專利名稱：一次性整體過濾單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一次性過濾單元，特別地講，涉及一種一次性整體過濾單元，通過所述一次性整體過濾單元的液體“并行”流過多個深層梯度式過濾包(deep gradient filter packet)。
背景技術(shù)：
優(yōu)良制造規(guī)范和政府規(guī)制是許多生物制藥過程的核心。這種制造過程通常必須經(jīng)過批準(zhǔn)的而且經(jīng)常又非常漫長和高費(fèi)用的確認(rèn)程序。
例如，由于顯而易見的原因，用于生物制藥制品的分離和凈化的設(shè)備必須滿足非常苛刻的清潔度要求。新的或重新批準(zhǔn)的設(shè)備(例如，一次和二次過濾單元)的清潔確認(rèn)需要差不多50多次的暴露表面檢測一擦拭和隨后的對這種檢測的生物化驗(yàn)。對于單件過濾設(shè)備來說，單次清潔確認(rèn)的相關(guān)及再次進(jìn)行的成本很有可能超過數(shù)千美元。
為了在需要或要求清潔時降低這種清潔確認(rèn)的成本和費(fèi)用和/或減少清潔確認(rèn)次數(shù)，制藥和生物技術(shù)工業(yè)正在加緊探索可事先確認(rèn)的部件式一次性過濾裝置的解決方案。
沿著這些技術(shù)路線，最近人們在開發(fā)一種可滿足工業(yè)量級的合成藥液原料(例如，細(xì)胞培養(yǎng)物)的一次和/或二次凈化的一次性過濾裝置的解決方案方面表現(xiàn)出相當(dāng)大的興趣。這種過濾過程的大容量、高產(chǎn)量要求通常會促使使用非常昂貴的已安裝好的不銹鋼過濾裝置，其中，可更換的過濾盒或筒(例如，通常包括透鏡狀過濾元件的疊放體)安裝在不銹鋼殼體或類似接收器中。在過濾操作結(jié)束和失效的過濾盒或筒拆下時，所述過濾裝置在再次使用之前必須要花費(fèi)相當(dāng)大的成本和勞力對其進(jìn)行清潔和確認(rèn)。
因此，迫切需要一種一次性過濾單元，其可事先消毒和事先確認(rèn)，并且可以與傳統(tǒng)過濾方法所能提供和期望相當(dāng)?shù)娜萘亢彤a(chǎn)量執(zhí)行一次和二次凈化，但可大大地降低對大量的固定管道、設(shè)備和其它類似過濾硬件的需要。
盡管已公開了一次性整體過濾單元，例如1995年7月4日授予Richard G.Gutman等人的美國專利No.5429742中所提出的一次性整體過濾單元，但這些和其它已知技術(shù)不能很好地用于或非常容易地服務(wù)于澄清過濾(一般地)和高產(chǎn)量、高容量的一次和/或二次凈化(特殊地)。

發(fā)明內(nèi)容
為了應(yīng)對上述需求，本發(fā)明提供了一種一次性整體過濾單元10，其具有一個入口40和一個出口60，并且包括多個過濾板20n，所述過濾板置于一對端板24、26之間。每個過濾板20n分別包括一熱塑性聚合物框架28，其中嵌有一個深層梯度式過濾包(填料)35。所述過濾板和所述端板熔合形成一個充分固定、充分水密的整體式疊放體。通過所述入口40進(jìn)入一次性整體過濾單元10的液體在通過所述出口60從所述一次性整體過濾單元排出之前大致同時通過每個過濾板20n的深層梯度式過濾包35(參看，“并行”流)。
通過嵌入的深層梯度式過濾包35的“并行”流路可促進(jìn)一次性整體過濾單元10用于例如生物藥液的一次和/或二次凈化。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，與目前廣泛使用的較為龐大的典型過濾單元相比，一次性整體過濾單元10相對較小和緊湊，這是可使安裝和操縱更為容易的期望結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。所述一次性整體過濾單元被構(gòu)造成這樣，即在過濾中不需要使用外殼。一次性整體過濾單元10可直接安裝在液體處理流路內(nèi)。當(dāng)過濾單元失效時，拆下過濾單元，然后更換一個新的過濾單元。
在本發(fā)明的一個特殊實(shí)施例中，所述一次性整體過濾單元的聚合物框架28(a)為單件；(b)具有一個限定所述聚合物框架的內(nèi)部區(qū)域的外邊界，所述外邊界具有面向內(nèi)部的內(nèi)壁面214和面向外部的外壁面216；以及(c)在所述面向外部的表面216內(nèi)提供了一個供給端口210、一個濾出端口212以及一個過濾區(qū)216。一個深層梯度式過濾包35嵌在過濾區(qū)216中。深層梯度式過濾包35包括依次疊放或堆疊的過濾材料片或?qū)?，以形成一個整體墊狀組合體。根據(jù)材料和制造方法，組合體為自支承的和/或用于封裝在多孔外封皮、篩網(wǎng)或?yàn)V網(wǎng)內(nèi)。
鑒于以上所述，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于生物藥液和類似液體的一次和/或二次凈化的一次性整體過濾單元。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括多個疊放和熔合在端板之間的過濾板的一次性整體過濾單元，其中，每個所述過濾板中均嵌有一個深層梯度式過濾包。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種可提供通過并入的所述多個深層梯度式過濾包的“并行”流路的一次性整體過濾單元。
本發(fā)明的還一個目的是提供一種具有并入的多個相對較厚的深層梯度式過濾包的一次性整體過濾單元，所述深層梯度式過濾包以使結(jié)構(gòu)扭曲最小化的方式嵌入在所述一次性整體過濾單元內(nèi)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可在不需要使用外殼的情況下用于例如生物藥液的一次和/或二次凈化的充分水密的過濾單元。
為了進(jìn)一步地理解本發(fā)明的特征及上述這些和其它目的，應(yīng)結(jié)合附圖參看下面所作的描述。


附圖提供了示意性結(jié)構(gòu)。構(gòu)件的相對位置、形狀和尺寸已被夸大，以便于論述和介紹。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的一次性整體過濾單元10的簡圖，一次性整體過濾單元10包括過濾板20n的疊放體，并且每個過濾板20n中分別嵌入一個深層梯度式過濾包；圖2是可用于一次性整體過濾單元的結(jié)構(gòu)中的深層梯度式過濾包35的簡圖；圖3a是可用于一次性整體過濾單元的結(jié)構(gòu)中的單個過濾板20的剖視圖；圖3b是可用于一次性整體過濾單元的結(jié)構(gòu)中的配對的過濾板20I、20II的剖視圖；圖3c是可用于一次性整體過濾單元的結(jié)構(gòu)中的過濾板20的一個實(shí)施例的俯視圖；圖3d是可用于一次性整體過濾單元的結(jié)構(gòu)中的過濾板20的另一個實(shí)施例的俯視圖；
圖4a是過濾板20的另一個實(shí)施例的俯視圖，所述實(shí)施例根據(jù)兩步模塑成型和鑲嵌成型過程制成；圖4b是沿著軸線B-B所作的圖4a所示的過濾板20的剖視圖；圖5是可用于一次性整體過濾單元的結(jié)構(gòu)中的配對的過濾板20I、20II的一個特殊實(shí)施例的剖視圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個特殊實(shí)施例的一次性整體過濾單元10的剖視圖，一次性整體過濾單元10包括過濾板20n的疊放體，每個所述過濾板20n中分別嵌入一個深層梯度式過濾包35。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種一次性整體過濾單元10，其具有一個入口40和一個出口60，并且包括多個過濾板20n，這些過濾板20n置于一對端板24、26之間。一次性整體過濾單元10的特征在于，每個所述過濾板20n均包括一個熱塑性聚合物框架28和一個深層梯度式過濾包35，所述深層梯度式過濾包35嵌在所述熱塑性聚合物框架28中。過濾板20n和端板24、26共同形成一個充分固定的整體式疊放體，所述疊放體這樣布置和構(gòu)造，即通過入口40進(jìn)入一次性整體過濾單元10的液體在通過出口60從一次性整體過濾單元10中排出之前大致同時(即“并行”)通過每個過濾板20n的深層梯度式過濾包35。
優(yōu)點(diǎn)之一，一次性整體過濾單元10由于具有整體結(jié)構(gòu)，因此不再需要一個固定外殼，例如目前廣泛使用的相對較貴的不銹鋼殼體。在這點(diǎn)上，通過所述一次性整體過濾單元的液體流大致包含于所述過濾板的整體式疊放體中，這是一種可形成充分水密結(jié)構(gòu)的新穎結(jié)構(gòu)形式。在特殊應(yīng)用場合下，仍可使用一個固定外殼。
一次性整體過濾單元10可以相對較低的成本實(shí)現(xiàn)。特殊地，一次性整體過濾單元10可被制成“單次使用”裝置，術(shù)語“單次使用”在此的意思是，在期望(或預(yù)定)的液體過濾操作完成時，過濾單元10可被拋棄(例如，在過濾某些環(huán)境限制物質(zhì)之后有時根據(jù)法律的要求)或部分或完全恢復(fù)或重復(fù)利用(例如，在過濾非限制物質(zhì)之后)。
與大過濾單元相比，所述一次性整體過濾單元可以以與其相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量但更小、更緊湊的區(qū)域進(jìn)行容量相對較大的液體凈化(即，所謂的“一次凈化”)。上述這種功能部分歸功于所述過濾單元的新穎結(jié)構(gòu)和多個深層梯度式過濾包的使用，所述多個深層梯度式過濾包布置在過濾單元10的“并行流”路內(nèi)，從而，每個所述過濾包均能對過濾單元的總可用濾膜面積作出貢獻(xiàn)。本發(fā)明的過濾單元10的優(yōu)選實(shí)施例用于含有尺寸在大約10微米至100微米的范圍內(nèi)的顆粒的液體的大容量過濾。
盡管圖1所示的實(shí)施例中的一次性整體過濾單元10包括的過濾板20a-n在端板24、26之間以大致法向關(guān)系布置，但這種結(jié)構(gòu)不應(yīng)認(rèn)為是限制性的。也可采用其它結(jié)構(gòu)。例如，過濾板20a-n的疊放體也可以大致正交關(guān)系置于端板24、26之間。這例如可通過以下方式實(shí)現(xiàn)在每個過濾板20的邊緣面上或鄰近于該邊緣面放置合適的入口或出口，并且將所述端板構(gòu)造成一個具有與所述過濾板20a-n的所述入口和所述出口合適配合的相應(yīng)流路的歧管。當(dāng)然，鑒于在此所作的描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可考慮采用其它結(jié)構(gòu)。
盡管對于例如涉及相對較高的液體壓力和溫度的某些應(yīng)用場合來說，可期望一次性整體過濾單元10這樣設(shè)計(jì)，即只通過永久組合的過濾板20a-n和端板24、26創(chuàng)建出一條從所述入口至所述出口的合適的水密流路，但是人們?nèi)韵Ｍ@得一種更為堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，可在一次性整體過濾單元10上模制一個可選的包裹成型包殼80，其包裹著過濾板20a-n的外表面。包裹成型包殼80如果希望可至少部分地延伸到端板24和26中，以夾持或固定這些構(gòu)件。包裹成型包殼80例如可使所述過濾單元在面對較高液體壓力和/或溫度時更為耐用(參看，水密)。
如上所述，每個過濾板20n均包括一個深層梯度式過濾包35，其固定地嵌在一個聚合物、優(yōu)選塑料、更優(yōu)選熱塑性的框架28內(nèi)。如圖3a所示，與深層梯度式過濾包35一樣，聚合物框架28具有大致平坦結(jié)構(gòu)。深層梯度式過濾包35以大致法向或共面方位嵌在聚合物框架28內(nèi)。因此，這樣產(chǎn)生的過濾板總體上呈厚片狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可非常好地適用于上下彼此鄰近疊放。
如圖3a、3b和3c所示，不管其被應(yīng)用在何種特殊實(shí)施例中，聚合物框架28均被特定地構(gòu)造成可限定出至少三個非重疊區(qū)，即過濾區(qū)216、供給端口區(qū)210和濾出端口區(qū)212。深層梯度式過濾包35在聚合物框架28內(nèi)特定地嵌在和“架設(shè)”在過濾區(qū)216內(nèi)。
如圖3a、3b和3c所示，對過濾區(qū)216、供給端口區(qū)210和濾出端口區(qū)212的形狀、相對位置以及尺寸沒有任何特殊的限制。在形狀和尺寸方面，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可選擇適合于所尋求的特殊過濾的形狀和尺寸。盡管在圖3a、3b和3c中僅示出了一個特定的供給端口區(qū)210和濾出端口區(qū)212，但如果需要也可使用多個所述端口。例如見圖4a。
盡管在本發(fā)明的主要實(shí)施例中所述供給端口區(qū)和所述濾出端口區(qū)彼此相反地位于聚合物框架28的遠(yuǎn)端和所述過濾區(qū)處于上述兩個端口之間的大致中心處(例如，見圖3a和3b)，但這并不是必須的。例如，如圖3c所示，也可構(gòu)造出一個可操作過濾板20，其中，供給端口區(qū)210和濾出端口區(qū)212彼此接近，并且由過濾區(qū)216大致包圍著。
聚合物框架28的結(jié)構(gòu)大小受具有外壁面216和內(nèi)壁面214的外壁限制。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，當(dāng)多個過濾板20n疊放在一起形成一個過濾單元10時，每個聚合物框架28的外壁面216會共同地形成過濾單元10的外側(cè)面。在本發(fā)明的某些主要實(shí)施例中，這樣形成的過濾單元10的組合外壁足夠水密、持久和堅(jiān)固，從而，可在不使用外殼體的情況下執(zhí)行過濾。
通過過濾單元10的流路大部分是由聚合物框架28的結(jié)構(gòu)限定。在一種典型結(jié)構(gòu)中，過濾板20n的疊放體包括多對過濾板20n。如圖3b所示，在每對過濾板中，兩個完全相同的過濾板20I和20II放置在一起，并“背對背”對齊組合起來。當(dāng)液體在過濾操作的進(jìn)行當(dāng)中被引入所述一對過濾板中時，液體會首先進(jìn)入組合入口，然后再進(jìn)入形成在所述深層梯度式過濾包之間的通道中。隨后，液體會通過深層梯度式過濾包35，從而會被深層梯度式過濾包35過濾，之后再流入組合出口中。
所謂“并行流動過濾”(即，大致同時流過一次性整體過濾單元的每個過濾包)可通過以下方式實(shí)現(xiàn)將所述幾對過濾板這樣結(jié)合在一起，即所有入口和所有出口均對正和對齊。盡管優(yōu)選使用多對過濾板而使個體過濾板為偶數(shù)個，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解通過在合適構(gòu)造的端板之間置入單個過濾板也可形成一條可操作液體過濾流路。因此，本發(fā)明并不局限于使用的是多對偶數(shù)個過濾板還是奇數(shù)個過濾板。本發(fā)明在這種選擇方面具有靈活性。
過濾板對的一個可用實(shí)施例示于圖5中。在此，所述過濾板對包括兩個完全相同的過濾板20I，II，每個所述過濾板均包括一個聚合物框架28I，II，所述聚合物框架限定出一個供給端口區(qū)210I，II、一個濾出端口區(qū)212I，II和一個大致處于它們之間的過濾區(qū)216I，II。深層梯度式過濾包35I，II嵌在相應(yīng)的過濾區(qū)216I，II中。過濾板20I，II結(jié)合成一體以在過濾包35I，II之間形成一條供給通道50和在過濾包35I，II外側(cè)形成濾出通道52。組合供給端口區(qū)210I，II提供可使液體直接進(jìn)入供給通道50的開口。相似地，組合濾出端口區(qū)212I，II提供可使液體直接從濾出通道52排出的開口。
嵌在聚合物框架28之內(nèi)的深層梯度式過濾包35的特征在于，(優(yōu)選纖維基)過濾材料具有厚的分層結(jié)構(gòu)。過濾材料片或?qū)右来委B放起來形成一個復(fù)合墊狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)所選擇的制造技術(shù)，所述組合墊狀結(jié)構(gòu)可為“自支承”的或用于封裝在多孔外封皮、篩網(wǎng)或?yàn)V網(wǎng)內(nèi)。此外，模制的薄膜材料或無紡過濾材料層可用于替代優(yōu)選的纖維基材料或附加在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的這種纖維基材料上。
構(gòu)成過濾包的每層可由相同或不同的材料制成。然而，在功能方面，在向下游通過過濾包的方向上，每層均比其下一層具有越來越大的阻滯作用。在特別用于生物制藥過濾的一個實(shí)施例中，上游層提供所謂的“預(yù)過濾”功能(即，大約25至大約1微米的阻滯功能)；中間層提供所謂的“初級過濾”功能(即，大約1微米至大約0.3微米的阻滯功能)；以及下游層提供所謂的“液體精濾“功能(即，大約0.3微米至大約0.1微米的阻滯功能)。
每層或片均可由相同或不同的材料制成?？捎糜谶@種目的的基材的類型包含聚丙烯、聚酯、玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸脂、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、纖維素、石棉、尼龍、聚醚砜以及其它聚合(或非聚合)材料。
除了上述基材以外，也可考慮采用以下專利中所公開的過濾材料和介質(zhì)1987年2月24日授予K.C.Hou等人的美國專利No.4645567；1986年8月19日授予K.C.Chu等人的美國專利No.4606824；1985年4月16日授予K.C.Hou的美國專利No.4511473；1984年12月18日授予K.C.Hou的美國專利No.4488969；1994年2月1日授予K.Seller等人的美國專利No.5283106；1987年4月28日授予G.Aumann等人的美國專利No.4661255；以及1967年11月21日授予D.B.Pall等人的美國專利No.3353682。
通常優(yōu)選纖維材料，這是由于它們的多方面適應(yīng)性、相對較為容易的沉積、其強(qiáng)度增強(qiáng)性能、內(nèi)表面與重量之比、成本以及由于纖維可以以各種不同位置和角度定位。典型的纖維材料包含玻璃和石英，石棉，鈦酸鉀，膠體氧化鋁，硅酸鋁，礦棉，再生纖維素，微晶纖維素，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，聚丙烯腈，聚乙烯，聚丙烯，橡膠，對苯二甲酸和乙二醇的聚合物，聚酰胺，酪蛋白纖維，玉米纖維，醋酸纖維素，粘膠人造絲，大麻，黃麻，亞麻，棉，絲，羊毛，馬海毛，紙，金屬纖維例如鐵、銅、鋁、不銹鋼、黃銅、銀和鈦的纖維、以及具有板條狀或針狀顆粒的粘土例如這種類型的微晶高嶺石、海泡石、坡縷石和阿塔普吉特鎂質(zhì)粘土。
本發(fā)明對構(gòu)成所述預(yù)過濾區(qū)的層的形態(tài)沒有任何特殊的限制。例如，在一個實(shí)施例中，材料被形成為一個無紡合成針刺氈墊。如果使用聚丙烯，聚丙烯優(yōu)選為原纖維。換言之，纖維在其形成的過程中或之后基本上不具有通常添加或涂覆在聚丙烯纖維上的粘結(jié)劑、整理劑和其它佐劑。除了在聚丙烯的合成中固有的這些添加劑以外，原聚丙烯基本上不含有其它任何添加劑。
過濾墊或墊片的形成可通過不同的傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中，機(jī)械、空氣動力學(xué)或水動力學(xué)絲網(wǎng)形成的傳統(tǒng)技術(shù)用于天然和合成短纖維和長絲，靜電形成的傳統(tǒng)技術(shù)用于纖度非常小的纖維。
紡粘材料可由熱塑性材料例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚酯的熔紡長絲形成，它們通過針刺、收縮處理或添加粘結(jié)劑得到相當(dāng)大程度的固結(jié)(強(qiáng)化)。通過紡粘處理可獲得優(yōu)點(diǎn)，在所述紡粘處理中，長絲形成聚合物在一次操作中熔紡和在空氣流中冷卻，然后拉伸，最后直接織成墊或墊片的形式。由于紡粘無紡布的商品和質(zhì)量優(yōu)于其它無紡布，因此，紡粘無紡布通常用作過濾材料。
對于纖維素基材料，在一種制造方法中，首先需制備一種包括纖維素纖維、過濾添加劑和聚合熱固性粘結(jié)劑的漿。所述漿在真空條件下制成氈，然后高溫固化。陽離子樹脂當(dāng)固化時形成一個永久互連剛性結(jié)構(gòu)。從而，可形成一種組合結(jié)構(gòu)，其具有一個呈彎曲結(jié)構(gòu)的流動通道，并且包括嵌在纖維素基質(zhì)中的過濾添加劑。
用于制造過濾器的無紡布希望在固結(jié)(強(qiáng)化)狀態(tài)下使用。材料可通過任何傳統(tǒng)方式固結(jié)，例如可通過在壓力作用下進(jìn)行熱粘合，或通過針刺，或通過使用粘結(jié)劑例如諸如呈纖維或粉末形式的熱融粘合劑進(jìn)行熱粘合，其中在壓力作用下進(jìn)行熱粘合的方法中，材料承受砑光處理，在使用粘結(jié)劑進(jìn)行熱粘合的情況下，熱融粘合劑的融點(diǎn)必須低于絲網(wǎng)的纖維材料的融點(diǎn)，或預(yù)強(qiáng)化可通過使用上述方法的組合實(shí)現(xiàn)。
過濾材料在某些情況下通過混入非纖維添加劑即所謂的“助濾劑”可得到益處。這些助濾劑可通過使用合適的陰離子、陽離子或非離子結(jié)合樹脂混入。上述添加劑的實(shí)例包含但不限于酸洗硅藻土、珍珠巖、火成沉淀二氧化硅(用于疏水吸收)以及活性碳(用于吸收某些激素和熱原)。
濾膜例如模制或無紡或拉伸微孔濾膜用于最后幾層中的一層或多層(小孔尺寸為0.45或0.2微米)，當(dāng)材料流過為澄清過濾包的過濾包35時，上述最后幾層中的一層或多層可提供較高的雜質(zhì)阻滯作用。用于這種濾膜的合適材料包含但不限于包括再生纖維素和纖維素混合酯在內(nèi)的纖維素，聚偏二氟乙烯，聚砜，聚醚砜，聚芳基砜，尼龍，聚酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，PTFE樹脂，聚丙烯，聚乙烯，以及類似物。市場上有售的合適材料的實(shí)例是一種稱為RW濾膜的混合酯纖維素制品、一種稱作Durapore濾膜的PVDF濾膜和一種稱作Millipore Express濾膜的PES濾膜，所有這些濾膜均可從馬薩諸塞州的比勒里卡市的MilliporeCorporation獲得。
優(yōu)選通過注射成型將深層梯度式過濾包35并入聚合物框架28中。盡管傳統(tǒng)的注射成型方法可用于某些應(yīng)用場合，但許多熱塑性材料的記錄資料良好的熱后成型、預(yù)固化的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性(例如，收縮)會對并入后的過濾材料的結(jié)構(gòu)的完整性產(chǎn)生不良影響。例如，如果試圖并入的深層梯度式過濾包35是一種期望實(shí)現(xiàn)高分辨率分離(例如，常見于生物藥液分離中)的類型，環(huán)繞著的聚合物框架28即使短期或暫時地發(fā)生即使非常微小的結(jié)構(gòu)改變，也會對所述深層梯度式過濾包35的結(jié)構(gòu)的完整性產(chǎn)生不可接收的損害。在采用大框架形式的情況下，某些熱塑性原料在固化過程中可產(chǎn)生非常嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)翹彎，從而，即使堅(jiān)固的深層梯度式過濾包的結(jié)構(gòu)和功能的完整性也不能免受這種影響。
在本發(fā)明中，如果聚合物框架28被設(shè)計(jì)成足夠厚而可在完成的裝置的操作過程中承受住內(nèi)壓力，則其可提供較好的功能性。然而，聚合物框架模制得越厚，其收縮的趨勢就會越大。對扭曲和收縮方面的考慮也會限制材料的選擇。
為了解決上述這種相關(guān)的制造問題，可使用一種兩步模塑成型方法，其中，首先制成聚合物框架的相當(dāng)大的第一部分，其允許收縮到自然狀態(tài)，其余的較小部分在所述深層梯度式過濾包的鑲嵌成型過程中或與所述深層梯度式過濾包的嵌入同時模塑成型。特別地，兩步模塑成型方法可包括以下步驟(a)由熱塑性聚合物形成所述聚合物框架的第一部分，所述外側(cè)的第一部分至少提供所述過濾區(qū)；(b)將所述深層梯度式過濾包放置在所述過濾區(qū)中；以及(c)由所述熱塑性聚合物形成所述聚合物框架的第二部分，并且將所述深層梯度式過濾包嵌在合適的位置上，其中，所述第二部分使所述聚合物框架完成。
所述兩步模塑成型方法的優(yōu)點(diǎn)主要源于所述第一形成部提供的穩(wěn)定支撐作用。當(dāng)所述第二形成部的熱塑性材料冷卻(或硬化)時，雖然收縮或翹曲同樣會發(fā)生，但由于會受尺寸穩(wěn)定的第一部分施加的空間約束和其具有相對較小的體積，因此收縮或翹曲會受到大得多的限制。因此，深層梯度式過濾包35會在相對較為平穩(wěn)的情況下堅(jiān)固地嵌在所述聚合物框架內(nèi)，從而，會更小地?fù)p害其結(jié)構(gòu)和功能的完整性。
關(guān)于用于鑲嵌成型深層梯度式過濾包35的兩步模塑成型方法的更為詳盡的細(xì)節(jié)描述于與本申請要求優(yōu)先權(quán)的在先申請同一日期提交的名稱為“組合過濾板的制造方法”的美國專利申請No.10/870802。
盡管在上述實(shí)例中已突出強(qiáng)調(diào)了使用熱塑性材料形成聚合物框架28，但如果應(yīng)用場合希望或需要，所述框架的一部分或全部也可采用其它材料例如熱固性材料和橡膠，這將在以下描述。
深層梯度式過濾包35的一個代表性實(shí)例示于圖3中。深層梯度式過濾包35包括多個鄰近的過濾層355、357和359，它們置于兩個濾網(wǎng)352和354之間，每個所述過濾層的阻滯作用均好于其前面的一個過濾層。特殊地，所述深層梯度式過濾包的組成如下構(gòu)件 材料 厚度(英寸) 滲透率(LMH/psi)濾網(wǎng)352 聚丙烯壓延斜紋濾網(wǎng)0.022--過濾層355 包括纖維素木漿和硅藻土0.13 1800(DE50)的濕法墊過濾層357 包括纖維素木漿和硅藻土0.13 300(DE75)的濕法墊濾膜351 纖維素混合酯、微孔濾膜， 0.009200(RW01)小孔名義尺寸0.1微米濾網(wǎng)354 聚丙烯壓延斜紋濾網(wǎng)0.022--在一次性整體過濾單元10的優(yōu)選組件中，每個所述預(yù)結(jié)合過濾板對順序地放置在一起，并被定位在合適的存放器中，然后永久性地結(jié)合在一起，從而，形成了水密密封。在所述疊放體完成之后，將端板24和26分別定位在所述疊放體的下游和上游側(cè)，并以可形成水密密封的形式永久性地結(jié)合。永久結(jié)合可通過例如使用機(jī)械連接器、粘合劑、熱密封和類似方法完成。
在特別是用于圖4a所示類型的實(shí)施例的組件的熱密封工序方面，在使用熱塑性材料的情況下振動焊接可產(chǎn)生特別好的結(jié)果。
振動焊接及其幾個變型是眾所周知的技術(shù)。在振動焊接的過程中，要被熔合的構(gòu)件處于被以例如超過每秒20000個周期(即，20Hz)的頻率振動的某些預(yù)先指定的接觸點(diǎn)上。在數(shù)微秒內(nèi)產(chǎn)生劇熱，以在各接觸點(diǎn)上熔融所述熱塑性材料和焊接各層。振動焊接優(yōu)選于其它熱焊接方法，這是由于產(chǎn)生的熱可相對較為窄地局限于局部并且可快速地散去，從而，不再需要精細(xì)制作的和/或昂貴的散熱系統(tǒng)。
振動焊接是用于本發(fā)明的過濾單元的矩形的“未置于包殼內(nèi)”的結(jié)構(gòu)的熱結(jié)合的優(yōu)選方法。這種結(jié)構(gòu)基本由多個(例如，圖4a所示類型的)矩形過濾板組成，所述多個矩形過濾板整體置于一對端板之間。所述整體矩形過濾板被構(gòu)造和結(jié)合在所述端板之間，從而，可去除對使用外包殼的任何需要和要求，或不具有使用外包殼的優(yōu)點(diǎn)。具有非常高的尺寸穩(wěn)定性的熱塑性材料(例如，玻璃充填聚丙烯或聚砜)是這種實(shí)施例的優(yōu)選材料。在關(guān)于“一次性”的經(jīng)濟(jì)利益方面，可以理解，由于與振動焊接有關(guān)的成本較低，并且省去了包殼的包裹成型步驟，因此使用玻璃充填(glass-filled)熱塑性材料所產(chǎn)生的普通較高成本會得到抵消。
這樣產(chǎn)生的“未置于包殼內(nèi)”的過濾單元可用于在相對最小容納和安裝要求的情況下在豎直或水平位置過濾工業(yè)量級的液體。在安裝方面，很可能在結(jié)構(gòu)上需要使用普通壓縮板、入口、出口和相關(guān)的流動控制措施。
可用于熔合所有或一些在此構(gòu)想設(shè)計(jì)的構(gòu)件(特別在矩形“未置于包殼內(nèi)”的豎直或水平過濾單元的構(gòu)造中)的振動焊接的三個變型為角焊(使用最高達(dá)100Hz的頻率和最高達(dá)15度的角度)；線性焊(使用100至300Hz的頻率和0.5至2.5mm的振幅)；以及雙軸振蕩運(yùn)動焊(使用80至250Hz的頻率和最高達(dá)0.7mm的振幅)。
也可使用用于將構(gòu)件結(jié)合起來的其它替代性方法，例如輻射加熱、粘結(jié)劑結(jié)合、溶劑結(jié)合、諸如夾具、螺釘和螺母、鉚釘(塑料或金屬)的機(jī)械裝置或諸如熱固性材料的可固化材料。
如上所述，端板24和26將所述過濾板的疊放體的上游和下游端密封起來。它們通常由與所述過濾板的所述聚合物框架相同的聚合材料制成，并且可作為一個單獨(dú)為一個整體的單件模塑或澆注而成，或可為組裝件的一個集合體。優(yōu)選地，端板24和26上分別具有整體形成的所述過濾單元的入口40和出口60。
如需要，也可使用端口塞插塞或阻塞垂直通過過濾板20n的所述疊放體的供給和過濾線路的上游和下游端。例如，見圖6。所述端口塞可作為端板24和26的一部分整體形成，或可作為獨(dú)立構(gòu)件存在，所述獨(dú)立構(gòu)件可在隨后的構(gòu)造中被定位得抵靠著端板24和26，從而，可像一個軟木塞那樣強(qiáng)制性地插塞在所述供給和過濾線路的開口中。
所述端口塞、端板24和26以及聚合物框架28的材料和結(jié)構(gòu)組裝的選擇應(yīng)著眼于提高本發(fā)明所尋求的一次性和整體特性。為了實(shí)現(xiàn)上述這些目的，除了過濾材料以外的結(jié)構(gòu)和/或剛性過濾單元構(gòu)件(基本為所有構(gòu)件)應(yīng)通常例如通過眾所周知的注射成型方法由聚合材料以單件形式(即，作為單一、各向同質(zhì)、整體、非組裝件)形成。
通常合適的聚合材料的實(shí)例包含但不限于聚碳酸酯，聚酯，尼龍，PTFE樹脂和其它含氟聚合物，丙烯酸和甲基丙烯酸樹脂及它們的共聚物，聚砜，聚醚砜，聚芳基砜，聚苯乙烯，聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯，ABS及其合金和混合物，聚烯烴(例如，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯及它們的共聚物)，聚丙烯及其共聚物，茂金屬產(chǎn)生的聚烯烴，熱固性材料，橡膠，其它可固化聚合物材料例如聚氨酯、環(huán)氧樹脂、硅酮等合成橡膠，以及類似物。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一次性整體過濾單元10的一個實(shí)施例。一次性整體過濾單元10包括多個圓柱形過濾板20a-n，它們嵌在端板24和26之間。端板24(具有貝殼狀結(jié)構(gòu))和端板26(具有實(shí)心結(jié)構(gòu))中分別具有整體形成的入口40和出口60。包覆成型在所述過濾板的疊放體上的外包殼80“鉤掛”在每個端板24和26的外緣上。過濾板20a-n被構(gòu)造和布置成提供供給通道“x”和濾出通道“y”，它們分別通向和遠(yuǎn)離嵌在每個所述過濾板內(nèi)的每個深層梯度式過濾包35。供給通道“x”與垂直通過所述過濾板的中心供給線路FD直接“連通”；在由端口塞84堵塞的中心供給線路FD的最遠(yuǎn)端流動。所述濾出通道與垂直通過所述過濾板的中心濾出線路FT直接“連通”；回流到由端口塞82堵塞的中心濾出線路FT的上部區(qū)域中。濾網(wǎng)材料65例如厚度為大約0.020至大約0.040英寸的“開孔”聚丙烯濾網(wǎng)用于供給通道“x”和濾出通道“y”。
盡管已參照了本發(fā)明的某些特殊實(shí)施例描述了本發(fā)明，但在在此對本發(fā)明所作的描述的幫助之下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可作出眾多修改。應(yīng)認(rèn)為這些修改包含于權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種一次性整體過濾單元，其具有一個入口和一個出口，并包括多個過濾板，所述過濾板置于一對端板之間；每個所述過濾板分別包括一個聚合物框架和一個深層梯度式過濾包，所述深層梯度式過濾包嵌在所述聚合物框架中；所述過濾板和所述端板形成一個充分固定的整體式疊放體，其中，通過所述入口進(jìn)入所述一次性整體過濾單元的液體在通過所述出口從所述一次性整體過濾單元排出之前大致同時通過每個所述過濾板的所述深層梯度式過濾包。
2.如權(quán)利要求1所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述深層梯度式過濾包包括多層過濾材料，并且第一層過濾材料的滲透率大于最后一層過濾材料的滲透率。
3.如權(quán)利要求2所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述深層梯度式過濾包包括三層過濾材料(a)第一層過濾材料由纖維素和硅藻土構(gòu)成，并且具有大約1800LMH/psi的滲透率；(b)第二層過濾材料由纖維素和硅藻土構(gòu)成，并且具有大約300LMH/psi的滲透率；以及(c)第三層過濾材料是微孔濾膜，并且具有大約200LMH/psi的滲透率。
4.如權(quán)利要求1所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述聚合物框架(a)為單件；(b)具有一個限定所述聚合物框架的內(nèi)部區(qū)域的壁，所述壁具有面向內(nèi)部的表面和面向外部的表面；以及(c)在所述面向外部的表面內(nèi)提供了一個供給端口、一個濾出端口以及一個過濾區(qū)。
5.如權(quán)利要求4所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，每個所述過濾板均通過兩步鑲嵌成型方法制造，所述兩步鑲嵌成型方法包括以下步驟(a)由熱塑性聚合物形成所述聚合物框架的第一部分，位于外側(cè)的所述第一部分至少提供出所述過濾區(qū)；(b)將所述深層梯度式過濾包放置在所述過濾區(qū)中；以及(c)由所述熱塑性聚合物形成所述聚合物框架的第二部分，所述第二部分使所述聚合物框架得以完成，并且將所述深層梯度式過濾包鑲嵌就位。
6.如權(quán)利要求5所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述過濾板和所述端板均由熱塑性材料形成，并且通過振動焊接而被焊接在一起，以形成所述充分固定的整體式疊放體，所述充分固定的整體式疊放體從所述入口至所述出口是充分水密性的。
7.如權(quán)利要求1所述的一次性整體過濾單元，還包括一個耐用外包殼，其固定地覆蓋著所述過濾板的所述面向外部的表面且固定地保持所述端板。
8.一種一次性整體過濾單元，其具有一個入口和一個出口，并且主要由多個相鄰的熔合過濾板組成，所述過濾板置于一對端板之間；每個所述過濾板分別包括一個聚合物框架和一個深層梯度式過濾包，所述深層梯度式過濾包嵌在所述聚合物框架中，所述聚合物框架為單件，且呈大致矩形，而且設(shè)有端口；所述過濾板和所述端板形成一個充分固定的整體式疊放體，其中，通過所述入口進(jìn)入所述一次性整體過濾單元的液體在通過所述出口從所述一次性整體過濾單元排出之前通過所述端口大致同時進(jìn)入和排出所述每個所述過濾板的所述深層梯度式過濾包。
9.如權(quán)利要求8所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述聚合物框架由玻璃充填熱塑性材料形成。
10.如權(quán)利要求9所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述玻璃充填熱塑性材料是玻璃充填聚丙烯。
11.如權(quán)利要求9所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述玻璃充填熱塑性材料是玻璃充填聚砜。
12.如權(quán)利要求8所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述相鄰的熔合過濾板通過振動焊接鄰近熔合。
13.如權(quán)利要求1所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述聚合物框架由熱塑性材料形成。
14.如權(quán)利要求8所述的一次性整體過濾單元，其特征在于，所述聚合物框架由熱塑性材料形成。
全文摘要
公開了一種一次性整體過濾單元(10)，其適用于藥液的一次和/或二次凈化。所述一次性整體過濾單元具有一個入口(40)和一個出口(60)，并且包括多個過濾板(20n)，所述過濾板置于一對端板(24，26)之間。每個所述過濾板(20n)分別包括一個聚合物框架(28)，其中嵌入著一個深層梯度式過濾包(35)。所述過濾板和所述端板共同形成一個充分固定的整體式疊放體，其中，通過所述入口(40)進(jìn)入所述一次性整體過濾單元(10)的液體在通過所述出口(60)從所述一次性整體過濾單元排出之前大致同時(即，“并行”)通過每個過濾板(20n)的深層梯度式過濾包(35)。
文檔編號B01D63/08GK1721033SQ20051007900
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者格雷戈里·斯特里弗, 戴維·P·亞沃爾斯基, 倫納德·D·小德科斯泰, 拉爾夫·斯坦科夫斯基 申請人:米利波爾公司