hot melt compositions and resulting membranes | |
| KR102866466B1 (en) | Method for the additive manufacturing of a material for an inorganic filter support and the resulting membrane | |
| JP6427174B2 (en) | Process for producing filtration membrane by additive manufacturing method and obtained membrane | |
| RU2692723C2 (en) | Novel geometric shapes of multichannel tubular elements intended for tangential separation, having built-in turbulence amplifiers, and method of their production | |
| RU2800485C2 (en) | Method for additive manufacturing of inorganic filtration substrate from heat-melting composition and obtained membrane | |
| US20250091014A1 (en) | Method for producing an inorganic filtration medium through intermeshing and obtained membrane | |
| RU2800554C2 (en) | Method for additive manufacturing of inorganic filter substrate and obtained membrane | |
| HK40047639A (en) | Method for material additive manufacturing of an inorganic filter support from a hot-melt composition and resulting membrane | |
| HK40047638A (en) | Method for material additive manufacturing of an inorganic filter support and resulting membrane | |
| Khanuja | Origin and control of anisotropy in three dimensional printing of structural ceramics | |
| RU2536536C1 (en) | Method of obtaining of porous permeable ceramic article | |
| HK40034630A (en) | Method for manufacturing filtering membranes by additive technique and resulting membranes | |
| RU2021118339A (en) | METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURING OF INORGANIC FILTRATION SUBSTRATE FROM HEAT-MELTING COMPOSITION AND PRODUCED MEMBRANE |