<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von porösen, offenporigen bzw.
- zelligen, reaktionsfähigen füllstoffhaltigen Materialien, bestehend aus einer Polymergrundlage und einem reaktionsfähigen Füllstoff.
Die genannten Materialien können bei der Wasseraufbereitung, der Abwässerreinigung und der Sorption verschiedener Produkte aus flüssigen und gasförmigen Medien zur selektiven Scheidung von Metallen breite Verwendung finden.
Es sind gegenwärtig hunderte Marken von Ionenaustauscherharzen allgemeiner und spezieller Zweckbestimmung bekannt, die unter verschiedenen Bezeichnungen in den Handel kommen. Unlösliche Ionenaustauscherharze mit dreidimensional vernetztem Gebilde der Makromoleküle unterteilt man nach dem Ladungsvorzeichen der austauschenden Ionen in Kationenaustauscher, Anionenaustauscher und amphotere Ionenaustauscher. Zu der Gruppe der Ionenaustauscher zählt man auch komplexbildende Sorptionsmittel, die die Stoffe aus den Lösungen nicht durch Ionenaustausch, sondern durch Chemosorption adsorbieren. Der Ionenaustausch unter Beteiligung der Ionenaustauscher kann als heterogene chemische Reaktion angesehen werden, an der bewegliche Ionen teilnehmen, während das unbewegliche makromolekulare Ion entgegengesetzten Vorzeichens die polymere Grundlage (Matrize) bildet.
Man stellt gewöhnlich Ionenaustauscher in Gestalt von sphärischen Teilchen oder Teilchen unregelmässiger Form her. Optimal ist die sphärische Form der Teilchen, weil in diesem Falle der geringste hydraulische Widerstand in den Kolonnen gewährleistet wird.
Nach dem Strukturmerkmal können die Ionenaustauscher in zwei Typen unterteilt werden, u. zw. in gelförmig, die keine Übergangsporen aufweisen, und makroporöse, in denen die feste Phase des Ionenaustauschers von Poren durchzogen ist, die einen Querschnitt von 10 bis 100 nm erreichen. Zu den Gelionenaustauschern zählen übliche oder Standardionenaustauscher, makrovernetzte und isoporöse Ionenaustauscher. Die üblichen festen Ionenaustauscher in Form von Körnern oder Granalien der Gelstruktur, erhalten durch Polymerisation oder Polykondensation, besitzen Quellungsvermögen, bestimmt durch die Häufigkeit und Starrheit der intermolekularen Vernetzungen.
In trockenem oder schwachgequollenem Zustand zeigen diese Ionenaustauscher keine merkliche Porosität, was ihre Anwendung in nichtwässerigen Lösungen sowie für die Sorption von Ionen grösseren Durchmessers, beispielsweise grösserer organischer Ionen, begrenzt.
Die Permeabilität des polymeren Gerüstes des Ionenaustauschers ist eine der besonders wichtigen Eigenschaften, die seine praktische Verwendung bestimmt, weshalb in der letzten Zeit der Herstellung poröser Ionenaustauscher grosse Aufmerksamkeit geschenkt wird. Auf Grund der entwickelten Oberfläche sind sie in den Reaktionen der polymeranalogen Umwandlungen und den Sorptionsprozessen sehr aktiv. Jedoch weisen sie infolge des hohen Divinylbenzolgehaltes (bis 50%) eine gegenüber den gelförmigen Ionenaustauschern niedrigere Austauschkapazität auf und sind in Wasser nahezu nichtquellbar.
Die Geschwindigkeit der Austauschprozesse wird praktisch durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Gegenions in die Körner des Ionenaustauschers bestimmt. Bei verhältnismässig grossen Abmessungen und relativ geringer spezifischer Oberfläche der Granalien quellen die Ionenaustauscherharze infolge räumlicher Vernetzungen schwach, wodurch der Diffusionsprozess verlangsamt und folglich die Austauschgeschwindigkeit der Ionen gesenkt wird.
Ein weiterer Nachteil vieler synthetischer Ionenaustauscher ist im allgemeinen deren niedrige chemische und thermische Stabilität sowie geringe mechanische Festigkeit. Die Verluste an Ionenaustauschern infolge der Aufspaltung der Körner nach den bei der Zerkleinerung des Harzes erhaltenen Rissen beim Schwinden desselben während der Wärmebehandlung oder beim Einwässern des Ionenaustauschers erreichen in einigen Fällen 10 bis 15%.
Zur Verhinderung der Aufspaltung der Teilchen sollen die Ionenaustauscher eine elastischere Struktur aufweisen. In diesem Zusammenhang gewinnen immer mehr an Bedeutung Ionenaustauscherfasern. In der Tat bewirken die bedeutend stärker entwickelte Oberfläche der Fasern, die in der Oberflächenschicht mit aktiven funktionellen Gruppen maximal angereichert ist, die schnelle Benetzbarkeit und die hohe Kapillarität der Fasermaterialien eine höhere Geschwindigkeit der ablaufenden Prozesse gegenüber den granulierten Materialien. Ausserdem beträgt die wirksame Grösse der Körner der granulierten Ionenaustauscher 0, 43 bis 0, 63 mm, während der Querschnitt
<Desc/Clms Page number 2>
der meisten reaktionsfähigen Fasermaterialien 20 bis 30 mal kleiner ist und 0, 02 bis 0, 03 mm beträgt.
Folglich ist der Diffusionsweg der Ionen in den Fasermaterialien ebenfalls ungefähr 20 bis 30 mal kürzer. Dieser Umstand ist die Hauptursache für die höhere Kinetik der reaktionsfähigen Fasern gegenüber den granulierten Materialien. Wesentlich ist es auch, dass die meisten modifizierten Fasern mit reaktionsfähigen Gruppen eine hohe Porosität aufweisen, die häufig 100 bis 200 m'/g erreicht. Die Umwandlungsgeschwindigkeit der funktionellen Gruppen solcher Fasern ist besonders hoch.
Jedoch ballen sich die reaktionsfähigen Fasern wie auch die nichtgewebten Materialien auf ihrer Basis, eingebracht in die Kolonne, verhältnismässig schnell zusammen und erhöhen stark den hydrodynamischen Widerstand der Filterschicht.
Zum Vermeiden dieses Nachteils ist es notwendig, dass die Filterschicht die Elastizität der elastischen geschlossenzelligen Schaumkunststoffe aufweist.
Es ist gegenwärtig ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumkunststoffen, die ionogene Gruppen enthalten, bekannt (US-PS Nr. 3, 988, 268). Amphotere Schaumkunststoffe erhält man aus Reagentien, die Kationen- und Anionengruppen enthalten. So ist die Herstellung von Polyurethanschaumkunststoffen durch Umsetzung eines organischen Polyisocyanats A (erhalten durch Umsetzung des Isomerengemisches von 80%-Masse 1-Methylbenzol-2, 4-diisocyanat mit 20%-Masse 1-Methylbenzol-2 6-diisocyanat) mit der organischen Verbindung B, die ein Gemisch des Salzes von Polyesterpolyol mit Carboxyl- oder Sulfogruppen und des Salzes von Hydroxypolyäther mit tert. Aminogruppen ist, in Anwesenheit von Schäumungsmitteln bekannt. Sie eignen sich als Bodengrundlage beim Züchten von Pflanzen.
Es sind Ionenaustauscher-Schaumkunststoffe bekannt (US-PS Nr. 3, 867, 319 ; Nr. 3, 947, 387), die durch Verschäumen eines Polymeren erhalten werden, das in Gegenwart einer als Weichmachungsmittel für die ionogenen Gruppen dienenden flüchtigen polaren Verbindung erhalten wird. Das Polymere enthält 0, 4. bis 10 Mol-% aufgepfropfte saure Gruppen, hauptsächlich Sulfogruppen und stellt sulfoniertes Polystyrol dar. Das nach diesem Verfahren erhaltene Material besitzt eine niedrige Austauschkapazität (die Anzahl der ionogenen Gruppen, insbesondere der Sulfogruppen, beträgt 0, 2 bis 20 Mol-%) und niedrige mechanische Festigkeit. Ausserdem sind solche Materialien durch Härte und Sprödigkeit gekennzeichnet.
In einer Patentschrift (US-PS Nr. 3, 094, 494) werden Ionenaustauscher-Zellenmaterialien vorgeschlagen, welche aus geschäumtem Polyurethan, das die Rolle der polymeren Matrize erfüllt, und Ionenaustauscherkunstharz als Füllmittel in einem Anteil von 0, 5 bis 160 Masseteile je 100 Masseteile Matrize bestehen. Für die Herstellung solcher Materialien gibt man zu 100 Masseteilen des Oligomeren von Polypropylenglykol [erhalten durch Erhitzen von 2 Teilen eines Gemisches aus 100 g Polypropylenglykol der Molmasse 2000 und 35 Teilen Toluoldiisocyanat (isomeres Gemisch 80/20)] 67 Teile feingemahlenes Ionenaustauscherharz auf Basis von Sulfosäure (sulfoniertes Styrol und Divinylbenzol in der Natriumform) hinzu und verrührt bis zum Erzielen einer homogenen Masse.
Dann gibt man ein Gemisch aus 2, 4 Teilen Wasser, 1 Teil Methylmorpholin, 1 Teil Triäthylamin, 0, 6 Teilen Dimethylpolysiloxan zu und verrührt zum Verschäumen. Das geschäumte Gemisch giesst man in eine Form und lässt es in ruhigem Zustand bis zum Abschluss des Verschäumens stehen. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Materialien sind biegsam, elastisch und für Gase und Flüssigkeiten durchlässig. Das Ionenaustauscherharz ist für Flüssigkeiten zugänglich. Jedoch kommt es unter der Einwirkung der Gebrauchslösungen zum Auswaschen des feingemahlenen Ionenaustauscherharzes aus dem Material, was sich wesentlich auf die Austauschkapazität im Betriebsprozess auswirkt und zu einer Senkung der Lebensdauer solcher Materialien führt. Ausserdem weist das Material verhältnismässig niedrige kinetische Kennwerte auf.
Infolge dieser Besonderheiten erscheint die Verwendung der Ionenaustauscher-Zellenmaterialien und der mit Harz gefüllten Schaumstoffe für die Lösung solcher Probleme, wie der Schutz der Umwelt vor Verunreinigung unwirksam. Auf Grund niedriger Werte der Austauschkapazität, der Hydrophobie und der niedrigen Geschwindigkeit der Austauschprozesse kann ihre Verwendung nicht die Reinigung von Abwässern von den Schadstoffen bis zu den notwendigen Werten der höchstzulässigen Konzentrationen gewährleisten. Ausserdem ist die Möglichkeit, die
<Desc/Clms Page number 3>
Eigenschaften der Materialien zum Zwecke einer Erweiterung deren Anwendungsgebiete zu variieren, erschwert oder gar ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Zugabe zu einer polymeren Grundlage eines reaktionsfähigen faserförmigen Füllstoffes ein reaktionsfähiges Material zu entwickeln, welches durch hohe Geschwindigkeiten der Austauschprozesse, hohe osmotische Stabilität, hohe mechanische Festigkeit und biegsamelastische Eigenschaften gekennzeichnet ist.
Die gestellte Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung von porösen, offenporigen bzw.-zelligen, reaktionsfähigen füllstoffhaltigen Materialien, bestehend aus einer Polymergrundlage und einem reaktionsfähigen Füllstoff, gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man als Polymergrundlage Polyvinylformal- oder Polyurethanschaum und als reaktionsfähigen Füllstoff zerkleinerte Ionenaustauscher- und/oder komplexbildende Fasern einsetzt, wobei letztere in einem Anteil von 10 bis 80%-Masse, bezogen auf das Fertigmaterial, vorhanden sein können.
Es ist zweckmässig, dass der Gehalt an reaktionsfähigen Fasern 50 bis 70%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials, beträgt. Dabei besitzt das Material maximale Kapazität sowie mechanische Festigkeit und behält die biegsamelastischen Eigenschaften bei.
Als reaktionsfähige Ionenaustauscherfasern verwendet man stark und schwach saure oder stark oder schwach basische Ionenaustauscher und Polyampholyte auf Basis von Polyvinylalkoholfasern. Die Polyvinylalkoholfasern weisen besondere Eigenschaften auf, die für die Herstellung und die Arbeitsweise der reaktionsfähigen Fasern besonders wichtig sind. In die Polyvinylalkoholfasern können Sulfosäuregruppen eingeführt, die Veresterung der Fasern mit bifunktionellen Carbonsäuren durchgeführt und die Pfropfung der ionogenen Kationen- und Anionenaustauschergruppen über die Carboxyl- und Hydroperoxydgruppen vorgenommen werden. Dadurch gelingt es, reaktionsfähige Fasern mit einer Austauschkapazität bis zu 6 mval/g zu erhalten.
Man verwendet als reaktionsfähige Ionenaustauscherfasern auch stark und schwach saure, stark und schwach basische Ionenaustauscher und Polyampholyte auf Basis strukturierter Polyacrylfasern. Das Vorliegen von reaktionsfähigen Nitril-und Carboxylgruppen in diesen Fasern macht es möglich, Ionenaustauscher zu erhalten, die sich durch eine Vielfalt von Eigenschaften und Werte der Austauschkapazität auszeichnen. Durch alkalische Verseifung der Nitrilgruppen erhält man Polyampholyte mit einer Austauschkapazität von 8 bis 9 mval/g. Die Polyacrylionenaustauscherfasern zeichnen sich durch hohe chemische Beständigkeit aus. Ihre Verwendung macht es möglich, die Prozesse der Sorption-Desorption in einem breiten Bereich der pH-Werte bei erhöhten Temperaturen durchzuführen.
Als reaktionsfähige Ionenaustauscherfasern verwendet man auch stark und schwach saure, stark und schwach basische Ionenaustauscher und Polyampholyte auf Basis von Hydratzellulosefasern. Diese Ionenaustauscher zeichnen sich durch hohe Hydrophilie aus, wodurch es möglich wird, die Diffusionsprozesse mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Die Hydratzellulose-Ionenaustauscherfasern weisen eine hinreichend hohe mechanische Festigkeit, besonders in neutralen Lösungen, auf, was eine wesentliche Bedeutung bei der Verwendung der Materialien beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie hat. Die nicht hohen Kosten der reaktionsfähigen Hydratzellulosefasern machen es möglich, diese für die Herstellung von Ionenaustauschermaterialien für einmalige Benutzung zur Sorption besonders wertvoller Metalle zu verwenden.
Man verwendet Ionenaustauscherfasern auf Basis von Phenolaldehydfasern, die ein dreidimensionales Netzwerk und erhöhte chemische Beständigkeit aufweisen.
Man verwendet Polyolefin- und Polyvinylhalogenidionenaustauscherfasern, die durch hohe Festigkeit und hohe chemische Beständigkeit gekennzeichnet sind.
Als komplexbildende reaktionsfähige Fasern verwendet man komplexbildende Polyacrylfasern mit Phosphorsäure- und Thiolgruppen.
Als komplexbildende reaktionsfähige Fasern verwendet man funktionelle Gruppen enthaltende Polyvinylalkoholfasern, welche Donator-Akzeptor-Bindungen (Koordinationsbindungen) mit den mit ihnen im Kontakt stehenden Ionen, Atomen oder Molekülen bilden können. Man verwendet Phosphorsäure-, stickstoffhaltige, sauerstoffhaltige Polyvinylalkoholfasern.
Ausserdem verwendet man als komplexbildende reaktionsfähige Fasern Hydratzellulosefasern
<Desc/Clms Page number 4>
mit Phosphorsäuregruppen und stickstoffhaltige Hydratzellulosefasern. Man verwendet schwefel- haltige Hydratzellulosefasern mit Thiol- und Thiongruppen.
Die erfindungsgemäss erhältlichen porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen
Materialien besitzen eine Reihe wertvoller Eigenschaften. Sie vereinigen die hohen kinetischen
Kennwerte, die osmotische Stabilität und mechanische Festigkeit der reaktionsfähigen Fasern mit den biegsamelastischen Eigenschaften der Schaumkunststoffe. Ein entscheidender Vorteil der porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien gegenüber den granulierten
Materialien ist eine höhere Sortions- un Desorptionsgeschwindigkeit. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die wirksamen Masse der Ionenaustauschergranalien 20 bis 30-mal grösser sind als der Durchmesser der reaktiven Fasern, bei denen zudem die aktiven Gruppen an der Oberfläche konzentriert sind.
Der Diffusionsweg der zu sorbierenden Ionen zu den aktiven Gruppen der Ionenaustauscherfasern ist viel kürzer und die Geschwindigkeit der Prozesse der Sorption-Desorption an den porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien ist ungefähr 20 bis 30-mal höher im Vergleich mit den granulierten Materialien.
Die porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien werden bei starken mechanischen Einwirkungen und starken Veränderungen der Ionenstärke der Lösungen praktisch nicht zerstört.
Die porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien sind durch Biegsamkeit, Elastizität, Unzerstörbarkeit bei Verformungen, Schlägen und Stössen gekennzeichnet. Die Materialien sind hydrophil und weisen ein gut entwickeltes Netz von kommunizierenden Kapillaren und Poren auf.
In trockenem Zustand verschwindet die mikroporöse Kondensationsstruktur des Materials, indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt. Es bleibt nur die beim Verschäumen und durch die Zugabe des faserigen Füllstoffes erzeugte Porosität erhalten. In trockenem Zustand ist das Material hart und lässt sich zum Erteilen der notwendigen Abmessungen und der Form mechanisch bearbeiten (sägen, hobeln, schneiden). Das Vorliegen eines Systems verhältnismässig grober offener Poren und von kommunizierenden Kapillaren erleichtert bedeutend das Durchtränken der Materialien mit Gebrauchslösungen. Die dünnen Porenwände werden schnell befeuchtet und quellen, wobei sich die Kryptokondensationsstruktur wieder entfaltet und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand vor der Trocknung einnahm.
In gequollenem Zustand weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf, ist zu sehr grossen umkehrbaren Verformungen fähig. Da das Wasser ein Weichmacher für den Polyvinylformalschaum und die Fasern ist, führt selbst ein längerer Betrieb des porösen reaktionsfähigen Materials zu keinem Verlust an Elastizität.
In den porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien ist die Porengrösse viel geringer als die Faserlänge, während die letzteren in der Masse der polymeren Matrize fest befestigt sind. Beim Betrieb sind solche porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien infolge deren hoher osmotischer Stabilität und mechanischer Festigkeit durch hohe Stabilität der Masse gekennzeichnet.
Die porösen reaktionsfähigen Materialien können auf bestehenden Anlagen für die Herstellung von Polyvinylformalschaum und Polyurethanschaum erhalten werden.
Die Sorptionsprozesse unter Verwendung dieser Materialien kann man gemäss bestehender Technologie in Kolonnen und Filterpressen durchführen, ohne wesentliche konstruktive Änderungen an der apparativen Gestaltung dieser Prozesse vornehmen zu müssen.
Für die Herstellung eines porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials auf Basis von Polyvinylformalschaum verschäumt man eine wässerige Lösung von Polyvinylalkohol (man verwendet Polyvinylalkohol mit einer Molmasse von 30000 bis 150000) in Gegenwart eines grenzflächenaktiven Stoffes mit Hilfe eines mechanischen Rührers. Beim Verschäumen gibt man Formaldehyd in Form einer 37%igen wässerigen Lösung und eine wässerige Natriumchloridlösung zu. Man führt das Verschäumen zweckmässigerweise bis zur Erzielung eines Verschäumungsgrades von 3 bis 10 durch, wobei man Rührer verwenden kann, die in einem Geschwindigkeitsintervall von 500 bis 10000 Umdr/min betrieben werden.
Als Schaumbildner können ionogene und nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe, wie Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Alkylarylsulfonate, Amine verschiedenen Substitutionsgrades, Polyoxyäthylenester der Alkylphenole, Polyoxyäthylenester der Fettsäuren und andere, verwendet werden.
<Desc/Clms Page number 5>
Als Katalysatoren der Kondensationsstrukturbildung des Polyvinylformalschaums verwendet man Mineralsäuren, wie Salz-, Phosphor-, Salpeter-, Schwefelsäure u. dgl. Den Katalysator gibt man zweckmässigerweise einige min oder 1 min vor der Beendigung des Verschäumens zu.
Nach dem Erreichen des erforderlichen Verschäumungsgrades gibt man der Reaktionsmasse den faserigen Füllstoff in einem Schneckenmischer oder in demselben Behälter, in dem die
Verschäumung durchgeführt wurde, bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten des Rührers (100 bis
300 Umdr/min) zu. Die Fasern können eine Länge von 1 bis 60 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm, aufweisen.
Man verwendet beliebige Typen reaktionsfähiger Fasern, Ionenaustauscher- und komplexbildende Fasern, einzeln oder in verschiedenen Kombinationen miteinander, was dem herzustellenden Material entsprechende Eigenschaften erteilt.
Die Strukturierung (Acetalierung) des Polyvinylalkohols wird bei einer Temperatur von 20 bis 100 C durchgeführt, wobei sich entsprechend die Acetalierungsdauer von 1 bis 50 h verändert.
Die Viskosität des Systems steigt allmählich, wodurch die Schaumstabilität zusätzlich erhöht wird.
Bei der Acetalierung scheiden sich aus der Lösung kleinste Teilchen der neuen Phase aus, was zur Bildung der Kondensationsstruktur und zum gleichzeitigen Erhärten des Schaums führt. Im Prozess der Kondensationsstrukturbildung scheiden sich die Teilchen der neuen Phase (des Polyvinylformals) an der Oberfläche der Fasern ab, verbinden sich miteinander und bilden ein dreidimensionales Netzwerk, in dem auch die Fasern eingeschlossen sind. Da die Länge der Fasern (um das l-oder Zfaohe bis um das. lOOfache) die Porengrösse übersteigt, so sind sie gleichzeitig in mehrere Zellen eingebaut, durchziehen die Wände der Zellen oder sind in den Wänden selber angeordnet. Somit kommt es zu einer eigenartigen Bewehrung des Systems, wodurch die Festigkeit des porösen Materials bedeutend zunimmt.
Dabei kommt es zu keiner merklichen Senkung der Elastizität und Biegsamkeit der Matrize, da die Fasern selber eine hohe Biegsamkeit aufweisen.
Die erhaltenen Materialien wäscht man sorgfältig mit enthärtetem Wasser zur Entfernung der überschüssigen Säure, des Salzes und des Formalins und trocknet danach bei einer Temperatur von 70 bis 90 C.
Bei der Herstellung des porösen reaktionsfähigen Materials bringt man den Acetalierungsgrad des Polyvinylalkohols auf einen Wert, der die Bildung der Kondensationsstruktur in den Wänden der Schaumbläschen bewirkt. Beim Trocknen verschwindet die mikroporöse Kondensationsstruktur, indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt. Es bleibt nur die grössere Porosität erhalten, die beim Verschäumen und durch die Zugabe des faserigen Füllstoffes erhalten wurde. Im trockenen Zustand ist das Material hart und kann verschiedenen mechanischen Bearbeitungen unterworfen werden, um dem Erzeugnis die notwendigen Masse und Formen zu erteilen. Das Vorliegen eines entwickelten Systems von offenen Poren und Kapillaren im Material erleichtert bedeutend das Tränken des Materials mit wässerigen Lösungen.
Die dünnen Wände werden schnell befeuchtet und quellen, wobei sich die Kryptokondensationsstruktur wieder entfaltet und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand vor der Trocknung einnahm. In einem solchen gequollenen Zustand, wo der Polyvinylformalschaum ein kompliziertes faserig- - poröses System darstellt, das aus feinsten Strukturelementen besteht, weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf und ist unter Beanspruchungen zu sehr grossen umkehrbaren Verformungen fähig. Da das Wasser ein Weichmacher für den Polyvinylformalschaum ist, führt selbst ein längerer Betrieb des porösen reaktionsfähigen Materials zu keinem Verlust an Elastizität.
Die Herstellung eines porösen reaktionsfähigen Materials auf Basis von Polyurethanschaum umfasst folgende Stufen : Vermischen des Polyesters mit Diisocyanat, Verrühren in einem Hochgeschwindigkeitsmischer, Vermischen mit den zerkleinerten reaktionsfähigen Fasern, dem Katalysator und wenig Wasser, Giessen des Reaktionsgemisches in Formen zum Verschäumen und Härten der Schaummaterialien.
Für die Herstellung eines porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials auf Basis von elastischem Polyurethanschaum vermischt man alle Ausgangskomponenten in einem Mischer (einstufige Methode) oder man erhält zunächst Polyesterisocyanat aus Polyester und Diisocyanat, im Überschuss eingesetzt, und vermischt dann dieses mit den andern Komponenten (zweistufige Methode). Bei der einstufigen Methode läuft die Reaktion mit grosser Geschwindig-
<Desc/Clms Page number 6>
keit, bei der zweistufigen bedeutend langsamer ab. In dem letzteren Fall besteht die Möglichkeit, die Dichte des Materials zu regeln.
Man verwendet Polyester (Kondensationsprodukte polyfunktioneller Säuren und polyfunktioneller Alkohole), Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxyden mit bifunktionellen Alkoholen) und stickstoffhaltige polyfunktionelle Alkohole oder Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxyden mit polyfunktionellen Aminen, beispielsweise Äthylendiamin, Diäthylentriamin).
Als Katalysatoren der Umsetzung des Diisocyanats mit den Hydroxylgruppen der Polyester und Polyäther oder mehrwertigen Alkohole, die die Reaktionsgeschwindigkeit und die Dauer des Prozesses kontrollieren, verwendet man Phenolate, Methyl- und Äthylmorpholine, Pyridin, Dimethylanilin.
Als Emulgatoren dienen Natriumsalze der Sulfosäuren, andere grenzflächenaktive Stoffe. Als Weichmacher verwendet man Dibutylphthalat, Trikresylphosphat und andere.
Die Dichte des geschäumten Gemisches und die Anzahl der Querverbindungen regelt man durch die Veränderung des Anteils des Wassers und des Diisocyanats, die dem Polyester bzw. Polyäther zugesetzt werden. Je mehr Wasser und Diisocyanat zugesetzt werden, desto geringer ist die scheinbare Dichte und desto grösser die Anzahl der Vernetzungen zwischen den Ketten, wobei die letzteren die Härte des Materials erhöhen.
Das Härten des porösen reaktionsfähigen Materials dauert einige Stunden.
Die Reaktionsfähigkeit der fertigen Materialien untersucht man unter laboratoriumsmässigen Bedingungen wie folgt.
Zur Bestimmung der statischen Austauschkapazität taucht man eine Einwaage des porösen Materials (0, 5 bis 0, 6 g) in eine O. ln Lösung (eines Alkalis, einer Säure oder Natriumchlorid) und rührt 30 min. Den Anteil der ausgetauschten Ionen bestimmt man nach der Differenz der Ausgangs- und der Endkonzentrationen der Lösung.
Zur Bestimmung der vollständigen Austauschkapazität befindet sich das Material mit der Lösung 48 h in Berührung. Der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen, der die Austauschgeschwindigkeit kennzeichnet, stellt das Verhältnis der statischen Austauschkapazität bei 2 min Kontakt zwischen dem Material und der Lösung zur vollständigen Austauschkapazität dar.
Zur Bestimmung der prozentuellen Senkung der Kapazität der Materialien werden die letzteren mehrmaligen Austauscharbeitszyklen unterworfen.
Die dadurch erhaltenen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien übertreffen die bestehenden granulierten Materialien bedeutend (um das 20- bis 25-fache) in den kinetischen Kennwerten, der osmotischen Stabilität und der mechanischen Festigkeit.
Die Materialien weisen biegsamelastische Eigenschaften auf und sind zu sehr grossen umkehrbaren Verformungen fähig.
Die mit Fasern gefüllten porösen reaktionsfähigen Materialien werden zum Unterschied von den bestehenden Ionenaustauschern bei bedeutenden mechanischen Einwirkungen und starken Ver- änderungen der Ionenstärke der Lösungen praktisch nicht zerstört.
Bei der Herstellung von porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien können beliebige Typen reaktionsfähiger Fasern mit Ionenaustauscher- und komplexbildenden Eigenschaften sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander verwendet werden. Die Materialien weisen einen Komplex wertvoller Eigenschaften auf, können für viele Zwecke eingesetzt werden und sind für den Betrieb in flüssigen und gasförmigen Medien, die eine niedrige Konzentration des abzutrennenden Stoffes aufweisen, geeignet.
Im Betriebsprozess sind die porösen reaktionsfähigen Materialien infolge ihrer hohen osmotischen Stabilität und mechanischen Festigkeit durch hohe Stabilität der Masse gekennzeichnet.
Die Sorptions- und Ionenaustauschprozesse unter Verwendung dieser Materialien kann man gemäss bekannten Technologien in Kolonnen, Filterpressen und andern Apparaten durchführen, ohne wesentliche konstruktive Änderungen an der apparativen Gestaltung dieser Prozesse vornehmen zu müssen.
Zum besseren Verstehen der Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt.
Beispiel 1 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Polyvinylformalschaum und
<Desc/Clms Page number 7>
80% sulfonierte Polyvinylalkoholfasern enthält.
100 ml 10%ige Polyvinylalkohollösung verschäumt man in einem offenen Gefäss in Gegenwart eines Emulgators mit einem mechanischen Rührer bei Atmosphärendruck im Verlaufe von 10 bis 15 min. Dann giesst man unter fortgesetztem Rühren dem Schaum 10 ml 37%ige Formaldehydlösung und 10 ml 24%ige wässerige Natriumchloridlösung zu. 1 bis 2 min vor der Beendigung des Verschäumens gibt man als Katalysator der Reaktion der Kondensationsstrukturbildung 10 ml konz. Salzsäure zu. Dem homogenen Schaum gibt man unter ununterbrochenem Rühren durch die Sulfonierung von Polyvinylalkoholfasern erhaltene Ionenaustauscherfasern in einem Anteil von 40 g (80%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials) zu. Die Schnittlänge der Fasern beträgt 5 bis 8 mm.
Die erhaltene Masse giesst man in eine Form und hält zum Härten 60 min in einem thermostatierten Gefäss bei 70 C und dann zur Erzielung eines möglichst vollständigen Ablaufs des Prozesses 24 h bei Zimmertemperatur. Das erhaltene Material wäscht man nach der Abtrennung der flüssigen Phase von den unumgesetzten Reagentien und trocknet.
Das erhaltene Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der 0, ln Lösung von Kalziumchlorid beträgt 4,4 bis 4,6 mval/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen (das Verhältnis der statischen Austauschkapazität zur vollständigen Austauschkapazität) im Verlaufe von 2 min beträgt 88%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,3% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 150 bis 160 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 2 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Polyvinylformalschaum und 80% starksaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyacrylnitril enthält.
Das Verfahren wird analog Beispiel 1 mit dem Unterschied durchgeführt, dass man statt der Polyvinylalkoholfasern 40 g (80%-Masse) starksaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyacrylnitril einbringt.
Das Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Lösung von Calciumchlorid beträgt 3,6 bis 3,8 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 86%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2, 1% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 140 bis 150 kg/mz, beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 3 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% sulfonierte Phenolaldehydfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 23, 3 g (70%-Masse) sulfonierte Phenolaldehydfasern ein.
Das Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Lösung von Calciumchlorid beträgt 2,9 bis 3,0 mval/g, der Koeffizient der Aus-
EMI7.1
70% schwachsaure Polyacrylnitrilfasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 23, 3 g (70%-Masse) schwachsaure Polyacrylnitrilfasern, erhalten durch alkalische Verseifung frisch geformter Polyacrylnitrilfasern, ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Alkalilösung beträgt 6,5 bis 8, 0 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 89%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2, B% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 bis 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 5 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylalkoholfasern enthält.
<Desc/Clms Page number 8>
Das Verfahren zur Herstellung ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch 23, 3 g (70%-Masse) schwachsaure Polyvinylalkoholfasern ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Alkalilösung beträgt 3, 5 bis 4,5 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 87%.
Nach 10 lonenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,4% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 bis 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 6 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Hydratzellulosefasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 23, 3 g (70%-Masse) schwachsaure Hydratzellulosefasern, welche aufgepfropfte Polyacryl- oder Polymethacrylsäure enthalten, ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Alkalilösung beträgt 4,5 bis 5,2 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 92%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 3,5% gegen- über der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 120 bis 140 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 7 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Polyvinylformalschaum und 60% schwachbasische Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyacrylnitrilfasern enthält.
EMI8.1
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Lösung von Salzsäure beträgt 2,5 bis 2,7 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 89%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 1,9% gegenüber der Ausgangskapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 100 bis 110 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
EMI8.2
schwachbasische Polyvinylalkoholfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch 8 g (40%-Masse) Polyvinylalkoholfasern ein, die aufgepfropftes Poly-2-methyl-5-vinylpyridin enthalten.
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, 1n Salzsäurelösung beträgt 1, 1 bis 1, 3 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 86%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2,4% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 170 bis 180 kg/m"beträgt bleibt während des Betriebes unverändert.
EMI8.3
schwachbasische Hydratzellulosefasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 4, 4 g (30%-Masse) Hydratzellulosefasern, welche aufgepfropftes Poly-2-methyl-5- - vinylpyridin enthalten, ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O. ln Salzsäurelösung beträgt 0, 8 bis 0, 9 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 86%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2, 1% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
<Desc/Clms Page number 9>
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 bis 120 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 10 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Polyvinylformalschaum und 60% starkbasische Polyvinylalkoholfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch 15 g (60%-Masse) Polyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem quartären Salz des Polymethylvinylpyridins ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O. ln Natriumchloridlösung beträgt 1, 1 bis 1, 3 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 91%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 1, 8% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 200 bis 210 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 11 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Polyvinylformalschaum und 60% starkbasische Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyacrylnitril enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt der Polyvinylalkoholfasern 15 g (60%-Masse) Polyacrylnitrilfasern mit aufgepfropftem quartären Salz des Polymethylvinylpyridins ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O. ln Natriumchloridlösung beträgt 2, 1 bis 2, 0 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlaufe von 2 min 86%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2, 1% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 180 bis 190 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 12 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Polyurethanschaum und 50% starksaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylchlorid enthält.
Die Mischung zum Verschäumen besteht aus 6, 84 g (34, 2%-Masse) Polyester (insbesondere Polyäthylenadipat oder Polypropylenoxyd oder Copolymerisat von Tetrahydrofuran und Propylenoxyd mit den darin dispergierten Kationenaustauscherfasern auf Basis von Sulfogruppen enthaltendem
EMI9.1
Wasser und 0, 01 g (0, 05%-Masse) Paraffinöl.
Den Polyester vermischt man im Verlauf von 1 bis 2 min in einem schnellaufenden Mischer (65 bis 100 Umdr/s) sorgfältig mit feingeschnittenen Kationenaustauscherfasern auf Basis von Sulfogruppen enthaltendem Polyvinylchlorid in einem Anteil von 10 g (50%-Masse), gibt dann die übrigen Anteile der Mischung zu, rührt das Ganze 2 bis 3 min und giesst in eine Form, wo es zum Verschäumen und dann zum Härten kommt.
Das erhaltene Material ist ein starksaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Calciumchloridlösung beträgt 2, 1 bis 2, 2 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlauf von 2 min 65%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 2, 5% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 200 bis 220 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 13 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Polyurethanschaum und 50% Kationenaustauscherpolyolefinfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt der Polyvinylchloridfasern 10 g (50%-Masse) Polypropylenfasern mit aufgepfropfter Polymethacrylsäure ein.
Das erhaltene Material weist eine statische Austauschkapazität nach der 0, ln Alkalilösung von 3, 2 bis 3, 3 mval/g auf.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 180 bis 200 kg/m3 beträgt, bleibt während
<Desc/Clms Page number 10>
des Betriebes unverändert.
Beispiel 14 : Poröses rekationsfähiges Material, welches 60% Polyurethanschaum und 40% schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Phenolformaldehydfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt der Polyvinylchloridfasern 6, 7 g (40%-Masse) carboxylhaltige Phenolformaldehydfasern ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der 0, ln Alkalilösung beträgt 1, 2 bis 1, 3 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen im Verlauf von 2 min 54%.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 300 bis 320 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 15 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 60% Polyurethanschaum und 40% schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylidenchlorid enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylchlorid 6, 7 g (40%-Masse) Ionenaustauscherfasern, hergestellt aus Gemischen halogenhaltiger Polymeren mit einem Polymeren der Pyridinreihe, ein.
Das erhaltene Material ist ein schwachbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der 0, In Salzsäurelösung beträgt 3, 2 bis 4, 1 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 83%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die statische Austauschkapazität um 3, 1% gegenüber der Ausgangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 250 bis 280 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 16 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 60% Polyurethanschaum und 40% starkbasische Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylhalogeniden enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12 und 15, man bringt jedoch starkbasische Polyvinylchloridfasern, hergestellt aus Gemischen halogenhaltiger Polymeren und von Polymeren der Pyridinreihe, ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Natriumchloridlösung beträgt 1, 5 bis 1, 6 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 86%.
Beispiel 17 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 60% Polyurethanschaum und 40% schwachsaure Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylchlorid enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g starksaurer Kationenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylchlorid 6, 7 g (40%-Masse) Polyvinylchloridfasern ein, die aufgepfropfte Carboxylgruppen enthalten.
Das Material ist ein schwachsaurer Kationenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Alkalilösung beträgt 3, 1 bis 3, 4 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 87%.
Nach 10 lonenaustauschzyklen sinkt die Austauschkapazität um 2, 4% gegenüber der Aus- gangsaustauschkapazität.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 220 bis 240 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 18 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 70% Polyurethanschaum und 30% starkbasische Ionenaustauscherfasern auf Basis von Phenolaldehydfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g Polyvinylchloridfasern 4, 4 g (30%-Masse) mit Äthylendiäthylaminhydrochlorid aminierte Phenolformaldehydfasern ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Natriumchloridlösung beträgt 0, 9 bis 1, 2 mval/g.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die Austauschkapazität um 1, 4% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die 280 bis 300 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 19 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 80% Polyurethanschaum und 20%
<Desc/Clms Page number 11>
starkbasische Ionenaustauscherfasern auf Basis von Hydratzellulose enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylchlorid 2, 5 g (20%-Masse) Hydratzellulosefasern mit aufgepfropftem 2-Methyl-5-vinylpyridin ein.
Das erhaltene Material ist ein starkbasischer Anionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der 0,1n Natriumchloridlösung beträgt 0, 4 bis 0, 6 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 88%.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die Austauschkapazität um 1, 1%. Die scheinbare Dichte des Materials, die 220 bis 240 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 20 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% amphotere Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyvinylalkohol enthält.
EMI11.1
Aminierung von Polyvinylalkoholfasern mit Äthylenimindämpfen und Aufpfropfen von Polyacrylsäure, ein.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Salzsäurelösung beträgt 1, 5 bis 1, 6 mval/g und nach der O, ln Alkalilösung 5 bis 6 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 88%.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 100 bis 110 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 21 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% amphotere Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyacrylnitril enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt 40 g Polyvinylalkoholfasern 23, 3 g (70%-Masse) Polyacrylnitrilfasern, Karpan, welche Amino- und Carboxylgruppen enthalten, ein.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Salzsäurelösung beträgt 2, 9 bis 3, 1 mval/g und nach der O. ln Alkalilösung von 6, 1 bis 6, 3 mval/g, der Koeffizient der Ausnutzung der ionogenen Gruppen 88%.
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 120 bis 300 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 22 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% amphotere Ionenaustauscherfasern auf Basis von Hydratzellulose enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt 40 g Polyvinylalkoholfasern 23, 3 g (70%-Masse) amphotere Hydratzellulosefasern, erhalten durch Behandlung mit einem Gemisch von Triäthanolamin und Epichlorhydrin und anschliessende Oxydation, ein.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher. Die statische Austausch-
EMI11.2
säurelösung 1, 8 bis 2, 0 mval/g.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 150 bis 190 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 23 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Polyurethanschaum und 50% amphotere Ionenaustauscherfasern auf Basis von Polyolefinfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g Polyvinylchloridfasern 10 g (50%-Masse) amphotere Polypropylenfasern ein, die Amino- und Carboxylgruppen enthalten.
Das erhaltene Material ist ein amphoterer Ionenaustauscher. Die statische Austauschkapazität nach der O, ln Salzsäurelösung beträgt 0, 9 bis 1, 0 mval/g, nach der O, ln Alkalilösung 1, 3 bis 1, 5 mval/g" "
Beispiel 24 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% komplexbildende Fasern auf Basis der Polyacrylnitrilfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt 40 g lonenaustauscherfasern 23, 3 g (70%-Masse) phosphorhaltige Polyacrylnitrilfasern ein.
Das erhaltene Material besitzt komplexbildende Eigenschaften gegenüber einigen Elementen
<Desc/Clms Page number 12>
(Kupfer, Kobalt, Zinn, Nickel).
Beispiel 25 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Polyvinylformalschaum und 70% komplexbildende Fasern auf Basis von Hydratzellulosefasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt 40 g Ionenaustauscherfasern 23, 3 g (70%-Masse) Zellulosepfropfcopolymerisat ein, welches Thioamidgruppen enthält.
Die erhaltenen Materialien besitzen komplexbildende Eigenschaften gegenüber den Edelmetallund Quecksilberionen in sauren Lösungen.
Beispiel 26 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Polyurethanschaum und 60% komplexbildende Fasern auf Basis von Polyvinylalkoholfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauscherfasern 15 g (60%-Masse) mit Maleindialdehyd vernetzte und mit Äthylenimin amino- äthylierte Polyvinylalkoholfasern ein.
Die erhaltenen Materialien besitzen komplexbildende Eigenschaften gegenüber den Kationen der Metalle wechselnder Wertigkeit.
Beispiel 27 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 90% Polyurethanschaum und 10% komplexbildende Fasern auf Basis von Hydratzellulosefasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g lonenaustauschfasern 1, 1 g (10%-Masse) phosphorylierte Hydratzellulosefasern ein.
Die erhaltenen Materialien besitzen komplexbildende Eigenschaften gegenüber dem Arsen, Molybdän, Wolfram, Germanium und andern.
Beispiel 28 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% carboxylgruppenhaltige Ionenaustauscherfasern, 20% phosphorylierte komplexbildende Fasern auf Basis von Hydratzellulosefasern und 40% Polyurethanschaum enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 12, man bringt jedoch statt 10 g Ionenaustauscherfasern 6, 6 g (40%-Masse) lonenaustauscherfasern und 2, 5 g (20%-Masse) komplexbildende Fasern auf Basis von Hydratzellulosefasern ein.
Das erhaltene Material weist eine Austauschkapazität nach der 0, ln Calciumchloridlösung von 4, 1 mval/g auf. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 190 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 29 : Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Polyvinylformalschaum, 30% Ionenaustauscherfasern und 30% komplexbildende Fasern auf Basis von Polyacrylnitrilfasern enthält.
Das Herstellungsverfahren ist analog Beispiel 1, man bringt jedoch statt 80% Ionenaustauscherfasern 30% Polyacrylnitrilionenaustauscherfasern und 30% komplexbildende Fasern auf Basis von phosphorhaltigen Polyacrylnitrilfasern ein.
Das erhaltene Material weist eine Austauschkapazität nach der 0, ln Calciumchloridlösung von 6, 4 mval/g auf. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 185 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von porösen, offenporigen bzw.-zelligen, reaktionsfähigen füllstoffhaltigen Materialien, bestehend aus einer Polymergrundlage und einem reaktionsfähigen Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, dass man als Polymergrundlage Polyvinylformal- oder Polyurethanschaum- und als reaktionsfähigen Füllstoff zerkleinerte Ionenaustauscher-und/oder komplexbildende Fasern einsetzt, wobei letztere in einem Anteil von 10 bis 80%-Masse, bezogen auf das Fertigmaterial, vorhanden sein können.