专利名称：：滤板的制造方法
技术领域：
：本发明一般性地涉及制造复合滤板的方法，并且具体地说涉及制造基本平坦的滤板的方法，所述滤板包括热塑性的框和固定地嵌入所述框中的过滤材料，并降低机械应力对过滤材料的影响。
背景技术：
：滤板是公知的。它们的各种结构、应用和功能是大量的。在例如压滤器、正常流过滤盘、电去电离装置、多孔板和切向流过滤装置的制造中已经广泛使用的基本构造，即包括结合在其中并且由外部热塑塑料骨架容纳的基本平坦的过滤材料的结构。在制造滤板的传统方法中，通常在外部热塑性框架的形成同时或者同时期固定地结合过滤材料。虽然对于某些应用这种方法仍然在使用并具有良好的结果，很多文献报道许多热塑性材料在形成后预固化尺寸的不稳定性(例如收縮)可能对于结合的过滤材料的结构完整性具有不希望的影响。例如，如果要结合的过滤材料是设计能够实施高分辨液体分离(例如在生物药学液体分离中常用的)的类型，甚至周围聚合物骨架轻微的结构改变，即使是短期和临时的，也可能不可接受地危害所述过滤材料的结构完整性。某些聚合物原材料，例如还具有庞大的框架结构的情况，在固化期间可能产生严重的结构扭曲，从而既使坚固的过滤材料的结构和功能完整性也无法避免这些影响。尽管技术进步已经导致了聚合物原材料的发展一例如玻璃纤维聚合物复合物一在整个形成和固化过程中保留了基本上尺寸的稳定性，这些新型材料通常是昂贵的。考虑到药品工业逐步向所谓的"一次性制造"推进，这些新型聚合物材料的成本可能是无法接受的。在许多情况中，它们对于制造一次性过滤组件和装置是经济上不可行的。因此，需要制造基本平坦的滤板的其它方法，其中过滤材料可以牢固地嵌入或者结合在聚合物框架内，但是用来形成所述框架的聚合物原材料的尺寸不稳定性对其影响较小。
发明内容响应上述和其它需要，本发明一般地说提供了制造基本平坦的滤板的方法，所述滤板包括其中固定地安装有基本平坦的过滤材料的基本平坦的聚合物框，所述方法的特征在于其降低了过滤材料在聚合物框形成和固化时引起的不利的机械应力中的暴露。特别地，所述方法从聚合物(或其前体)，优选热塑性聚合物形成基本平坦的聚合物框的外部第一部分开始，所述外部第一部分具有内周下凹支架(innerperipherally-displacedledge)，该支架具有超过在所述框内以基本上共平面的关系容纳所述基本平坦的过滤材料的足够深度和宽度。例如，通过固化使所述外部第一部分是基本上尺寸稳定的。然后，将所需基本平坦的过滤材料安装到所述内周下凹支架。最后，通过在所述内周下凹支架的未填充区域中沉积相同或相似的聚合物(或其前体)，形成所述基本平坦的聚合物框的内部第二部分，从而基本上完成所述聚合物框并且将所述安装的过滤材料固定在适当位置。本发明的主要目的是提供基本平坦的滤板的制造方法，所述基本平坦的滤板包括其中固定地安装有基本平坦的过滤材料的基本平坦的聚合物框。本发明的另一个目的是提供基本平坦的滤板的制造方法，其包括其中固定地安装有基本平坦的过滤材料的基本平坦的聚合物框，其中所述基本平坦的聚合物框在至少两个单独的步骤中形成，在此期间结合所述基本平坦的过滤材料。本发明的另一个目的是提供基本平坦的滤板的制造方法，其包括其中固定地安装有基本平坦的过滤材料的基本平坦的聚合物框，其中所述基本平坦的聚合物框在至少两个不同且单独的步骤中由至少两种不同的聚合物原材料形成，并且在此期间结合所述基本平坦的过滤材料。本发明的另一个目的是提供基本平坦的滤板的制造方法，其包括基本平坦的聚合物框，其中固定地嵌入了基本平坦的但是比较厚的过滤包，其中所述过滤包包含大于l层的过滤材料。本发明的另一个目的是提供基本平坦的滤板，所述滤板通过将过滤材料固定地嵌入入聚合物框中的方法来制造，并且机械应力对其的影响降低。根据下面结合附图的详细的说明，可以更好地理解本发明的这些和其它目的。图1示意地显示了根据实践本发明方法的代表性方式形成的聚合物框100的第一外部部分12。图2a-2c是根据所述实践本发明方法的代表性方式逐步将其制造成基本平坦的滤板10的过程中，所述第一外部部分12的侧视图(沿着图1中的截面轴A-A截取)。具体实施例方式本发明一般性地提供了制造基本平坦的滤板的两步方法，所述滤板包括其中嵌入、固定地安装有基本平坦的过滤材料的基本平坦的聚合物框。实施所述两步方法，以适应所用材料的结构可变性，从而降低嵌入的基本平坦的过滤材料的不希望且不可取的变形，由此使得所制产品具有较少的弯曲、翘曲、凸出等变形，如果有的话。这种变形可能对所得滤板的功能性、有效性和/或寿命具有不利的影响。所述方法是耐用的(robust)并且可以实施来获得比较高的产率。在图2a-2c中示意地显示了两步嵌入方法的步骤。第一，如图2a所示，从聚合的聚合物(或其前体)形成所述基本平坦的聚合物框10的外部第一部分12(也参见图1)。外部第一部分12的结构是可变的，但是应该至少具有大于足以在所述聚合物框100内以基本上共平面的关系容纳所述基本平坦的过滤材料30的深度和宽度的内周下凹支架14。第二，退火、固化或者在持续时间、温度等方面充分的条件下处理外部第一部分12，使聚合物框100的外部第一部分12提供基本上尺寸的稳定性。第三，在给所述外部第一部分提供了所需程度的尺寸稳定性后，然后，以与所述基本平坦的聚合物框10的所述第一部分112基本上共平面的关系，在所述内周下凹支架14内安装基本平坦的过滤材料30，如图2b所示。第四且最后，如图2c所示，通过在所述内周下凹支架14的未填充区域一即过滤材料和外部第一部分12之间剩下的间隙或空间中沉积(并且优选固化)相同、相似或相容的聚合的聚合物(或其前体)来形成所述基本平坦的聚合物框10的内部第二部分18—从而完成所述聚合物框100并且将所述安装的过滤材料30固定在适当位置。优选地，就制造和处理的成本和容易性而言，外部第一部分12应该至少最初作为单片(即单个、完整的、未装配的部分)形成。如果需要，在本发明方法的后面步骤中，或者在完成嵌入过滤材料的聚合物框100的制造后，可以添加其它部分或组件。本发明的聚合物框10主要包括外部第一部分12(首先形成的)和第二内部18(后来形成)的组合。因此，内部第一部分12基本上可以定义为聚合物框100减去第二内部18。外部第一部分12可以包括几个不同的完整形成的结构特征。例如，在图1中所示的实施方案中，外部第一部分可以包括配置成在由几个本发明的滤板10装配的较大装置中适当地导向流体流动的部件22。可以按照需要集成其它结构特征，例如整体形成的多支路系统等流路或通道、内和/或外壁结构、辅助几个滤板1的堆叠的对齐导向装置或耦合器、板间端口插头和间隔、增强刚性的肋板、托架和支架，以及提供附加的过滤相关的、装配相关的和/或制造相关的功能性的其它类似结构。就其常用的尺寸和质量而言，所述第一外部12将构成整个聚合物框100的主体，所述第二内部18只构成了其一部分。较大的第一外部12用作较小的第二内部18的功能上更好的托架，从而在本发明方法的随后步骤中提供较高的尺寸稳定性。同样由于这一特征，如果该部分的质量和体积是比较小的，所述第二内部的收縮(和减其它不希望的变形)，当并且如果在后面的固化步骤中发生时，将对其所嵌的过滤材料的完整性具有更少的有害影响。如图1所示，外部第一部分12—尽管具有更多的结构变化一至少包括大于足以在所述聚合物框10内以基本上共平面的关系容纳所述基本平坦的过滤材料的深度和宽度的内周下凹支架14。内周下凹支架14提供了一个平台，在其上面在所述方法的后面步骤中安装基本平坦的过滤材料30。内周下凹支架在结构上可以简单地是模塑、凿刻或者切割成的或者提供在框架外部第一部分12的内部周围的沟槽或斜面或凸缘或者片。内周下凹支架应该具有这样的结构例如通过不产生不必要的可能阻塞或妨碍或者限制过滤材料30的进出的结构特征，从而便于容易安装基本平坦的过滤材料30。容易接近的内周下凹支架14将促使轻柔地处理精密的过滤材料，降低后来可能危害嵌入的过滤材料30的功能性的粗糙的且强制的操作。如果需要，内周下凹支架14还可以具有整体形成的间隔、插入物、肋状物、栏杆或辅助基本平坦的过滤材料30的适当校准和减取向的其它类似导向装置。至于形成方法，聚合物框可以例如通过公知的注模方法从许多聚合物材料(或其单体或低聚体前体)形成。其它塑料成形的方法例如包括热成形、转移模塑、热冲压、反应注塑、压塑、挤出、液体注模法、选择性激光烧结和立体平版印刷方法。其它聚合部分成形方法对于本领域技术人员是公知的。适当的聚合物材料的实例包括但不局限于热塑塑料，例如聚碳酸酯、聚酯、尼龙、PTFE树脂和其它氟聚合物、丙烯酸和甲基丙烯酸树脂和共聚物、聚砜、聚醚砜、聚芳基砜、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、ABS及其共混物和混合物、聚烯烃(例如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量的聚乙烯及其共聚物)、聚丙烯及其共聚物、以及金属茂产生的聚烯烃，以及热固性聚合物，例如聚氨酯、环氧等等。如上所示，在形成外部第一部分12外，然后使其固化(或者"硬化")至所需的尺寸稳定性。此处将尺寸稳定性定义为材料在各种温度和应力下维持其尺寸和形状的能力。在本发明的实践中对于广泛和/或非常宽的条件不一定能维持尺寸稳定性。相反地，考虑本发明的目的，模塑的部分应该是"足够"尺寸稳定性的，从而基本上耐受在所述聚合的聚合物框10的内部第二部分18的形成和固化期间可能遇到的温度和其它应力。尽管尺寸稳定性涉及许多潜在不可取的结构变化一例如翘曲、弯曲、原纤维化(fibrillation)—主要但不仅仅是本发明关心的收縮。据认为此处使用的收縮是该部分在已经达到正常或环境温度后的尺寸和在刚形成后的尺寸之间的差异。例如，根据模塑参数(例如空腔压力)，由通用聚苯乙烯树脂模塑的聚合物框表现出0.003英寸/英寸-0.007英寸/英寸(0.0076cm-0.0178cm)的模塑收縮。其它聚合物材料将表现出不同的收縮速率和比例。考虑到对于本发明的实施可行获得广泛的参数，包括使用广泛的聚合物起始材料及其前体，获得尺寸稳定性的特别步骤(或者多步)也有广泛的变化。根据起始材料，例如通过老化所形成的部分几分钟至几小时；和/或将其放在高温下的烘箱中；和/或在压模中压縮；和/或将其浸泡在硼酸浴或者其它化学稳定剂或交联剂中；和/或将其暴露于光化辐射下，都可以获得很大的尺寸稳定性。本领域技术人员可以使用其它类似的策略。与第一个形成步骤同期，可能在其使用的相同制造设备内使用这些和其它策略。确定获得"较大尺寸稳定性"所需的步骤需要考虑使用的具体起始材料。例如，当使用所谓"可结晶"聚合物时，与使用所谓的"形成玻璃"的聚合物相比，收縮量更受关注，这是因为在结晶时发生相对大的紧縮。结晶的量不仅确定了产物紧縮和收縮的量，而且确定了其力学性质。因此，通过测量和控制结晶可以维持产物的尺寸和力学一致性。维持尺寸稳定性的另一种途径是通过对操作条件(例如注入树脂的温度、模具的温度、注入压力和保持压力)的反馈控制，测量并控制模塑周期中指定时间时的收縮速率。特别关于注模程序，很清楚模塑收縮与应用和方法有关。对于所有的聚合物材料，更高的熔化和模塑温度增加了部件的收縮，而更高的模塑压力降低了部件收縮。模塑部件的尺寸稳定性是材料固有特性和最终部件在使用或者储备时暴露的条件的函数。它还受到加工方法一并且涉及形成温度、压力、冷却速率和截面厚度的强烈影响。模塑部件的最终尺寸由模具空腔的复杂性和尺寸以及当材料在模具中冷却时模塑收縮的趋势确定。例如，因为聚苯乙烯树脂是无定形(非晶形的)材料，所以它们表现出比例如聚乙烯和聚丙烯的晶形材料更低的模塑收縮。对于特定的材料，获得更高水平的尺寸稳定性可能是理想的。为此，可以实施公知的退火过程。与不退火的部件相比，退火主要使制造的部件可以在更高的温度下维持性能和尺寸容许偏差(dimensionaltorlerance)。退火通常最好在低于对最终使用部件确定的实际热变形温度大约5-10。F的温度下，在控制的、空气循环的烘箱中进行。试验已经表明在热水浴中退火的部件性质轻微劣于热空气退火部件的性质。对于取得最佳性质，推荐烘箱退火。如上所示，在将外部第一部分12固化至所需尺寸稳定性后，将基本平坦的过滤材料安装在内周下凹支架14内。如图2c所示，当安装时，优选以与聚合物框"基本上共平面"的关系布置基本平坦的过滤材料30。当然，不是在所有情况中都需要这种优选，举例来说如当出于功能或其它原因在过滤材料30中需要轻微的倾斜或或倾斜时。不管如何，本领域技术人员清楚如果不正确地安装过滤材料，在聚合物框12内歪斜，几个组件和功能体可能跟着发生问题。在本发明的优选实施方案中，基本平坦的过滤材料30将具有大致矩形或圆形的结构，基本上匹配内周下凹支架14的形状。优选地，过滤材料的长度、宽度和厚度(如果是矩形)或者直径和厚度(如果是圆形)比内周下凹支架14略小，从而当安装在其中时，形成绕其外围边缘相对均匀的空间(即间隙)，对于第二个框形成步骤在内周下凹支架内留下的所需未填充区域(即间隙)。可选地，可以将过滤材料30配置成紧紧地、边对边地配合在内周下凹支架14内。因为在这种实施方案中不存在间隙，但是优选仍需要将过滤材料设计成具有更小的厚度，和/或在其外部边缘上面或者穿过该边缘钻孔、打孔或者提供的孔洞或者类似的开口。这种"更小的厚度"和"开口"此处解释为上述的"未填充区域"，以与上述间隙相同的方式起作用。本发明不局限于任何特殊类型的基本平坦的过滤材料的组成或者制造。可以从几种可商购的或者已知的过滤器、膜和其它类似的气体或液体流体分离产品和技术中选择或者构建基本平坦的过滤材料30。基本平坦的过滤材料可以是单一的(例如一片膜)或者复合的(例如包含不同过滤材料层的"滤垫")。在本发明的几个实施方案中，过滤材料30可以具有不同的渗透性(例如对"初级澄清"、"二级澄清"、"抛光"等的适用性)、化学性质(例如疏水性、亲水性、疏油性、亲油性等)以及目的应用(例如切向流过滤、气体过滤、渗析、电去电离(electrodeionization)、罙度过虑(depthfiltration)等)。用于制造基本平坦的过滤材料30的材料包括合成或天然的组合物并且可以是无机物、有机物或其混合物。典型的无机材料包括但不局限于玻璃、陶瓷、金属、金属陶瓷(即陶瓷/金属复合体)等等。有机材料通常性质上是聚合的，并且可以是取代或未取代的。典型的聚合物包括但不局限于聚砜；聚苯乙烯，包括苯乙烯的共聚物，例如丙烯腈-苯乙烯共聚物、苯乙烯一丁二烯共聚物和苯乙烯-乙烯基苄卤共聚物；聚碳酸酯；纤维素的聚合物，例如纤维素醋酸丁酸酯；丙酸纤维素、乙基纤维素、甲基纤维素、硝化纤维素等；聚酰胺和聚酰亚胺，包括芳基聚酰胺和芳基聚酰亚胺；聚醚；聚(亚芳基氧化物)，例如聚(苯撑氧化物)和聚(亚二甲苯基氧化物)；聚(酯酰胺-二异氰酸酯)；聚氨酯；聚酯(包括多芳基化合物)，例如聚(对苯二甲酸亚乙酯)、聚(烷基甲基丙烯酸酯)、聚(垸基丙烯酸酯)、聚(苯撑对苯二甲酸酯)等等；多硫化物；聚(硅氧垸)；来自上述以外的a-烯烃不饱和单体的聚合物，例如聚(乙烯)、聚(丙烯)、聚(丁烯-l)、聚(4-甲基-l-戊烯)、乙烯类聚合物，例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚(偏二氯乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚乙烯醇、聚乙烯酯，例如聚醋酸乙烯酯和聚乙烯丙酸酯、聚乙烯吡啶、聚乙烯基吡咯垸酮、聚乙烯醚、聚乙烯酮、聚乙烯醛，例如聚乙烯醇縮甲醛和聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯酰胺、聚乙烯胺、聚乙烯磷酸酯和聚(乙烯基硫酸酯)；聚烯丙基化合物；聚(苯并苯并咪唑)；聚酰肼；聚噁二唑；聚三唑;聚(苯并咪唑)；聚碳化二亚胺；聚磷嗪等等，以及共聚物，包括含有来自上面的重复单元的嵌段共聚物以及包含前述任何化合物的接枝聚合物和混合物。典型的取代基包括卤素；例如氟、氯和溴；羟基；低级垸基；低级烷氧基；单环芳基；低级酰基基团等等。基本平坦的过滤材料特别优选的实施方案是垫状密度梯度的过滤包，例如在2004年6月17日递交的标题为"DisposableIntegralFilterUnit"相关的待审美国专利第10/871,694号中所述。如其中所述，深度梯度过滤包(deepgradientfilterpacket)包括许多中间插有一对筛网352的相邻过滤层，其中每个过滤层的保留率大于其前面一层(即更有选择性)。在一个具体的实施方案中，深度梯度过滤包组成如下<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>如图2c中所示，本发明方法的最后步骤涉及通过在所述内周下凹支架14的未填充区域中沉积聚合物(或其前体)来形成基本平坦的聚合物框100的内部第二部分18，从而基本上完成所述聚合物框100并且将安装的基本平坦的过滤材料30固定在适当位置。用于第二个形成框的步骤的聚合物(或其前体)可以与在第一个形成框的步骤中使用的热塑性材料等同或者相似。如果使用不相同的材料，应该根据本发明的目的考虑第二种材料与第一种材料的相容性。因此，所述第二种材料在沉积和固化时应该与所形成的第一个外部部分12形成良好的结合。其还应该能够形成第二外部部分，其在广泛的潜在过滤条件下固定地保持嵌入的过滤材料30具有足够的耐久性。以大致相同的方式，第一和第二热塑性材料无需相同，用于第二个形成框的步骤的方法无需与用于第一个形成框的步骤的方法相同。换句话说，尽管第二个形成框的步骤可以选自与上述相同的方法，但是它不一定是相同的。例如，可以通过注模形成外部第一部分12(即"第一个形成框的步骤")；并且通过挤出和退火随后形成内部第二部分18(即"第二个形成框的步骤")。尽管取决于所选的形成方法，但是即使最终的框是一作为第一和第二个框部分熔合的结果一是整块的，第一和第二部分之间的界面结合也可以在最终的聚合物框10的剖面中保持可见或者可检测到。当沉积时，所选聚合物材料(或其前体)应该注入并且填充内周下凹支架14的"未填充区域"，接触并覆盖内周下凹支架和在过滤材料30外部边缘处或附近的仍暴露的或者"敞开"的表面。当热塑性材料固化(或者硬化)时，可能发生收縮或翘曲，但是由于尺寸稳定的外部第一部分12施加的空间限制以及其比较小的质量，收縮或翘曲只在较有限的程度上发生。因此，在应力较小并因此不太可能危害过滤材料结构和功能完整性的条件下，过滤材料30牢固地嵌入在最终聚合物框10内。在完成基本平坦的滤板10后，可以采取进一步的步骤例如来提供附加的功能性和/或进一步使滤板更经得起随后进一步装配成更大的过滤装置的检验。就此而言，很清楚"最终"的滤板io可以是准备用于其目的用途的"终产品"或者准备用于安装的"最终组件"。其它嵌入后的步骤例如可以包括通过滤板钻孔、添加液流分配器和流路；除去毛边、浇口和/或其它类似的不想要的残留模塑废料；表面施用疏水或亲水涂层；表面抛光或粗糙化；高压灭菌、蒸汽灭菌，或者其它消毒化学处理；以及包装。虽然已经参考特定的具体实施方案说明了本发明时，本领域技术人员在本文提出的本发明的教导下可以对其实施许多修改。应认为这些修改都涵盖如在所附权利要求中给出的本发明的范围内。权利要求1.一种制造基本平坦的滤板的方法，所述滤板包括其中固定地安装有基本平坦的过滤材料的基本平坦的聚合物框，所述方法包括以下步骤(a)从聚合物或其前体形成所述基本平坦的聚合物框的外部第一部分，所述外部第一部分具有内周下凹支架，该支架具有超过在所述热塑性框内以基本上共平面的关系容纳所述基本平坦的过滤材料的足够深度和宽度；(b)使所述外部第一部分是基本上尺寸稳定的；(c)在所述内周下凹支架中安装所述基本平坦的过滤材料；及(d)通过在所述内周下凹支架的未填充区域中沉积所述聚合物或其前体，形成所述基本平坦的聚合物框的内部第二部分，从而基本上完成所述框并且将所述安装的过滤材料固定在适当位置。2.根据权利要求1的方法，其中所述外部第一部分包括通向和流出所述固定安装的基本平坦的过滤材料的流路。3.根据权利要求1的方法，其中所述外部第一部分包括所述基本平坦的框的主体部分。4.根据权利要求1的方法，其中所述聚合物是热塑性聚合物，当从基本上更高的温度冷却至所述热塑性聚合物的玻璃化转变温度时其收縮。5.根据权利要求1的方法，其中所述聚合物是聚丙烯。6.根据权利要求1的方法，其中所述聚合物是聚砜。7.根据权利要求1的方法，其中所述外部第一部分通过注模形成。8.根据权利要求1的方法，其中所述基本平坦的过滤材料是深度梯度过滤包，该过滤包包括包裹在多孔外t层内的多层过滤材料。9.一种制造基本平坦的滤板的方法，所述滤板包括其中固定地安装有基本平坦的过滤材料的基本平坦的聚合物框，所述方法包括以下步骤(a)从第一种聚合物或其前体形成所述基本平坦的框的外部第一部分，所述外部第一部分具有内周下凹支架，该支架具有超过在所述框内以基本上共平面的关系容纳所述基本平坦的过滤材料的足够深度和宽度；(b)使所述外部第一部分是基本上尺寸稳定的；(C)在所述内周下凹支架中安装所述基本平坦的过滤材料；及(d)通过在所述内周下凹支架的未填充区域中沉积第二种聚合物或其前体，形成所述框的内部第二部分，从而基本上完成所述框并且将所述安装的过滤材料固定在适当位置。10.根据权利要求9的方法，其中所述外部第一部分包括通向和流出所述固定安装的基本平坦的过滤材料的流路。11.根据权利要求9的方法，其中所述外部第一部分包括所述基本平坦的框的主体部分。全文摘要本发明公开了一种制造基本平坦的滤板的方法，所述滤板包括基本平坦的聚合物框，优选热塑性聚合物框和固定地安装在所述框中的基本平坦的过滤材料。所述方法的特征在于降低了由聚合物框的形成和固化引起的不利的机械应力对过滤材料的影响。为此，在至少两个单独的步骤中形成了基本平坦的聚合物框，在此期间并入所述基本平坦的过滤材料。先形成的部分(100)用于机械约束，使后结合的过滤材料免受第二“嵌入”部分(18)在其形成期间收缩或者弯曲倾向的影响。文档编号B01D63/08GK101107118SQ200580019687公开日2008年1月16日申请日期2005年6月10日优先权日2004年6月17日发明者拉尔夫·斯坦科夫斯基,詹姆斯·J.·韦格纳申请人:米利波尔公司