Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper, beispielsweise für Filter, Diaphragmen usw., welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass als Ausgangsstoffe für die Herstellung dieser Körper Kunstharze in Gestalt von kleinen Teilchen verwendet werden, die an ihren Berührungsstellen unter Freilassung von Zwischenräumen miteinander verbunden werden. Die Einzelteilchen der zu verwendenden Masse können in Pulver-, Körner- oder Faserform vorliegen.
Mit Hilfe des neuen Verfahrens können poröse Körper erzeugt werden, die in weiten Grenzen nach Bedarf geformt und verformt werden können, und nicht spröde, sondern vielmehr elastisch sind, so dass sie den auf sie einwirkenden Kräften durch Verformung nachgeben können, ohne zu splittern oder zu zerbrechen. Ihr Gewicht ist viel geringer als das der gebräuchlichen Steinfilter. Infolge ihrer grösseren mechanischen Beanspruchungsfähigkeit können sie in sehr geringer Wandstärke, in viel grösseren Platten oder Körpern hergestellt werden als bisher und es kann an Befestigungsmitteln, Einfassungseinrichtungen usw. beträchtlich gespart und der verfügbare Raum infolgedessen für Filterzwecke besser ausgenützt werden. Infolgedessen haben sie geringen Durchfluss wider- stand und sind sehr leistungsfähig.
Besonders wichtig ist auch, dass zur Herstellung der neuen Filter oder dergleichen kein teuerer Brennprozess mit Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1200 nötig ist, sondern eine mässige Erwärmung genügt.
Die einzelnen, verhältnismässig kleinen Teile des Ausgangsstoffes werden miteinander so verbunden, dass zwischen ihnen Poren freibleiben, deren durchschnittliche Grösse durch entsprechende Wahl der Grösse jener Teile bestimmt werden kann.
Als Ausgangsstoffe haben sich ausser anderen polymeren Kunstprodukten der in der Technik unter der Bezeichnung : unst- harze" verstandenen Stoffklasse zum Beispiel auch polymere Ester der a-Methacrylsäure, insbesondere der polymere Methylester derselben von der Formel:
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als ausgezeichnet geeignet erwiesen.
Die mit diesen Ausgangsstoffen hergestellten porösen Körper sind transparent und lassen infolgedessen etwaige Verunreinigungen leicht erkennen. Sie sind ferner gegen Flusssäure, gegen sämtliche konzentrierte Alkalien, auch gegen konzentrierte Salzsäure und sämtliche verdünnte Mineralsäuren, Ö1 und dergl. beständig.
Für besondere Zwecke wird mit Vorteil ein Vinyl-Polymerisat mit Rohlenwasser- stoff- Charakter verwendet, etwa das unter dem Namen ,,Luvican" bekannte.
Die entsprechend kleinen Teile des Ausgangsstoffes werden unter Freilassung der zwischen ihnen natürlicherweise befindlichen porenartigen Hohlräume in geeigneter Weise miteinander verbunden. An Stelle eines besonderen Bindemittels kann vorteilhaft der Stoff selbst benützt werden, aus dem die Teile bestehen, dann entsteht ein physikalisch und chemisch vollständig homogener Körper.
Hierzu stehen mehrere Wege zur Verfügung.
Die Ausgangsstoffteile können durch ein Lösungsmittel an ihrer Oberfläche vorübergehend erweicht und dadurch bindefähig gemacht werden.
Man kann beispielsweise Ausgangsstoffe wählen, die in organischen Lösungsmitteln bekannter Art löslich sind, und zwar solchen Lösungsmitteln, die sich mit bekannten technischen Mitteln leicht wieder beseitigen lassen, also z. B. Ketone, Ester, Äther und dergleichen, die durch Anwendung von Vacuum oder durch Erhitzung usw. entfernt werden können. Die zerkleinerten Ausgangsstoffe werden mit einem derartigen Lösungsmittel vermischt, von diesem hierbei an ihrer Oberfläche bis zu einer angemessenen Tiefe gelöst und sodann unter Druck zusammengepresst; hierauf wird das-Lösungsmittel in der genannten Art, beispielsweise durch Verdunsten, wieder entfernt.
Zweckmässig wird in dem Lösungsmittel vor seiner Anwendung schon so viel von dem verwendeten EXunst- stoff oder einem andern geeigneten EZunst- stoff aufgelöst, dass das Auflösungsvermögen dieses Lösungsmittels entsprechend herabgesetzt ist und in der Hauptsache nur noch ein Erweichen der Körneroberfläche erreicht wird, ohne wesentliches Herauslösen von Ma- terial.
Es empfiehlt sich, hierbei bis nahe an die Sättigungsgrenze heranzugehen. Dabei ist es natürlich gleichgultig, wie viel von dem gelösten Stoff aus den zum Aufbau des Kör- pers bestimmten Körnern stammt und wie viel anderweitig hinzugefügt ist.
Man kann auch das Lösungs- oder Weichmachungsmittel oder das Bindemittel in Dampf- oder Gasform auf die bereits in eine Form eingebrachte Masse einwirken lassen.
Beispielsweise verfährt man zur Ausführung des Verfahrens in folgender Weise:
Die körnige, aus einem Kunstharz, z. B. einem polymeren Ester, wie dem Methylester der a-Methacrylsäure bestehende Masse, aus der ein porös er Körper aufgebaut werden soll, wird in eine geeignete Pressform eingefüllt, sodann wird ein geeignetes, zweckmässig organisches Lösungsmittel für den Grundstoff der Körner in Gestalt von Dampf oder Gas in die Pressform eingeleitet, so lange, bis die Körneroberfläche dadurch bindefähig geworden ist. Dann wird die Masse in der Form unter geeigneten Druck gesetzt, der dann die Körner an ihren Berührungsstellen miteinander verbindet.
Die Verwendung eines Weichmachungsoder Lösungsmittels in Gas- oder Dampfform bietet den Vorteil einer besonders raschen und gleichmässigen Einwirkung auf die gesamte Körneroberfläche. Die gewollte Wirkung kann zweckmässig durch Wärmezufuhr zu den Körnern noch unterstützt werden.
Die verwendeten Dämpfe können in der Weise gewonnen werden, dass ein kräftiger Luftstrom durch oder über ein leicht verdampfbares Lösungsmittel geleitet wird, so dass sich der Luftstrom in genügender Weise mit Lösungsmitteldampf belädt.
Eine besonders gründliche und gleichmässige Wirkung des zugeführten Dampfes oder Gases auf die einzelnen Körper kann dadurch erreicht werden, dass die Form, in welcher sich die Körner während der Zufuhr befinden, so bewegt, z. B. geschüttelt- wird, dass sich möglichst keine Stelle der Körner- oberfläche der Einwirkung entziehen kann.
Statt ein Lösungsmittel anzuwenden, kann man auch genügend temperaturbeständige Ausgangsstoffe in pulver- oder körnerförmiger Gestalt bis zu ihrer Erweichung erhitzen, in dieser Temperatur verpressen und sodann wieder abkühlen. Die Erhitzung kann mit beliebigen technischen Hilfsmitteln, beispielsweise durch elektrische Widerstandsheizung erfolgen. Da der Erweichungspunkt der hier verwendeten Ausgangsstoffe im Gegensatz zu jenem mineralischer Stoffe verhältnismässig sehr niedrig liegt, beispielsweise bei 100 bis 150 , so bietet die Anwendung dieses Verfahrens keinerlei Schwierigkeiten und lässt sich in wirtschaftlicher Weise durchführen. Durch das Pressen bei der Erweichungstemperatur und die nachfolgende Abkühlung werden die einzelnen Bestandteile fest miteinander verbunden, so dass gleichfalls ein vollständig homogener poröser Formkörper entsteht.
Die meisten der in Betracht kommenden Kunststoffe sind in der Form von mehr oder weniger regelmässigen Körnern zu verwenden. Für besondere Zwecke, beispielsweise wo ein faseriges Gefüge gewünscht wird, etwa-für-Diaphragmen, z. B. für Elektrolyse, z. B. Chloralkali-Elektrolyse, ist das oben erwähnte Vinyl-Polymerisat mit Kohlen- wasserstoff - Charakter besonders geeignet, das ein asbestähnliches Gefüge hat und Temperaturen über 100 standhält, beispielsweise bei 140 noch mechanische Beanspruchung verträgt und kurzzeitig sogar wesentlich höhere Erwärmung verträgt.
Soweit die verwendeten Ausgangs stoffe, z. B. das zuletzt genannte Vinyl-Polymerisat, kapillar-inaktiv sind, kann die Leistung des Filters bei gegebener Druckdifferenz beträchtlich gesteigert oder der zum Hindurchtreiben einer bestimmten Flüssigkeitsmenge erforderliche Druck stark verringert werden, wenn der poröse Körper mit einem geeigneten Benetzungsmittel benetzt wird. Besondere Vorteile bietet die Behandlung mit Netzmitteln für die erfindungsgemäss hergestellten porösen, z. B. plattenförmigen oder cylindrischen Körper, sofern diese als Diaphragmen, z. B. in der Chloralkali-Elektrolyse, verwendet werden sollen.
Denn es hat sich gezeigt, dass der elektrische Widerstand solcher Diaphragmen durch die Behandlung mit den Netzmitteln, wie zum Beispiel den unter den Handelsnamen Humectol, Neckal und Igepon bekannten Stoffen, ganz erheblich vermindert wird. Ausser den genannten Stoffen können auch andere Netzmittel der verschiedensten Art, insbesondere aus der Klasse der be kannten handelsüblichen, z. B. durch Behandlung hochmolekularer aliphatischer Alkohole mit Sulfonierungsmitteln erhaltenen Sulfonate Verwendung finden, wobei man von Fall zu Fall leicht durch einen einfachen Vorversuch feststellen kann, welches der zur Verfügung stehenden Netzmittel für den vorliegenden Einzelfall, zum Beispiel je nach Art des für das Diaphragma oder Filter verwendeten Kunststoffes am geeignetsten ist.
Es liegt ein Bedürfnis an sogenannten doppelporösen Körpern vor, die beispielsweise als Filterkörper, Filterplatten usw. oder als Diaphragmen dienen sollen und bei denen eine feinporige Schicht über einer grossporigen Schicht liegen soll.
Die Herstellung keramischer : Körper die- ser Art ist bis jetzt noch nicht in einwandfreier Weise gelungen.
Auch bei Verwendung einer andern als keramischen Bindung liess sich auf einem Weg, der für fabrikationsmässige Fertigung noch brauchbar ist, nicht erreichen, dass die grossporige Schicht und die feinporige Schicht überall genau gleiche Beschaffenheit, insbesondere Dicke -erhalten.
Dieser Mangel war umso störender, als gerade die feinporige Schicht in der Regel möglichst dünn sein sollte, damit nicht ein störend grosser Durchgangswiderstand auftritt, und Abweichungen in dieser schon geringen Dicke sich ganz besonders fühlbar machen.
Die Herstellung doppelporöser Körper ge nauester und gleichmässigster Abmessungen lässt sich jedoch möglich machen, wenn das oben erläuterte neue Verfahren angewendet wird.
Man verfährt dabei derart, dass man den grossporigen Körper und den feinporigen Körper je für sich herstellt und diese beiden Körper dann nach oberflächlicher Erweichung, sei es durch ein Lösungsmittel, sei es durch Erwärmung, an den gewünschten Be riihrungsflächen miteinander verbindet.
Die Herstellung der miteinander zu verbindenden Einzelkörper kann hierbei entweder gleich von vornherein in der gewtnsch- ten Form erfolgen, oder auch so, dass man ein zunächst in anderer Gestaltung hergestelltes Stück durch mechanische Bearbeitung, wie z. B. durch Abschleifen, Abschneiden oder Zerteilen, in die gewünschte Form bringt.
Besonders wichtig ist es, dass ausser z. B. plattenförmigen Körpern auch andere, z. B. hohlzylindrische, aus Einzelschichten von verschiedener Porosität aufgebaute Körper auf diesem Wege hergestellt werden können, deren Herstellung aus keramischen Massen überhaupt nicht möglich ist.
Man verfährt hierbei so, dass man zwei oder mehrere Hohlzylinder von derart verschiedener Weite herstellt, dass immer der weitere Hohlzylinder über den nächst engeren Zylinder gut anschliessend übergeschoben werden kann und dass man nach dem tfber- schieben die aneinander anliegenden Flächen der beiden Zylinder miteinander durch Erweichung des Grundstoffes der Körper mit Hilfe von Lösungsmitteln und/oder durch Erwärmen, gegebenenfalls unter Anwendung von Druck, miteinander verklebt.
Ausser zylindrischen IEohlkörpern können auf ähnliche Weise auch solche von beliebiger anderer Gestaltung, wie z. B. hohlkegelige Körper, aus Schichten verschiedener Porosität mit Leichtigkeit hergestellt werden, wobei man vor allem stets auch in der Lage ist, den feinporigen Teil so dünn und von gleichmässiger Stärke zu machen, wie dies für die Wirkungsweise des Filters oder Diaphragmas jeweils erwünscht ist.
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Verfahren zur Herstellung porös er Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoffe Kunstharze in Gestalt von kleinen Teilchen, die an ihren Berührungsstellen unter Freilassung von Zwischenräumen miteinander verbunden werden, verwendet werden.
Process for the production of porous moldings.
The invention relates to a method for producing porous molded bodies, for example for filters, diaphragms, etc., which method is characterized in that synthetic resins in the form of small particles are used as starting materials for the production of these bodies, which are released at their points of contact Gaps are connected to each other. The individual particles of the mass to be used can be in powder, granular or fiber form.
With the help of the new process, porous bodies can be created that can be shaped and deformed within wide limits as required, and are not brittle but rather elastic, so that they can yield to the forces acting on them through deformation without splintering or splitting break. Their weight is much less than that of conventional stone filters. As a result of their greater mechanical strength, they can be produced with very little wall thickness, in much larger plates or bodies than before, and there can be considerable savings in fastening means, enclosing devices, etc. and the available space can consequently be better used for filtering purposes. As a result, they have low flow resistance and are very efficient.
It is also particularly important that no expensive firing process with temperatures in the range from 1000 to 1200 is necessary for the production of the new filters or the like, but that moderate heating is sufficient.
The individual, relatively small parts of the starting material are connected to one another in such a way that pores remain free between them, the average size of which can be determined by choosing the size of those parts accordingly.
As starting materials, apart from other polymeric synthetic products of the class of substances understood in technology under the designation: unstharze ", for example polymeric esters of α-methacrylic acid, in particular the polymeric methyl esters of the same of the formula
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proved to be excellently suited.
The porous bodies produced with these starting materials are transparent and consequently allow any contamination to be easily identified. They are also resistant to hydrofluoric acid, all concentrated alkalis, including concentrated hydrochloric acid and all dilute mineral acids, oils and the like.
For special purposes, it is advantageous to use a vinyl polymer with raw hydrogen character, such as that known under the name "Luvican".
The correspondingly small parts of the starting material are connected to one another in a suitable manner, leaving the pore-like cavities naturally located between them free. Instead of a special binding agent, the substance itself can advantageously be used, from which the parts consist, then a physically and chemically completely homogeneous body is created.
There are several ways to do this.
The starting material parts can be temporarily softened on their surface by a solvent and thus made bindable.
You can choose, for example, starting materials that are soluble in organic solvents of a known type, namely those solvents that can be easily eliminated with known technical means, so z. B. ketones, esters, ethers and the like, which can be removed by applying vacuum or by heating, etc. The comminuted starting materials are mixed with such a solvent, dissolved by this on their surface to an appropriate depth and then pressed together under pressure; the solvent is then removed again in the manner mentioned, for example by evaporation.
It is expedient to dissolve so much of the EX-plastic used or some other suitable EG-plastic in the solvent before it is used that the dissolving power of this solvent is correspondingly reduced and mainly only a softening of the grain surface is achieved without significant dissolution of material.
It is advisable to approach the saturation limit here. It is of course irrelevant how much of the dissolved substance comes from the grains intended for the structure of the body and how much is otherwise added.
The solvent or plasticizer or the binder can also be allowed to act in vapor or gas form on the mass that has already been introduced into a mold.
For example, the procedure for carrying out the method is as follows:
The granular, made of a synthetic resin, e.g. B. a polymeric ester, such as the methyl ester of a-methacrylic acid, from which a porous body is to be built, is poured into a suitable mold, then a suitable, expedient organic solvent for the base material of the grains in the form of steam or gas is introduced into the mold until the grain surface has become bindable. Then the mass in the mold is put under suitable pressure, which then connects the grains to one another at their contact points.
The use of a plasticizer or solvent in gas or vapor form offers the advantage of a particularly rapid and even action on the entire grain surface. The intended effect can expediently be supported by adding heat to the grains.
The vapors used can be obtained in such a way that a vigorous stream of air is passed through or over an easily evaporable solvent, so that the air stream is sufficiently loaded with solvent vapor.
A particularly thorough and even effect of the supplied steam or gas on the individual bodies can be achieved by moving the shape in which the grains are located during the supply, e.g. B. is shaken so that as far as possible no point on the grain surface can escape the influence.
Instead of using a solvent, you can also heat sufficiently temperature-resistant starting materials in powder or granular form until they soften, press them at this temperature and then cool again. The heating can take place with any technical aids, for example electrical resistance heating. Since the softening point of the starting materials used here is relatively very low in contrast to that of mineral substances, for example 100 to 150, the use of this process does not present any difficulties and can be carried out economically. By pressing at the softening temperature and the subsequent cooling, the individual components are firmly connected to one another, so that a completely homogeneous porous molded body is also created.
Most of the plastics in question are to be used in the form of more or less regular grains. For special purposes, for example where a fibrous structure is desired, for example for diaphragms, e.g. B. for electrolysis, e.g. B. Chloralkali electrolysis, the above-mentioned vinyl polymer with hydrocarbon character is particularly suitable, which has an asbestos-like structure and can withstand temperatures above 100, for example at 140 it can withstand mechanical stress and for a short time even withstand much higher heating.
As far as the starting materials used, z. B. the last-mentioned vinyl polymer are capillary-inactive, the performance of the filter can be significantly increased at a given pressure difference or the pressure required to propel a certain amount of liquid can be greatly reduced if the porous body is wetted with a suitable wetting agent. Treatment with wetting agents offers particular advantages for the porous, e.g. B. plate-shaped or cylindrical body, provided they are used as diaphragms, e.g. B. in chlor-alkali electrolysis to be used.
It has been shown that the electrical resistance of such diaphragms is considerably reduced by treatment with the wetting agents such as the substances known under the trade names Humectol, Neckal and Igepon. In addition to the substances mentioned, other wetting agents of various types, in particular from the class of known commercially available, z. B. obtained by treating high molecular weight aliphatic alcohols with sulfonating agents sulfonates are used, whereby one can easily determine from case to case by a simple preliminary test which of the available wetting agents for the present individual case, for example depending on the type of the diaphragm or filter plastic used is most suitable.
There is a need for so-called double-pore bodies, which are intended to serve, for example, as filter bodies, filter plates, etc. or as diaphragms and in which a fine-pored layer is to lie over a large-pored layer.
The production of ceramic bodies of this type has not yet been flawlessly successful.
Even when using a bond other than ceramic, it was not possible to achieve exactly the same quality, in particular thickness, of the large-pored layer and the fine-pored layer in a way that is still usable for fabrication.
This deficiency was all the more troublesome as the fine-pored layer should as a rule be as thin as possible so that a disruptively high volume resistance does not arise and deviations in this already small thickness are particularly noticeable.
However, the production of double-pore bodies with the most precise and uniform dimensions can be made possible if the new method explained above is used.
The procedure is such that the large-pored body and the fine-pored body are each produced separately and these two bodies, after being superficially softened, either by a solvent or by heating, are connected to one another at the desired contact surfaces.
The individual bodies to be connected to one another can either be produced in the desired shape right from the start or in such a way that a piece initially produced in a different design can be machined, such as B. by grinding, cutting or dividing into the desired shape.
It is particularly important that in addition to z. B. plate-shaped bodies also other such. B. hollow cylindrical bodies built up from individual layers of different porosity can be produced in this way, the production of which from ceramic masses is not possible at all.
The procedure here is to produce two or more hollow cylinders of such different width that the further hollow cylinder can always be pushed over the next narrower cylinder and that after the overlaying, the surfaces of the two cylinders lying against one another are pushed together by softening of the basic material, the bodies are glued to one another with the aid of solvents and / or by heating, possibly with the application of pressure.
In addition to cylindrical hollow bodies, those of any other design, such as e.g. B. hollow conical bodies can be made from layers of different porosity with ease, especially always being able to make the fine-pored part as thin and of uniform thickness as is desired for the operation of the filter or diaphragm.
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Process for the production of porous molded bodies, characterized in that synthetic resins in the form of small particles which are connected to one another at their points of contact, leaving gaps free, are used as starting materials.