AT406550B - Verfahren zur herstellung einer membran - Google Patents
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Description
<Desc/Clms Page number 1> Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Membranen und Membranen, die durch das erfindungsgemässe Verfahren erhältlich sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Membranen durch Herstellung eines Formkörpers aus einer formbaren Schmelze, Lösung oder Suspension eines Polymers. Es sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Membranen aus verschiedensten Polymeren bekannt Eine wesentliche Eigenschaft von Membranen ist deren Permeabilität. Dabei unterscheidet man zwischen "low-flux", "middle-flux" oder high-flux"-Membranen Die Permeabilität der Membran wird dabei insbesondere durch die Porenstruktur der Membran bestimmt Die Porenstruktur sowie damit die Permeabilität von Membranen wird je nach Art des Herstellungsverfahrens wie z.B. dem Nassspinnverfahren, dem Trocken/Nassspinnverfahren, dem Extrusionsverfahren usw und des Materials (z.B Cellulose, Celluloseacetat, Polyolefine usw. ) in erster Linie durch Prozessparameter wie Verstreckung, Temperatur, Fällungsbedingungen usw bestimmt. Der Einsatz von porenbildenden Additiva wie Salzen (LiCI, CaC12) ist ebenso bekannt, aber auf spezielle Anwendungen beschrankt. Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, Membranen mit einer erhöhten und gezielt steuerbaren Permeabilität zur Verfügung zu stellen Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Membran mittels Herstellung eines Formkörpers aus einer formbaren Schmelze, Lösung oder Suspension eines Polymers (A) gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Formkörper eine vom Polymer (A) verschiedene enzymatisch abbaubare Substanz (B) enthält und der Formkörper mit einem Enzym behandelt wird, welches in der Lage ist, die Substanz (B) abzubauen Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, im aus dem Polymer (A) gebildeten Formkörper bzw. an dessen Oberfläche eine vorzugsweise gleichmässig verteilt vorliegende enzymatisch abbaubare Substanz (B) vorzusehen. Wenn man nun diesen Formkörper mit einem Enzym behandelt, welches die Substanz (B) abbauen kann, wird innerhalb der Matrix des Polymers (A) selektiv die Substanz (B) abgebaut. Dadurch entstehen an den Stellen, an welchen die Substanz (B) vorliegt. Hohlräume bzw. Poren, wodurch die Permeabilität des Formkörpers bzw der aus dem Formkörper bestehenden Membran erhöht wird Als Substanz (B) kann jede enzymatisch abbaubare Substanz eingesetzt werden, die vom Polymer (A) verschieden ist, in den Formkörper inkorporiert werden kann und welche mit Enzymen abgebaut werden können, welche das Polymer (A) nicht oder langsamer als die Substanz (B) abbauen. Geeignete Substanzen (B) können anhand ihrer Löslichkeitseigenschaften bzw. ihrer Stabilität gegenüber den chemischen und physikalischen Bedingungen des Herstellungsverfahrens des Formkörpers ausgewählt werden Die Substanz (B) kann im fertigen Formkörper innerhalb der den Formkörper bildenden Matrix des Polymers (A) verteilt sein. Die Substanz (B) kann aber auch im wesentlichen an der Oberfläche des Formkörpers vorliegen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Substanz (B) dem Formkörper bzw. der Lösung, Schmelze oder Suspension des Polymers (A) und/oder deren Vorprodukten vor der Behandlung des Formkörpers mit dem Enzym zugegeben. Als Vorprodukte der Lösung, Schmelze oder Suspension sind das Ausgangspolymer (A) oder Vorstufen vor der Lösungs- bzw. Suspensionsherstellung bzw. vor dem Aufschmelzen zu verstehen. Auch eine Zugabe zum Formkörper ist möglich, soweit dieser noch in der Lage ist, die Substanz (B) aufzunehmen. Dies ist im Fall von Schmelzformverfahren an der frisch geformten Schmelze oder bei Verfahren, bei welchen das Polymer aus einer Lösung ausgefällt wird, im Gelzustand, d. h. während des Ausfällens im Fällbad, möglich. In diesem Fall kann z. B. das Fällbad selbst die Substanz (B) enthalten, welche dann vom frisch ausgefällten Formkörper aufgenommen wird. Ebenso ist es möglich, dass die Substanz (B) bereits von vornherein im Polymer (A), z.B. als Begleitsubstanz, enthalten ist. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (A) Cellulose ist. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn der Formkörper aus einer Lösung der Cellulose in einem wässerigen tertiären Aminoxid hergestellt wird. Verfahren zur Herstellung von cellulosischen Formkörpem aus Lösungen der Cellulose in einem wässerigen tertiären Aminoxid (insbesondere N-Methylmorpholin-N-oxid, im folgenden <Desc/Clms Page number 2> #NMMO" genannt) sind bekannt und werden z B in der US-A 4,246,221 sowie der PCT-WO 93/19230 beschrieben Dieses bekannte Verfahren wird im folgenden als "Aminoxidverfahren" bezeichnet Es ist bekannt, nach dem Aminoxidverfahren z B Flachfolien, Schlauchfolien oder Hohlfasem herzustellen. Aus der EP-A 0 807 460 ist auch bekannt, nach dem Aminoxidverfahren hergestellte Flachfolien, Schlauchfolien oder Hohlfasern als Membranen einzusetzen. Unter einer "Lösung von Cellulose" wird dabei eine Lösung aus cellulosischem Material verstanden, wobei als cellulosisches Material Zellstoff, Zellstoffmischungen, aber auch Cellulosederivate eingesetzt werden können. Die Lösung kann weiters gegebenenfalls noch Zusätze wie Stabilisatoren, Weichmacher, Porenbilder und dergleichen enthalten. Wenn das Polymer (A) Cellulose ist, ist es besonders bevorzugt, wenn als Substanz (B) Xylane eingesetzt werden und der Formkörper mit einer Xylanase behandelt wird. Es ist bekannt, dass die als Ausgangsmaterial des Aminoxidverfahrens eingesetzten Zellstoffe, insbesondere Laubholzzellstoffe, welche nach dem sogenannten Kraftverfahren hergestellt wurden, einen hohen Anteil an Xylanen enthalten. Unter dem Begriff Xylane" versteht der Fachmann nicht nur reine Xylane, sondern auch z.B die in der Natur häufiger vorkommenden Heteroxylane sowie acetylierte Xylane. Die Xylane befinden sich im fertigen Formkörper verteilt in der cellulosischen Matrix. Wird der Formkörper nunmehr mit einer Xylanase behandelt, so werden die verteilten Xylane selektiv abgebaut. Durch den Abbau der Xylane entstehen im Formkörper zusätzliche Hohlräume und Poren, welche die Permeabilität der Folie erhöhen. Abgesehen von der Verwendung von Xylanen als Substanz (B) ist es auch möglich, alleine oder zusätzlich zu den Xylanen andere Substanzen (B), welche mit einem Enzym abgebaut werden können, welches Cellulose nicht oder langsamer als die Substanz (B) abbaut, vorzusehen und damit die Porenstruktur der Membran zu beeinflussen. Beispiele für solche andere Substanzen sind andere Polysaccharide, z.B. Amylopektin. Wird als Polymer (A) Cellulose verwendet und wird der Formkörper gemäss dem Aminoxidverfahren hergestellt, kann die Substanz (B) bereits im Zellstoff, dem Rohstoff des Aminoxidverfahrens enthalten sein. Weiters kann die Substanz (B) z. B bei der im Aminoxidverfahren üblichen Herstellung einer Suspension aus Cellulose und dem wässerigen tertiären Aminoxid, bei der Lösungsherstellung oder der Celluloselösung selbst zugegeben werden. Die Permeabilität kann durch die Art und die Menge der Substanz (B) sowie durch die Bedingungen des enzymatischen Abbaus gezielt gesteuert werden. Der Abbau der Substanz (B) kann dabei vollständig, bis zur maximal erreichbaren Permeabilität oder begrenzt durch eine Deaktivierung des Enzyms bis zum Erreichen einer von der Konzentration und/oder Verweilzeit abhängigen gewünschten Permeabilität erfolgen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass der Formkörper eine Flachfolie, Schlauchfolie oder Hohlfaser ist. Die Behandlung der Formkörpers kann insbesondere im Fall einer Flachfolie, Schlauchfolie oder Hohlfaser einseitig, beidseitig bzw. beidseitig mit auf den beiden Seiten unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt werden. Bei einer einseitigen Behandlung oder einer beidseitigen Behandlung unter unterschiedlichen Bedingungen resultieren asymmetrische Membranen. Die Methoden, eine geeignete Substanz (B) aufzufinden und in geeigneter Menge in den Formkörper aus dem Polymer (A) zu inkorporieren, die Verfahren zur enzymatischen Behandlung eines Formkörpers sowie die Möglichkeiten, dieses Verfahren zu steuern, sind dem Fachmann bekannt. Es ist auch möglich, verschiedene enzymatisch abbaubare Substanzen vorzusehen und den Formkörper mit verschiedenen Enzymen zu behandeln. Weiters ist es möglich, nicht nur die Substanz (B) mittels des entsprechenden Enzyms, sondern im Fall, dass das Polymer (A) selbst enzymatisch abbaubar ist, gleichzeitig oder in einem separaten Schritt zumindest einen Teil der Matrix des Polymers (A) mittels eines entsprechenden Enzyms abzubauen. Wenn das Polymer (A) Cellulose ist, ist z. B. eine Behandlung mit Xylanase zum Abbau der im Formkörper enthaltenen Xylane und eine weitere Behandlung mit Cellulase zum teilweisen Abbau der Cellulose möglich. Die Erfindung betrifft auch eine Membran, welche durch das erfindungsgemässe Verfahren erhältlich ist. Die erfindungsgemässen Membranen sind nur an jenen Stellen modifiziert, an welchen in der Matrix des Polymers (A) die Substanz (B) eingelagert ist. Dabei resultieren neuartige Membranen mit gezielt steuerbaren Membraneigenschaften.
Claims (7)
- Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung einer Membran mittels Herstellung eines Formkörpers aus einer formbaren Schmelze, Lösung oder Suspension eines Polymers (A), dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper eine vom Polymer (A) verschiedene enzymatisch abbaubare Substanz (B) enthält und der Formkörper mit einem Enzym behandelt wird, welches in der Lage ist, die Substanz (B) abzubauen.
- 2 Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (B) dem Formkörper bzw. der Lösung, Schmelze oder Suspension des Polymers (A) und/oder deren Vorprodukten vor der Behandlung des Formkörpers mit dem Enzym zugegeben wird.
- 3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (A) Cellulose ist.
- 4. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus einer Lösung der Cellulose in einem wässerigen tertiären Aminoxid hergestellt wird.
- 5. Verfahren gemäss Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Substanz (B) Xylane eingesetzt werden und der Formkörper mit einer Xylanase behandelt wird
- 6. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper eine Flachfolie, Schlauchfolie oder Hohlfaser ist
- 7. Membran, erhältlich nach einem Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 6.Hiezu 0 Blatt Zeichnungen
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