專利名稱：使用能夠相變的流體的改進型處理系統的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及用于處理材料的處理系統和方法。具體而言，本發明涉及一種用于利用能夠相變的流體處理多孔片狀材料(或片材)的系統和方法。
背景技術：
加壓處理容器用于改變材料的一種或多種性質，舉例來說，該材料例如為諸如膜片的多孔片狀材料。一種公知的處理容器具有穿孔的芯體(core)，多孔片狀材料設置在該穿孔芯體上。在處理過程期間，處理溶液用來在其循環經過處理容器時將處理物質沉積或以其它方式結合到多孔片狀材料中。在溶液排出期間，溶劑易于改變相態(或相變)并導致在處理的多孔片狀材料中的缺陷。例如，如果溶劑從氣體或液體變成諸如冰或干冰的固體，則固體溶劑可沉積到多孔片狀材料上并導致斑點或其它缺陷，該斑點或其它缺陷使得片狀材料未經完全處理，且還可阻塞系統中的管線(line)。
發明內容
本文描述了一種用于處理材料的設備和系統。本發明的一方面為一種設備。該設備包括容器，而該容器具有用于與容器外部成流體連通的第一端口和第二端口。該設備還包括穿孔芯體。該穿孔芯體具有在穿孔芯體端部處的至少一個非穿孔區域。該穿孔芯體適于設置在容器內，使得穿孔芯體的內部與第一端口成流體連通而穿孔芯體的外部與第二端口成流體連通。穿孔芯體還適于設置成以便非穿孔區域定位在第一端口的遠端處。該設備還包括汲取管(dip tube)。汲取管具有位于端部中的至少一個開口。汲取管適于設置在穿孔芯體內，且與第一端口成流體連通。汲取管適于設置成以便端部中的開口定位在穿孔芯體的非穿孔區域內。本發明的另一方面為一種用于處理材料的系統。該系統包括至少一個溶液供送源 (supply)。該溶液包括能夠響應于壓力和溫度中的至少一個的變化而改變相態的溶劑。該系統還包括容器，該容器具有用于與容器外部成流體連通的第一端口和第二端口。該系統還包括穿孔芯體。該穿孔芯體具有位于穿孔芯體端部處的至少一個非穿孔區域。該穿孔芯體適于設置在容器內，使得穿孔芯體的內部與第一端口成流體連通而穿孔芯體的外部與第二端口成流體連通。穿孔芯體還適于設置成以便非穿孔區域定位在第一端口的遠端處。該系統還包括汲取管。汲取管具有位于端部中的至少一個開口。汲取管適于設置在穿孔芯體內，且與第一端口成流體連通。汲取管適于設置成以便端部中的開口定位在穿孔芯體的非穿孔區域內。本發明的另一方面為一種利用能夠響應于容器內的壓力和溫度中的至少一個的變化而改變相態的流體來處理容器中的多孔片狀材料的方法。該方法包括提供穿孔芯體用于收容多孔片狀材料的步驟。該穿孔芯體具有位于穿孔芯體端部處的至少一個非穿孔區域。穿孔芯體適于設置成以便非穿孔區域定位在第一端口的遠端。該方法還包括提供具有位于端部中的至少一個開口的汲取管的步驟。汲取管適于設置在穿孔芯體內。汲取管還適于設置成以便端部中的開口定位在穿孔芯體的非穿孔區域內。該方法還包括從容器排出流體以改變流體相態的步驟。該方法還包括從穿孔芯體的非穿孔區域通過汲取管提取流體的步驟。
當參照附圖研讀如下詳細描述時，本發明的這些及其它特征、方面和優點將更好理解，在附圖中圖1為本發明的系統的一個實施例的簡圖；圖2為本發明的系統的一個實施例的簡圖；以及圖3為本發明的汲取管的端部在排放過程期間的放大的截面視圖。零件清單10 容器12 第一端口13第四端口14 第二端口16穿孔芯體18非穿孔區域20汲取管22 開口24溶液供送源沈多孔片狀材料28 系統30第三端口32第三端口閥；34 第一端口閥36 第二端口閥38第五端口40第五端口閥42 溶液累積物(buildup)44溶解器46 泵48 旋風器(cyclone)50 袋濾室(bag house)54 穿孔
具體實施例方式本發明的一個方面包括用于處理多孔片狀材料以改變或更改其一個或多個性質或特征的設備和系統。多孔片狀材料設置在穿孔芯體上，且利用溶液在容器中進行處理，該溶液包括能夠響應于壓力和/或溫度的變化而改變相態的至少一種溶劑。該溶液還可包括溶解在溶劑中的處理材料，但并不必需使用處理材料或其它溶質。因此，如本文所述，用語"溶液"可包括純溶劑，以及包含溶解的溶質如處理材料的溶劑。一種適合的溶劑可為 CO2。在處理之后，當從容器中排出溶液時，溫度和/或壓力產生的變化導致溶劑改變相態以及所產生的流體累積在處理容器穿孔芯體的內部中。該累積物在其可導致多孔片狀材料中的缺陷之前從芯體的內部除去。該系統尤其很好地適于利用溶解于在超臨界狀態下的二氧化碳(SCCO2)中的處理材料來處理開孔膜片，如擴展的聚四氟乙烯(ePTFE)膜片。圖1中示出了本發明的系統的一個實施例。該系統28包括至少一個溶液供送源對。該溶液包括能夠響應于壓力和溫度中的至少一個的變化而改變相態的至少一種溶劑。 該溶劑供給至處理容器10。處理容器10具有穿孔芯體16，該穿孔芯體16適于設置在容器 10內，使得穿孔芯體16的內部與第一端口 12成流體連通而穿孔芯體16的外部與第二端口 14成流體連通。穿孔芯體16具有位于穿孔芯體16端部處的至少一個非穿孔區域18。非穿孔區域 18定位在第一端口 12的遠端處。在端部中具有至少一個開口 22的汲取管20設置在穿孔芯體16內。汲取管20與第一端口 12成流體連通，且適于設置成以便端部中的開口 22定位在穿孔芯體16的非穿孔區域18內。待處理的材料，舉例來說，例如多孔片狀材料沈，可設置在穿孔芯體16上。如圖1 中所示，在一個實施例中，多孔片狀材料沈以卷筒(roll)的形式包繞穿孔芯體16。多孔片狀材料沈通過經由第三端口 30向處理容器10填充來自于溶液供送源M 的溶液而進行處理。當使用圖1的實施例中所示的構造時，第三端口 30與第一端口 12和第二端口 14兩者成流體連通，且溶液供送源M通過第一端口 12和第二端口 14兩者向處理容器10供送溶液。當溶液經由第一端口 12進入處理容器10時，該溶液經由汲取管20 的開口 22流入穿孔芯體16的內部區域中，且然后滲入多孔片狀材料沈。同時，溶液經由第二端口 14進入處理容器10，且朝向多孔芯體16經多孔片狀材料沈擴散。這樣，溶液可高效和完全地從卷繞卷筒的兩側滲入多孔片狀材料26。在處理容器10已充有溶液之后，可選的是通過使溶液循環可加強經由多孔片狀材料26的滲透。參看圖1，這可通過將溶液從溶液供送源M經由第一端口 12泵送到穿孔芯體16的內部來實現。溶液經由穿孔芯體16沿軸向向外流動，穿過多孔片狀材料沈，并進入處理容器10中。通過容許溶液經由第四端口 13離開處理容器10而回到溶液供送源 24,完成了循環回路。通過打開第一端口閥34、第三端口閥32和第四端口閥6，同時關閉第二端口閥36和第五端口閥40，可實現這種循環。這樣，溶液將相對于穿孔芯體16從內側流至外側。在本發明的備選方面，溶液從處理容器10朝向穿孔芯體16的內部沿軸向向內循環。這通過使用上述相同的閥排列使流動方向逆轉并沿相反方向泵送而實現。如圖1中所示，在一個實施例中，第三端口 30與第一端口 12和第二端口 14兩者成流體連通，且因此，溶液可經由第一端口 12和第二端口 14供送至處理容器10。然而，并不必需如此，因為溶液可使用一個或多個單獨的端口(未示出)而引入容器10中。在溶液已在整個處理容器10內完全循環之后，通過打開第五端口閥40而將溶液經由第五端口 38排放。在此排放步驟期間，容器10內的溫度和/或壓力通常會改變，且導致溶液和/或溶劑改變相態和將沉淀材料沉積在限定多孔片狀材料26的孔隙(pore)的表面上。這種相變可在穿孔芯體16的非穿孔區域18內部中引起溶液累積物42。溶液累積物 42主要為流體，且可包括溶液、溶劑、處理物質或這些的組合。在排放期間，溶液累積物42通過流入汲取管20中的開口 22且穿過第一端口 12， 借助于壓差從穿孔芯體16的非穿孔區域18提取。在圖1中所示的實施例中，溶液累積物 42然后流動經過第二端口 14，且然后進入處理容器10中，在該處，該累積物42最終可從處理容器10經由第五端口 38排放。如果溶液累積物42保持在穿孔芯體16中，則其可升高到高于穿孔芯體16的非穿孔區域18的水平(或高度)，且可穿過穿孔芯體16中的穿孔M而接觸多孔片狀材料26。 這種接觸可導致缺陷。在實施所述系統觀和技術的一些實施例中可實現的優點在于對溶液累積物42的提取，使得該溶液累積物42不會流動穿過穿孔芯體16中的穿孔M和接觸多孔片狀材料26。在實施所述系統觀和技術的一些實施例中可實現的另一優點在于對溶液累積物42當其為流體時的快速提取，使得該溶液累積物42能夠在其隨排放過程期間容器10中的溫度和/或壓力的變化而轉變成固體之前從容器10中除去。圖3示出了穿孔芯體16端部處的非穿孔區域18的放大的截面視圖，汲取管20中的開口 22設置在其中。如該視圖中所示，在排放過程期間，溶液累積物42經由汲取管20中的開口 22提取，使其可從穿孔芯體16的內部除去。舉例來說，如果溶劑為處于超臨界狀態的二氧化碳(SCCO2)，則溶液累積物42主要包括液態C02。汲取管20的存在使得液態(X)2能夠以足以防止液態(X)2升高到高于穿孔芯體16的非穿孔區域18的水平的速率從穿孔芯體16的非穿孔區域18除去。這防止了液態 CO2流動穿過穿孔芯體16中的穿孔M并接觸相鄰的多孔片狀材料26。這繼而又防止干冰形成在多孔片狀材料沈上。此外，汲取管20的存在使液態(X)2能夠快速地從系統觀中除去，使其在排放過程期間基本上不會凝固成干冰。由于多孔片狀材料26上的干冰沉積物可在多孔片狀材料26中引起缺陷，故期望有這種改善。在一個實施例中，多孔片狀材料26為擴展的聚四氟乙烯(ePTFE)膜片，且通過汲取管20提取液態(X)2防止了干冰(固態CO2)形成在ePTFE膜片上。在一個實施例中，如圖1和圖2中所示，第一端口 12和第二端口 14彼此成流體連通。這可有助于在填充、循環和/或排放期間穿孔芯體16的內部區域與外部區域之間的壓力平衡。然而，在備選實施例中(未示出)，第一端口和第二端口彼此并未成流體連通。如圖2中所示，可選的是，本發明的系統觀可包括從業人員認為適合的附加構件。 在各種實施例中，系統觀可包括以下構件中的任一個或全部用于向處理容器10填充溶液的泵46、用于從排放的溶液回收固體處理材料的旋風器48，以及用于從排出至大氣的溶劑中捕獲微粒的袋濾室50或其它過濾機構。溶液可僅包括溶劑，或可包括具有溶解于其中的一種或多種處理物質的溶劑。如果使用處理物質，則其在進入處理容器10之前充分溶解于溶劑中。在一個實施例中，如圖 2中所示，處理物質在進入處理容器10之前通過溶解器44與溶劑混合。溶劑可為適于實現或促進材料處理的任何溶劑，包括但不限于SCCO2、水、乙醇、異丙醇(IPA)、丙酮、甲醇、正丙醇、正丁醇、N-N-二甲基甲酰胺、丁酮，以及水溶性乙二醇醚和 e系乙二醇醚及P系乙二醇醚。溶劑能夠響應于溫度變化、壓力變化或溫度和壓力兩者的變化而改變狀態。處理可能需要改變或更改多孔片狀材料沈的一種或多種性質或特征。處理物質可為將改變材料的至少一種性質或特征的任何物質，該性質或特征例如但不限于顏色、 疏油性、親水性、導電性、光反射性、離子傳導性或多孔性。適合的處理物質的實例包括但不限于聚乙烯親核聚合物、封閉型異氰酸酯、有機官能化硅氧烷固體的分散體，例如可從 Whitford Corporation (Frazer, Pennsylvania)獲得的 ECM/D6455 親水性丙酮涂料的分散體和/或同樣從WhitfordCorporation獲得的ECM/D6453親水性涂料IPA，聚醚氨基甲酸乙酯聚合物固體如從Noveon，Inc. (Cleveland, Ohio)獲得的PermaX 200，氨基甲酸乙酯或氟化氨基甲酸乙酯聚合物或含氟的聚合物，如氟化丙烯酸酯或氟化甲基丙烯酸酯聚合物，如全氟代烷基丙烯酸共聚物和/或全氟代烷基甲基丙酸烯共聚物，如可從 Dupont (Wilmington, Delaware)獲得的Zonyl 8195，7040，8412 和 / 或 8300 的水基分散體。在填充、循環和排放期間，處理物質可沉積在多孔片狀材料沈上，或以其它方式與多孔片狀材料沈相互作用。因此，溶液的成分可在系統觀填充、循環和排放時變化。本發明的系統觀尤其適于處理多孔片狀材料26。舉例來說，多孔片狀材料沈可為開孔膜片。更具體而言，系統觀可用于處理多微孔的開孔膜片，如擴展的聚四氟乙烯 (ePTFE)膜片。ePTFE膜片優選通過擠出聚四氟乙烯(PTFE)細粉顆粒(可從DuPont獲得的名為TEFLON 的細粉樹脂)和潤滑劑的混合物而制成。該擠出物然后壓延。經壓延的擠出物然后沿至少一個方向且優選為兩個方向"擴展"或伸展，以便形成連接的三維矩陣或點陣類型結構中的節點的纖絲(fibril)。"擴展"意指充分伸展超過材料的彈性極限以將永久變形(permanent set)或延長引入纖絲中。膜片然后優選進行加熱或"燒結"，以便減小和最大限度地減小膜片材料中的殘余應力。然而，膜片在適于所構思的膜片用途時可為未燒結或部分燒結的。其它適合的材料和方法可用于形成適合的多孔片狀材料26。例如，可用于形成多孔片狀材料沈的其它適合的材料包括聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚砜、聚醚、丙烯酸和甲基丙酸烯的聚合物、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、纖維素聚合物以及它們的組合。制造多孔片狀材料沈的其它適合的方法包括對任何適合的材料進行發泡、磨削或澆鑄。在本發明的一個方面，多孔片狀材料沈為多種多孔片狀材料的疊層(laminate)。 例如，多孔片狀材料26可包括層疊到諸如多孔紡織基底的另一開孔材料上的ePTFE膜片。 適合的多孔紡織基底的非限制性實例包括由尼龍、聚酯或聚丙烯制成的織造或非織造的織物。具有改變或改性的性質或特征的多孔片狀材料沈具有許多用途。舉例來說，結合了根據本發明制造的處理或改性的多孔片狀材料26的層疊織物可用于衣服或服裝。本書面說明使用包括最佳模式的實例公開了本發明，且還使本領域的技術人員能夠實施本發明，包括制作和使用任何裝置或系統，以及執行任何所結合的方法。本發明可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員所構思出的其它實例。如果這些其它實例具有與權利要求的書面語言并無不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的書面語言無實質差異的同等結構元件，則認為這些實例處在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種用于處理材料06)的系統( )，所述系統08)包括至少一個溶液供送源(M)，所述溶液包括能夠響應于壓力和溫度中的至少一個的變化而改變相態的溶劑；容器(10)，其具有用于與所述容器(10)的外部成流體連通的第一端口(1 和第二端口 (14)；穿孔芯體(16)，其在所述穿孔芯體(16)的端部處具有至少一個非穿孔區域(18)，所述穿孔芯體(16)適于設置在所述容器(10)內，使得所述穿孔芯體(16)的內部與所述第一端口(1 成流體連通以及所述穿孔芯體(16)的外部與所述第二端口(14)成流體連通，所述穿孔芯體(16)適于設置成以便所述非穿孔區域(18)定位在所述第一端口(1 的遠端；以及在端部中具有至少一個開口 02)的汲取管(20)，所述汲取管OO)適于設置在所述穿孔芯體(16)內且與所述第一端口(1 成流體連通，所述汲取管OO)適于設置成以便所述端部中的開口 02)定位在所述穿孔芯體(16)的非穿孔區域(18)內。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述容器(10)為大致圓柱形，且垂直地定向。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述溶液還包括用于施加到所述材料 (26)中的至少一種處理物質，所述處理物質能夠在預定的溫度和壓力下溶解于所述溶劑中。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述材料06)為卷繞在所述芯體(16)上的多孔片狀材料06)。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述溶劑為處于超臨界狀態的流體。
6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述流體為二氧化碳。
7.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述多孔片狀材料06)包括開孔膜片。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述開孔膜片為擴展的聚四氟乙烯 (ePTFE)膜片。
9.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述多孔片狀材料06)經受處理以改變選自由疏油性、親水性、導電性、光反射性、離子傳導性、多孔性以及顏色所構成的組中的至少一種性質。
10.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述處理物質選自由氟化氨基甲酸乙酯聚合物和氟化丙烯酸酯聚合物所構成的組。
全文摘要
本發明涉及使用能夠相變的流體的改進型處理系統。具體而言，提供了用于處理材料的設備和系統及方法。該設備包括容器，該容器包括設置在容器內的穿孔芯體和設置在芯體內的汲取管。汲取管在第一端口處與處理容器成流體連通，且具有定位在穿孔芯體的非穿孔區域內并在第一端口遠端的至少一個開口。該系統包括容器，該容器包括設置在容器內的穿孔芯體和設置在芯體內的汲取管。汲取管在第一端口處與處理容器成流體連通，且具有定位在穿孔芯體的非穿孔區域內并在第一端口遠端的至少一個開口。該系統還包括至少一個溶液供送源，該溶液供送源包括能夠響應于溫度和/或壓力的變化而改變相態的溶劑。
文檔編號B01J19/00GK102179220SQ20101061559
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月20日 優先權日2009年12月21日
發明者D·卡澤米, M·G·哈特菲爾德 申請人:通用電氣公司