DD150066A5 - METHOD FOR PRODUCING AN ANISOTROPIC MEMBRANE - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING AN ANISOTROPIC MEMBRANE Download PDF

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DD150066A5 DD80219976A DD21997680A DD150066A5 DD 150066 A5 DD150066 A5 DD 150066A5 DD 80219976 A DD80219976 A DD 80219976A DD 21997680 A DD21997680 A DD 21997680A DD 150066 A5 DD150066 A5 DD 150066A5
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Jay M S Henis
Mary K Tripodi
James E Kurz
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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von anisotropen Membranen und insbesondere von Hohlfaser-Membranen. Diese Membranen werden aus einer Loesung eines membranbildenden Polymeren in einem fluessigen Traeger hergestellt. Die Polymerloesung wird in Form einer Vorstufe vorgesehen und anschlieszend in einem fluessigen Koaguliermittel, das Wasser enthaelt, unter Bildung der anisotropen Membran koaguliert. Der verwendete fluessige Traeger enthaelt ein N-acyliertes, heterocyclisches Loesungsmittel der allgemeinen Formel, in welcher X -CH&ind2!-, -N(R')- oder -O-, R Wasserstoff, Methyl oder Aethyl, und R' Wasserstoff oder Methyl bedeuten. Bei der Herstellung der anisotropen Hohlfaser-Membranen wird die Loesung eines hohlfaserbildenden Polymeren in dem fluessigen Traeger durch eine ringfoermige Spinnduese unter Bildung einer Hohlfaser-Vorstufe extrudiert, die in einem fluessigen, Wasser enthaltenden Koaguliermittel unter Bildung der Hohlfaser-Membran koaguliert wird. Das Verfahren eignet sich besonders fuer d. Herstellung v. Polysulfon-Hohlfaser-Membranen, die eine homogen ausgebildete, selektive Haut auf einem offenzelligen Traeger aufweisen und eine hohe Widerstandsfaehigkeit gegen einen Zusammenbruch besitzen. Die Membranen sind insbesondere fuer die Trennung von Gasen brauchbar.The invention relates to processes for the preparation of anisotropic membranes and in particular of hollow fiber membranes. These membranes are made from a solution of a membrane-forming polymer in a liquid carrier. The polymer solution is provided in the form of a precursor and then coagulated in a liquid coagulant containing water to form the anisotropic membrane. The liquid carrier used contains an N-acylated heterocyclic solvent of the general formula in which X is -CH &sub2;, -N (R ') - or -O-, R is hydrogen, methyl or ethyl, and R' is hydrogen or methyl , In the preparation of the anisotropic hollow fiber membranes, the solution of a hollow fiber-forming polymer in the liquid carrier is extruded through a donut-spinneret to form a hollow fiber precursor which is coagulated in a liquid water-containing coagulant to form the hollow fiber membrane. The method is particularly suitable for d. Production of Polysulfone hollow fiber membranes having a homogeneously formed, selective skin on an open-cell carrier and having a high resistance to collapse. The membranes are particularly useful for the separation of gases.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von anisotropen Membranen, und insbesondere von Hohlfaser-'Membranen* Besonders interessante Gegenstände der vorliegenden Erfindung schließen Verfahren zur Herstellung von für die Abtrennung von Gasen geeigneten Polysulfon-Hohlfaser-Membranen, in welchen das Material der Hohlfaser-Membran eine Trennung durch selektive Permeation bewirkt, und anisotrope Polysulfon-Hohlfaser-Membranen, ein.The present invention relates to processes for the preparation of anisotropic membranes, and more particularly to hollow fiber membranes. *** "" Particularly interesting articles of the present invention include processes for producing polysulfone hollow fiber membranes suitable for the separation of gases in which the material of the hollow fiber membrane causing separation by selective permeation, and anisotropic polysulfone hollow fiber membranes.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die Gebrauchsdauer der für die Trennung von Flüssigkeiten verwendeten Membranen hängt im Vergleich zu anderen Trennverfahren, wie Absorption, Adsorption und Verflüssigung, oftmals von den Kosten der Apparatur und ihrer Arbeitsweise ab, einschließend den Energieverbrauch, den gewünschten Grad der Selektivität der Trennung, den durch die Apparatur zur Durchführung des Trennverfahrens bewirkten Gesamtdruckverlusten, die toleriert werden können, der Nutzungsdauer und der Größe einer derartigen Apparatur, und der Leichtigkeit, mit der eine derartige Apparatur bedient werden kann. Es sind daher Membranen gefragt, welche die gewünschten Trennselektxvitäten, Durchflüsse und Festigkeiten gewährleisten. Darüber hinaus sollen die Membranen, um auf einer ökonomischen Basis kommerziell interessant zu sein, bevorzugt in großen Mengen unter Erzielung einer zuverlässigen Produkt=- Characteristic of the known technical solutions The service life of the membranes used for the separation of liquids often depends on the cost of the apparatus and its operation compared to other separation methods, such as absorption, adsorption and liquefaction, including the energy consumption, the desired degree of selectivity Separation, the total pressure losses caused by the apparatus for carrying out the separation process, which can be tolerated, the useful life and the size of such an apparatus, and the ease with which such an apparatus can be operated. Therefore, membranes are required which ensure the desired Trennselektxvitäten, flows and strengths. In addition, in order to be commercially attractive on an economical basis, the membranes are preferably used in large quantities while achieving a reliable product.

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qualität hergestellt und leicht und relativ billig in einen Permeator eingebaut werden können. Besonders vorteilhafte Membranen sind einheitliche, anisotrope Hohlfaser-Membranen, die eine relativ dünne Schicht (die oftmals als Trennschicht, Barriereschicht oder aktive Schicht bezeichnet wird), integriert mit einer porösen Struktur, aufweisen, die einen Träger für die Trennschicht darstellt und dem Durchgang von Flüssigkeiten, wenn überhaupt, nur wenig Widerstand bietet. Um diese integrierten anisotropen Membranen herzustellen, muß eine einheitliche Membranstruktur gebildet werden, welche genau entgegengesetzte Strukturen besitzt. Die Trennschicht muß so ausgebildet werden, daß sie dünn ist, und, falls überhaupt, wenige Poren oder andere Mangel besitzt. Andererseits müssen die Bedingungen, unter denen eine einheitliche anisotrope Membran hergestellt wird, auch eine Trägerstruktur liefern, die in hohem Maße offen ist, so daß sie einem Flüssigkeitsstrom einen geringen Widerstand bietet.quality and can be installed easily and relatively cheaply in a permeator. Particularly advantageous membranes are uniform, anisotropic hollow fiber membranes comprising a relatively thin layer (often referred to as a release layer, barrier layer or active layer) integrated with a porous structure which is a support for the release layer and the passage of liquids if anything, offers little resistance. In order to produce these integrated anisotropic membranes, a uniform membrane structure must be formed which has exactly opposite structures. The release layer must be formed to be thin and, if any, have few pores or other defects. On the other hand, the conditions under which a uniform anisotropic membrane is made must also provide a support structure which is highly open so as to offer little resistance to liquid flow.

Es wurden Membranen in Film- und in Hohlfaser-Form hergestellt. Bezüglich der Herstellung von einheitlichen, anisotropen Membranen in Film-Form wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht. Im allgemeinen werden anisotrope Film-Membranen durch Gießen einer Lösung des Polymeren in einem Lösungsmittel unter Bildung der .Membran auf eine Oberfläche, z.B. einer polierten Glasoberfläche, hergestellt. Man kannMembranes were made in film and hollow fiber form. With regard to the production of uniform, anisotropic membranes in film form, numerous proposals have already been made. In general, anisotropic film membranes are formed by casting a solution of the polymer in a solvent to form the membrane on a surface, e.g. a polished glass surface, manufactured. One can

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das Polymere zumindest teilweise an der Luft oder in einer gasförmigen oder dampfförmigen Umgebung koagulieren lassen und anschließend wird es gewöhnlich in ein flüssiges Koaguliermittel eingetaucht. Die Herstellung von anisotropen Film-Membranen erfolgt mit einer erheblichen Flexibilität. Beispielsweise braucht die Membranvorstufen-Struktur, da die Polymerlösung auf einen Träger placiert wird, nicht selbsttragend zu sein, zumindest bis nach beendigter Koagulation. In ähnlicher Weise kann, da eine Oberfläche der gegossenen Membran in Kontakt mit dem Träger steht, jede Seite der Membran verschiedenartigen Koagulationsbedingungen unterworfen werden, wodurch es ermöglicht wird, wesentlich verschiedenartige Strukturen an jeder Oberfläche der Membran zu erzielen. Demzufolge können Membranen mit einer relativ dünnen Schicht, die im wesentlichen frei von Poren ist, an einer Oberfläche der Film-Membran erhalten werden, während der Rest der Membran relativ porös sein kann. Außerdem können die Koagulationsbedingungen einschließlich der Koagulationszeiten in einem weiten Bereich zur Erzielung der gewünschten Film-Membran-Struktur variiert werden, da die Film-Membran-Vorstufe auf einem Träger vorliegt.at least partially allowing the polymer to coagulate in air or in a gaseous or vaporous environment, and then it is usually immersed in a liquid coagulant. The production of anisotropic film membranes takes place with considerable flexibility. For example, since the polymer solution is placed on a support, the membrane precursor structure does not need to be self-supporting, at least until after coagulation is complete. Similarly, since a surface of the cast membrane is in contact with the support, each side of the membrane may be subjected to various coagulation conditions, thereby making it possible to achieve substantially diverse structures on each surface of the membrane. As a result, membranes having a relatively thin layer substantially free of pores may be obtained on one surface of the film membrane while the remainder of the membrane may be relatively porous. In addition, coagulation conditions, including coagulation times, can be varied over a wide range to achieve the desired film-membrane structure since the film-membrane precursor is supported.

In vielen Fällen jedoch sind Film-Membranen nicht so attraktiv wie andere Gastrennapparaturen infolge der Notwendigkeit, die Film-Membranen mit einem Träger zu versehen, damitIn many cases, however, film membranes are not as attractive as other gas separation equipment due to the need to support the film membranes with it

sie den Betriebsbedingungen widerstehen und infolge der großen Kompliziertheit einer Apparatur, die Film-Membranen enthält. Membranen in der Gestalt von Hohlfasern können viele Nachteile der Film-Membranen für viele Trennoperationen überwinden. Die Hohlfasern sind im allgemeinen auch unter Betriebsbedingungen selbsttragend, und können pro Volumeinheit der Trennapparatur eine größere Membranoberfläche zur Verfügung stellen, als solche Apparaturen, die mit Film-Membranen versehen sind. Daher können Trennapparaturen, die Hohlfasern enthalten, vom Standpunkt der Bequemlichkeit, der Größe und der herabgesetzten Kompliziertheit der Konstruktion sehr interessant und geeignet sein.they withstand the operating conditions and due to the great complexity of an apparatus containing film membranes. Membranes in the form of hollow fibers can overcome many disadvantages of the film membranes for many separation operations. The hollow fibers are generally self-supporting even under operating conditions, and can provide a larger membrane surface per volume unit of the separation apparatus than such apparatuses provided with film membranes. Therefore, separation apparatuses containing hollow fibers may be very interesting and suitable from the standpoint of convenience, size and reduced complexity of construction.

Gegenüber der Herstellung einer Film-Membran sind bei der Herstellung einer Hohlfaser-Membran viele verschiedene Erwägungen notwendig. Beispielsweise kann in einem Verfahren zum Spinnen einer Hohlfaser-Membran kein fester Träger oder eine Grenzschicht vorgesehen werden. Darüber hinaus muß die Polymerlösung bei Spinnverfahren zur Schaffung eines selbsttragenden Extrudats vor und während der Koagulation eine ausreichende Viskosität besitzen, und die Koagulation muß rasch nach der Extrusion durchgeführt werden, so daß die Hohlfaser-Membran nicht nachteilig beeinflußt wird.Compared to the production of a film membrane many different considerations are necessary in the production of a hollow fiber membrane. For example, in a method of spinning a hollow fiber membrane, no solid support or barrier may be provided. Moreover, the polymer solution in spinning processes for providing a self-supporting extrudate before and during coagulation must have a sufficient viscosity, and the coagulation must be carried out rapidly after the extrusion, so that the hollow fiber membrane is not adversely affected.

Verfahren zur Bildung von einheitlichen, anisotropen Membranen müssen nicht nur die Kriterien der Bildung von ein-Processes for the formation of uniform, anisotropic membranes need not only meet the criteria for the formation of

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heitlichen, anisotropen Hohlfaser-Membranen erfüllen, sondern müssen auch mit den Spinnleistungsfähigkeiten für Hohlfasern verträglich sein. Es sind daher den für die Herstellung von einheitlichen, anisotropen Hohlfaser-Membranen verfügbaren Arbeitsweisen viele ·Zwangsbedingungen auferlegt. Gewöhnlich wird bei den Hohlfaser-Membran-Spinnverfahren zur Herstellung der Hohlfaser-Membran eine Lösung des Polymeren in einem Lösungsmittel durch eine, zur Ausbildung einer Hohlfaser-Struktur geeignete Spinndüse extrudiert und ein Gas oder eine Flüssigkeit innerhalb der Hohlfaserseele des Hohlfaser-Extrudats derart gehalten, daß die Hohlfaser-Gestalt aufrechterhalten bleibt. Das Hohlfaser-Extrudat muß rasch koaguliert werden, z.B. durch In-Berührung-bringen mit dem NichtLösungsmittel für das Polymere, so daß die Hohlfaser-Gestalt erhalten bleibt. Das Hohlfaser-Spinnverfahren enthält viele Variable, welche die Struktur oder Morphologie der Hohlfaser-Membran beeinflussen können, wie beispielsweise der Zustand der Polymerlösung, wenn sie aus der Spinndüse extrudiert wird, die Natur der in.der Hohlfaserseele des Hohlfaser-Membran-Extrudats gehaltenen Flüssigkeit, die Umgebung, welcher das Äußere des Hohlfaser-Extrudats ausgesetzt ist, die Schnelligkeit der Koagulation des Polymeren in dem Hohlfaser-Extrudat, und dergleichen. Da das Hohlfaser-Herstellungsverfahren ein solches einer Koagulation eines Polymeren aus einer Polymerlösung ist, kann die Natur des Lösungsmit-they must also be compatible with the spinning performance for hollow fibers. Thus, many constraints are imposed on the procedures available for the preparation of uniform, anisotropic hollow fiber membranes. Usually, in the hollow fiber membrane spinning process for producing the hollow fiber membrane, a solution of the polymer in a solvent is extruded through a spinnerette suitable for forming a hollow fiber structure and a gas or liquid is held within the hollow fiber core of the hollow fiber extrudate such that that the hollow fiber shape is maintained. The hollow fiber extrudate must be rapidly coagulated, e.g. by contacting with the non-solvent for the polymer so that the hollow fiber shape is maintained. The hollow fiber spinning process contains many variables which may affect the structure or morphology of the hollow fiber membrane, such as the state of the polymer solution when extruded from the spinneret, the nature of the liquid held in the hollow fiber core of the hollow fiber membrane extrudate , the environment to which the exterior of the hollow fiber extrudate is exposed, the speed of coagulation of the polymer in the hollow fiber extrudate, and the like. Since the hollow fiber production process is one of coagulation of a polymer from a polymer solution, the nature of the solvent

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tels für das Polymere für die Bestimmung der Morphologie der Hohlfaser-Membran und ihrer Trenneigenschaften von hohem Einfluß sein.'For the polymer for the determination of the morphology of the hollow fiber membrane and their separation properties of the polymer to be highly influential.

Das Lösungsmittel muß zahlreiche Eigenschaften auf v/eisen, um zur Herstellung von anisotropen Membranen (insbesondere von anisotropen Hohlfaser-Membranen) geeignet zu sein. Beispielsweise muß das Lösungsmittel (oder ein flüssigen Träger enthaltendes Lösungsmittel) imstande sein, das Polymere für die Herstellung der Hohlfaser-Membran aufzulösen, jedoch dem Polymeren eine rasche Koagulation unter Ausbildung der anisotropen Struktur zu ermöglichen. Darüber hinaus sollte das Lösungsmittel (oder ein flüssigen Träger enthaltendes Lösungsmittel) , falls Hohlfaser-Membranen gewünscht werden, imstande seih, die Herstellung einer Polymerlösung mit geeigneten Viskositäten für die Ausbildung einer Hohlfaser-Membran zu ermöglichen, und es können diese Viskositäten vorteilhafterweise ohne Einsatz von übermäßig hohen Konzentrationen an Polymerem in der Lösung erzielt werden. Da vorteilhafte Hohlfaser-Membranen oftmals erhalten werden, wenn das Extrudat einen signifikanten Temperaturabfall beim Austritt aus der Spinndüse erleidet, sollte der flüssige Träger imstande sein, geeignete Viskositäten für die Bildung der Hohlfaser bei erhöhten Temperaturen zu liefern, welche erhöhten Temperaturen das Erzielen des signifikanten TemperaturabfallsThe solvent must have many properties to be suitable for the preparation of anisotropic membranes (especially anisotropic hollow fiber membranes). For example, the solvent (or solvent containing a liquid carrier) must be capable of dissolving the polymer for making the hollow fiber membrane, but allowing the polymer to coagulate rapidly to form the anisotropic structure. Moreover, if hollow fiber membranes are desired, the solvent (or solvent containing a liquid carrier) should be capable of facilitating the preparation of a polymer solution having suitable viscosities for the formation of a hollow fiber membrane, and these viscosities may advantageously be used without the use of excessively high concentrations of polymer in the solution can be achieved. Since beneficial hollow fiber membranes are often obtained when the extrudate suffers a significant temperature drop on exit from the spinneret, the liquid carrier should be able to provide suitable viscosities for the formation of the hollow fiber at elevated temperatures, which elevated temperatures achieve the significant temperature drop

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erleichtern.Das Lösungsmittel oder irgendwelche anderenfacilitate.The solvent or any other

erhöhten/increased /

Komponenten des flüssigen Trägers sollten bei derartigen Temperaturen keinem Abbau unterworfen sein. Das Lösungsmittel sollte mit dem zur Unterstützung der Koagulation des Polymeren verwendeten Nicht-Lösungsmittel mischbar sein und die Fähigkeit aufweisen, aus der koagulierten Struktur derart entfernt, z.B. durch Waschen, zu werden, daß die Membran nicht in unzulässiger Weise weichgemacht und durch das Lösungsmittel geschwächt wird. Darüber hinaus sollte das Lösungsmittel (oder ein flüssigen Träger enthaltendes Lösungsmittel) keine übertrieben hohe Verdünnungswärme in dem NichtLösungsmittel aufweisen, das zur Unterstützung der Koagulation des Polymeren eingesetzt wird.Components of the liquid carrier should not be degraded at such temperatures. The solvent should be miscible with the non-solvent used to aid in the coagulation of the polymer and have the ability to be removed from the coagulated structure, e.g. by washing, so that the membrane is not improperly plasticized and weakened by the solvent. Moreover, the solvent (or solvent containing a liquid carrier) should not have excessively high heat of dilution in the non-solvent used to aid coagulation of the polymer.

Um das Verfahren für die Herstellung von technischen Mengen an Membranen interessant zu machen, ist es auch erwünscht, daß das Verfahren sicher und ökonomisch arbeitet. Daher sollte das Lösungsmittel nicht übermäßig toxisch sein und vorteilhafterweise sollte das Lösungsmittel einen sehrIn order to make the process interesting for the production of technical quantities of membranes, it is also desirable that the process operate safely and economically. Therefore, the solvent should not be excessively toxic, and advantageously the solvent should have a very high potency

^niedrigen Dampfdruck aufweisen, um das Risiko einer Inhalation und/oder einer Luftverunreinigung auf ein Minimum herabzusetzen. Darüber hinaus kann ein Lösungsmittel mit einem sehr niedrigen Dampfdruck auch die Explosions- und Brandgefahr auf ein Minimum herabsetzen. Ferner sollten bei dem Spinnverfahren anfallende Abfallmaterialien die Eigenschaf-low vapor pressure to minimize the risk of inhalation and / or air pollution. In addition, a solvent with a very low vapor pressure can also reduce the risk of explosion and fire to a minimum. Furthermore, waste materials from the spinning process should

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ten aufweisen, daß sie ökonomisch und sicher beseitigt oder im Kreis zurückgeführt werden können.th that they can be economically and safely eliminated or recycled in a circle.

Da das Lösungsmittel nur eine in dem Spinnverfahren eingesetzte Komponente ist, sollten andere Komponenten, wie beispielsweise die Flüssigkeit innerhalb der Hohlfaserseele des Hohlfaser-Extrudats, das Nicht-Lösungsmittel zur Unterstützung der Durchführung der Koagulation, die Waschflüssigkeiten zur Entfernung von Lösungsmittel aus den Hohlfaser-Membran£n, und dergleichen, ebenfalls ökonomisch und sicher sein. Bisher ist vorgeschlagen worden, beispielsweise Gasolin, Kerosin oder andere kohlenwasserstoffhaltige Materialien in dem Spinnverfahren entweder als Koaguliermittel, oder zur Unterstützung des Trocknens einzusetzen, wie beispielsweise in der US-Patentschrift 4 127 625. Derartige Materialien zeigen eindeutig Toxizität und bringen Probleme hinsichtlich der Feuergefahr, als auch hinsichtlich ihrer Beseitigung mit sich. Darüber hinaus können die Kosten dieser kohlenwasserstoffhaltigen Materialien in den zur Erzielung der Wirkung erforderlichen Mengen beispielsweise für die Koagulation, das Waschen, etc. ein bestimmender Faktor der Wirtschaftlichkeit des Spinnverfahrens sein. Demzufolge ist es erwünscht, in hohem Maße sichere, leicht verfügbare Materialien, wie beispielsweise Wasser, einzusetzen, wo immer es in dem Spinnverfahren möglich ist, ins-Since the solvent is only a component used in the spinning process, other components, such as the liquid within the hollow fiber core of the hollow fiber extrudate, the non-solvent to aid in the performance of coagulation, the wash liquors should be removed to remove solvent from the hollow fiber membrane £ n, and the like, also be economical and secure. Heretofore, it has been proposed to use, for example, gasoline, kerosene or other hydrocarbonaceous materials in the spinning process, either as a coagulant or to aid in drying, as for example in U.S. Patent 4,127,625. Such materials clearly exhibit toxicity and pose a fire hazard problem. as well as their elimination. Moreover, the cost of these hydrocarbonaceous materials in the amounts needed to achieve the effect, for example, for coagulation, washing, etc., can be a determining factor in the economics of the spinning process. Accordingly, it is desirable to use highly safe, readily available materials, such as water, wherever possible in the spinning process.

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besondere als Nicht-Lösungsmittel zur Unterstützung der Durchführung der Koagulation und bei der Wäsche zur Entfernung von Lösungsmittel aus der Hohlfaser-Membran. Die Fähigkeit, Wasser zu verwenden, wird selbstverständlich in einem erheblichen Ausmaß von den Eigenschaften des Lösungsmittels im Hinblick auf Wasser, d.h. von der Löslichkeit in Wasser, der Verdünnungswärme in Wasser, der Stabilität in Wasser, und dergleichen, abhängen.special as a non-solvent to help carry out the coagulation and during the wash to remove solvent from the hollow fiber membrane. The ability to use water will, of course, to a considerable extent depend on the properties of the solvent with respect to water, i. from the solubility in water, the heat of dilution in water, the stability in water, and the like.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch diese Erfindung werden Verfahren zur Herstellung von anisotropen Membranen geschaffen, die gewisse vorteilhafte Lösungsmittel verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann anisotrope Membranen liefern, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine sehr dünne Trennschicht mit relativ wenig Poren auf einem darunterliegenden Bereich mit einer offenzelligen Struktur aufweisen, der einem Flüssigkeitsfluß einen geringen Widerstand bietet. Diese Membranen können besonders für Gastrennungen von besonderem Interesse sein. Darüber hinaus schließen Polymere, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Membranen verwendet werden können, Polysulfone ein, welche eine wünschenswerte Festigkeit und chemische Beständigkeit, als auch erwünschte Permeationseigenschaften in Form ihres Permeatdurchflusses und ihrer Selektivität aufweisen. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren Wasser als ein Nicht-Lösungs-This invention provides processes for making anisotropic membranes that use certain beneficial solvents. The process of the present invention can provide anisotropic membranes which are characterized by having a very thin, relatively small pore release layer on an underlying region of open-celled structure which provides low resistance to liquid flow. These membranes may be of particular interest for gas separations. In addition, polymers that can be used to make membranes in accordance with the present invention include polysulfones that have desirable strength and chemical resistance as well as desired permeation properties in terms of their permeate flux and selectivity. Advantageously, the process of the present invention may include water as a non-solvent

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mittel zur Unterstützung der Durchführung der Koagulation des Polymeren und zum Auswaschen des Lösungsmittels aus den Membranen verwenden. Darüber hinaus haben die Lösungsmittel niedrige Dampfdrucke, zeigen keine unzulässigen Explosions- oder Feuergefahren und können in ökonomischer und sicherer Weise beseitigt oder im Kreis zurückgeführt werden.use means to assist in the coagulation of the polymer and to wash out the solvent from the membranes. In addition, the solvents have low vapor pressures, show no undue explosion or fire hazards and can be economically or safely removed or recirculated.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine anisotrope Membran aus einer Lösung eines membranbildenden Polymeren in einem flüssigen Träger, der ein N-acyliertes, heterocyclisches Lösungsmittel enthält, das durch die nachfolgende allgemeine FormelAccording to the present invention, an anisotropic membrane is prepared from a solution of a membrane-forming polymer in a liquid carrier containing an N-acylated heterocyclic solvent represented by the following general formula

χ ν—c—Rχ ν-c-R

wiedergegeben wird, in welcher X -CH--, -N(R1)- oder -0-, R Wasserstoff, Methyl oder Äthyl, und R1 Wasserstoff oder Methyl sind, hergestellt. Die Polymerlösung wird in Form einer Vorstufe vorgesehen und dann in einem flüssigen Koaguliermittel, das Wasser enthält, unter Ausbildung der anisotropen Membran koaguliert. Die anisotrope Membran kann ein Film, oder vorzugsweise eine Hohlfaser sein. Typische N-acylierte heterocyclische Lösungsmittel schließen 1-Formylpiperidin, 1-Acety!piperidin, 1-Formylmorpholin und 1-Acetylmorpholin ein. Ein bevorzugtes N-acyliertes heterocyclischesin which X is -CH--, -N (R 1 ) - or -O-, R is hydrogen, methyl or ethyl, and R 1 is hydrogen or methyl. The polymer solution is provided in the form of a precursor and then coagulated in a liquid coagulant containing water to form the anisotropic membrane. The anisotropic membrane may be a film, or preferably a hollow fiber. Typical N-acylated heterocyclic solvents include 1-formylpiperidine, 1-acetylpiperidine, 1-formylmorpholine and 1-acetylmorpholine. A preferred N-acylated heterocyclic

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Lösungsmittel umfaßt 1-Formylpiperidin. Reilly Tar & Chemical Corporation berichten in ihrer Broschüre mit dem Titel "1-Formylpiperidine", daß 1-Formylpiperidin einen Siedepunkt von etwa 222°C , einen Dampfdruck von 0,111 mm Quecksilber bei 25°C, einen Entzündungspunkt von etwa 102°C und eine LD50 (oral; Ratten) von etwa 0,88 g/kg Körpergewicht hat.Solvent includes 1-formylpiperidine. Reilly Tar & Chemical Corporation, in their brochure titled "1-Formylpiperidines", reports that 1-formylpiperidine has a boiling point of about 222 ° C, a vapor pressure of 0.111 mm Hg at 25 ° C, a flash point of about 102 ° C, and a LD 50 (oral, rats) of about 0.88 g / kg body weight.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Hohlfaser-Membranen ist die Polymerlösung auf einer ausreichend hohen Temperatur, um das faserbildende Polymere im wesentlichen in Lösung und die Polymerlösung vor der Extrusion der Hohlfaser-Vorstufe auf einer faserbildenden Viskosität zu halten. Die Polymerlösung wird durch eine ringförmige Spinndüse unter Ausbildung einer Hohlfaser-Vorstufe extrudiert. Die Einspritzflüssigkeit ist mit dem flüssigen Träger bevorzugt in hohem Maße mischbar und enthält daher oftmals Wasser. Die Hohlfaser-Vorstufe wird dann mit dem flüssigen Koaguliermittel, das ein Nicht-Lösungsmittel für das Polymere in der Polymerlösung ist, in Kontakt gebracht. Das flüssige Koaguliermittel ist vorzugsweise in hohem Maße mit dem flüssigen Träger und der Einspritzflüssigkeit mischbar. Gewöhnlich ist die Temperatur des flüssigen Koaguliermittels ausreichend niedrig, daß die Polymerlösung bei dieser Temperatur extrem viskos ist und sogar ein Gel sein kann. Der Kontakt der Hohlfaser-Vorstufe mitIn the method of the present invention for making hollow fiber membranes, the polymer solution is at a temperature high enough to maintain the fiber-forming polymer substantially in solution and the polymer solution to a fiber-forming viscosity prior to extrusion of the hollow fiber precursor. The polymer solution is extruded through an annular spinnerette to form a hollow fiber precursor. The injection fluid is preferably highly miscible with the liquid carrier and therefore often contains water. The hollow fiber precursor is then contacted with the liquid coagulant, which is a non-solvent for the polymer in the polymer solution. The liquid coagulant is preferably highly miscible with the liquid carrier and the injection liquid. Usually, the temperature of the liquid coagulant is sufficiently low that the polymer solution is extremely viscous at this temperature and may even be a gel. The contact of the hollow fiber precursor with

dem flüssigen Koaguliermittel erfolgt während eines ausreichenden Zeitraums, um das Polymere in der Hohlfaser-Vorstufe unter den Bedingungen des flüssigen Koaguliermittels im wesentlichen vollständig zu koagulieren und dadurch eine Hohlfaser zu liefern. Die Hohlfaser wird dann gewaschen, d.h. mit einem Wasser enthaltenden Nicht-Lösungsmittel für das Polymere in Kontakt gebracht, das mit dem flüssigen Träger mischbar ist, um den Gehalt an dem flüssigen Träger in der Hohlfaser auf weniger als etwa 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Polymeren in der Hohlfaser, herabzusetzen. Die gewaschene Hohlfaser kann dann bei einer Temperatur getrocknet werden, bei welcher die von der Hohlfaser entfaltete Selektivität oder der Durchfluß nicht in unzulässiger Weise nachteilig beeinflußt wird.the liquid coagulant is made for a sufficient period of time to substantially completely coagulate the polymer in the hollow fiber precursor under the conditions of the liquid coagulant and thereby provide a hollow fiber. The hollow fiber is then washed, i. contacted with a water-containing non-solvent for the polymer which is miscible with the liquid carrier to reduce the content of the liquid carrier in the hollow fiber to less than about 5 weight percent, based on the weight of the polymer in the hollow fiber , The washed hollow fiber may then be dried at a temperature at which the selectivity or flow developed by the hollow fiber is not unduly adversely affected.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die Hohlfaser-Membranen vorzugsweise einen relativ kreisförmigen Querschnitt mit kreisförmiger, konzentrischer Hohlfaserseele. In vielen Fällen kann die Hohlfaser-Membran kreisförmig und konzentrisch innerhalb der für die Herstellung geeigneter Spinndüsen erforderlichen Bearbeitungstoleranzen sein. Der Außendurchmesser der Hohlfaser-Membran kann in weitem Bereich variieren, z.B. von etwa 100 oder bis 1000 oder mehr Mikron. Häufig beträgt der Außendurchmesser der Hohlfaser-Membran etwa 200 oder 300 bis 800 Mikron.In one embodiment of the present invention, the hollow fiber membranes preferably have a relatively circular cross-section with a circular, concentric hollow fiber core. In many cases, the hollow fiber membrane may be circular and concentric within the machining tolerances required to produce suitable spinnerets. The outer diameter of the hollow fiber membrane can vary widely, e.g. from about 100 or to 1000 or more microns. Often the outside diameter of the hollow fiber membrane is about 200 or 300 to 800 microns.

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Das Verhältnis der Dicke der Wand zum Außendurchmesser der Hohlfaser-Membran kann ebenfalls in weitem Maße in Abhängigkeit von dem geforderten Druck beim Zusammenbrechen variieren, der für ein gegebenes Trennverfahren vorhanden sein muß. Da der porige Träger offen ist, kann ein Anstieg in der Wanddicke nicht zu einer übermäßigen Verringerung des Flusses durch die Membranwand führen. Typische Verhältnisse der Dicke zu Außendurchmesser sind etwa 0,1 oder 0,15 zu etwa 0,45, sehr oft etwa 0,15 zu 0,4.The ratio of the thickness of the wall to the outer diameter of the hollow fiber membrane may also vary widely depending on the required collapse pressure that must be present for a given separation process. Since the porous support is open, an increase in wall thickness can not result in excessive reduction of flow through the membrane wall. Typical thickness to outside diameter ratios are about 0.1 or 0.15 to about 0.45, very often about 0.15 to 0.4.

Das Porenvolumen der Hohlfaser-Membranen, d.h. die innerhalb der Wandung der Hohlfaser-Membran liegenden Bereiche, die frei vom Material der Hohlfaser-Membran sind, ist wesentlich. Das Porenvolumen kann durch einen Dichtevergleich mit einem Volumen des Blockpolymeren (oder eines anderen Materials der Hohlfaser) bestimmt werden, welches einer Hohlfaser der gleichen,oberflächlichen, gesamtphysikalischen Dimensionen und Konfigurationen, wie die Wand der Hohlfaser-Membran, entsprechen würde. Da der poröse Träger der Hohlfasern offen ist, können relativ niedrige Porenvolumina für anisotrope Hohlfaser-Membranen ohne einen unverhältnismäßig niedrigen, auftretenden Permeatdurchfluß erzielt werden. Oftmals beträgt das Porenvolumen zumindest etwa 30 bis 35, z.B. zumindest etwa 40, nämlich größer als etwa 45 oder 50 . Volumprozent, und es kann bis zu 65 oder 70 oder mehr Volumprozent betragen. . ' *'The pore volume of the hollow fiber membranes, i. the lying within the wall of the hollow fiber membrane areas which are free of the material of the hollow fiber membrane is essential. The pore volume may be determined by a density comparison with a volume of the block polymer (or other hollow fiber material) which would correspond to a hollow fiber of the same superficial, overall physical dimensions and configurations as the wall of the hollow fiber membrane. Because the porous support of the hollow fibers is open, relatively low pore volumes for anisotropic hollow fiber membranes can be achieved without a disproportionately low permeate flux occurring. Often the pore volume is at least about 30 to 35, e.g. at least about 40, greater than about 45 or 50. Percent by volume, and it can be up to 65 or 70 or more vol%. , '*'

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Der flüssige Träger kann im wesentlichen aus dem Lösungsmittel bestehen/ oder es kann das Lösungsmittel mit einer oder mehreren anderen Komponenten zur Bildung des flüssigen Trägers gemischt sein. Die anderen Komponenten können bei Raumtemperatur fest oder flüssig sein, sind jedoch in dem flüssigen Träger aufgelöst. In vielen Fällen, insbesondere wenn die Vorstufe vor der Koagulierung des Polymeren der Atmosphäre ausgesetzt ist, wird es bevorzugt, daß der flüssige Träger (einschließend irgendwelches Verdünnungsmittel) relativ nichtflüchtig ist, z.B., der flüssige Träger hat vorteilhafterweise keine Komponente (Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel) mit einem Dampfdruck von oberhalb etwa 0,8, nämlich oberhalb 0,6 Atmosphären bei der Temperatur der Polymerlösung bei der Extrusion. Wenn jedoch eine flüchtigere Komponente in dem flüssigen Träger eingesetzt wird, und die Vorstufe einer Atmosphäre vor dem In-Berührung-bringen des flüssigen Koaguliermittels ausgesetzt wird, kann die Atmosphäre, welcher die Vorstufe ausgesetzt wird, vorteilhafterweise wesentliche Mengen einer derartigen flüchtigeren Komponente enthalten, um den Verlust der Komponente aus der Vorstufe zu verzögern. Gasförmige Komponenten werden gewöhnlich vermieden, können jedoch eingesetzt werden, insbesondere, wenn die Vorstufe unverzüglich mit dem flüssigen Koaguliermittel in Kontakt gebracht, wird. Die Komponenten sind vorzugsweise mit dem Lösungsmittel und dem flüssigenThe liquid carrier may consist essentially of the solvent, or the solvent may be mixed with one or more other components to form the liquid carrier. The other components may be solid or liquid at room temperature, but are dissolved in the liquid carrier. In many instances, especially when the precursor is exposed to the atmosphere prior to coagulation of the polymer, it is preferred that the liquid carrier (including any diluent) be relatively non-volatile, eg, the liquid carrier advantageously has no component (solvent or diluent) a vapor pressure of above about 0.8, namely above 0.6 atmospheres at the temperature of the polymer solution in the extrusion. However, when a more volatile component is employed in the liquid carrier and the precursor is exposed to an atmosphere prior to contacting the liquid coagulant, the atmosphere to which the precursor is exposed may advantageously contain substantial amounts of such a more volatile component to delay the loss of the component from the precursor. Gaseous components are usually avoided, but can be used, especially if the precursor is immediately contacted with the liquid coagulant. The components are preferably with the solvent and the liquid

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Koaguliermittel verträglich. Oftmals sind die anderen Komponenten in dem N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittel sehr gut löslich, z.B. können zumindest etwa 50, vorzugsweise zumindest etwa 100 Gewichtsteile in 100 Gewichtsteilen des N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittels bei Raumtemperatur (etwa 25°C) aufgelöst werden, und die anderen Komponenten sind vorzugsweise mit dem N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittel und dem flüssigen Koaguliermittel in allen Verhältnissen mischbar. Andere Komponenten als die N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittel, die in dem flüssigen Träger brauchbar sein können, umfassen Lösungsmittel wie Dimethy!acetamid, Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon, DimethyIsulfoxid, etc.; Viskositätsmodifiziermittel, wie Isopropylamin; Surfactants (grenzflachen-, aktive Verbindungen); Weichmacher; und dergleichen. Eine besonders brauchbare Komponente für den flüssigen Träger ist ein Verdünnungsmittel, welches ein Lösungsmittel oder ein Nicht-Lösungsmittel für das Polymere sein kann. Vorzugsweise umfaßt das N-acylierte, heterocyclische Lösungsmittel zumindest etwa 50,nämlich zumindest etwa 60 Gewichtsprozent des flüssigen Trägers.Coagulant compatible. Often, the other components in the N-acylated heterocyclic solvent are very soluble, e.g. For example, at least about 50, preferably at least about 100 parts by weight may be dissolved in 100 parts by weight of the N-acylated heterocyclic solvent at room temperature (about 25 ° C) and the other components are preferably combined with the N-acylated heterocyclic solvent and the liquid coagulant miscible in all proportions. Components other than the N-acylated heterocyclic solvents which may be useful in the liquid carrier include solvents such as dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, etc .; Viscosity modifiers, such as isopropylamine; Surfactants (interfacial, active compounds); plasticizers; and the same. A particularly useful component for the liquid carrier is a diluent, which may be a solvent or a non-solvent for the polymer. Preferably, the N-acylated heterocyclic solvent comprises at least about 50, viz, at least about 60 percent by weight of the liquid carrier.

Die Verwendung von Verdünnungsmitteln kann besonders interessante flüssige Träger liefern, derart, daß gewisse Lösungsmittelaktivitäten mit den einzelnen Polymermolekülen ent-The use of diluents can provide particularly interesting liquid carriers, such that certain solvent activities can occur with the individual polymer molecules.

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faltet werden derart, daß häufig das Polymere aus der Polymerlösung mit einer geringen Energieänderung, falls überhaupt, koaguliert oder geliert werden kann. Das Verhalten von polymeren Molekülen in Lösung wird nach der Theorie nicht nur durch Wechselwirkung zwischen den Polymermolekü-' len beeinflußt, sondern auch durch die Wirkung des Lösungsmittels (und flüssigen Trägers) auf das Polymermolekül.are folded such that often the polymer can be coagulated or gelled from the polymer solution with a small energy change, if any. The behavior of polymeric molecules in solution is believed to be influenced not only by interaction between the polymer molecules, but also by the action of the solvent (and liquid carrier) on the polymer molecule.

In Obereinstimmung mit der von Flory, Principles of Polymer Chemistry (1953), Kapitel XIV, Seiten 595 bis 639 beschriebenen Theorie, auf die hier Bezug genommen wird, kann die molekulare Dimension des Polymeren in einem gegebenen Lösungsmittel-Polymer-System bei einer gegebenen Temperatur durch intramolekulare Wechselwirkungen ungestört bleiben. Wenn die Temperatur von dieser gegebenen Temperatur (Theta-Temperatur) aus ansteigt, quillt das Polymere in der Lösung. Je größer die "Quellung" des Polymermoleküls bei der Bezugstemperatur, desto besser ist das Lösungsmittel für das Polymere bei der Bezugstemperatur. Wenn die Temperatur von der Theta-Temperatur aus abnimmt, würde ein Polymermolekül von unendlichem Molekulargewicht gelieren oder ausfallen, d.h. die intramolekularen Kräfte des PoIymermoleküls sind größer als die Kräfte zwischen dem Lösungsmittel und dem Polymermolekül.In accordance with the theory described by Flory, Principles of Polymer Chemistry (1953), Chapter XIV, pages 595 to 639, incorporated herein by reference, the molecular dimension of the polymer in a given solvent-polymer system may be at a given temperature remain undisturbed by intramolecular interactions. As the temperature rises from this given temperature (theta temperature), the polymer swells in the solution. The greater the "swelling" of the polymer molecule at the reference temperature, the better the solvent for the polymer at the reference temperature. As the temperature decreases from the theta temperature, a polymer molecule of infinite molecular weight would gel or precipitate, i. the intramolecular forces of the polymer molecule are greater than the forces between the solvent and the polymer molecule.

Eine bedeutungsvolle Bewertung eines flüssigen Träger-Polymersystems kann durch Viskositätsmessungen einer sehr verdünnten Lösung des Polymeren in dem flüssigen Träger zur Bestimmung der intrinsic viscosity (die Fähigkeit eines Polymeren, die Viskosität einer Lösung zu erhöhen) (z.B. Bei annähernd 25°C aus Gründen der Übereinstimmung, obwohl andere Temperaturen verwendet werden können, solange sie verträglich sind) und der intrinsic viscosity des Polymeren bei der Theta-Temperatur (intrinsic theta viscosity) durchgeführt werden. Das Verhältnis der intrinsic viscosity zur intrinsic theta viscosity (nachfolgend als "intrinsic viscosities-Verhältnis" bezeichnet) zeigt die Wirkung des Lösungsmittels (flüssiger Träger) auf die Polymermoleküle an. Die intrinsic viscosity für ein gegebenes Flüssigträger-Polymer-System wird durch Bestimmung der Viskosität der Polymerlösung (η) bei einzelnen verschiedenartigen verdünnten Polymerkonzentrationen erhalten. Die Viskosität des flüssigen Trägers (η ) wird ebenfalls bei der gleichen Temperatur bestimmt. Das Verhältnis von η:η ist die relative Viskosität und eine graphische Darstellung des natürliehen Logarithmus der relativen Viskosität, geteilt durch die Polymerkonzentration gegen die Polymerkonzentration bei Extrapolation auf eine Polymerkonzentration von Null liefert die intrinsic viscosity. Geeigneterweise werden die verwendeten verdünnten Polymerlösungen ausgewählt, um relativeA significant evaluation of a liquid carrier polymer system can be made by viscosity measurements of a very dilute solution of the polymer in the liquid carrier to determine the intrinsic viscosity (the ability of a polymer to increase the viscosity of a solution) (eg at approximately 25 ° C for consistency although other temperatures may be used as long as they are compatible) and the intrinsic viscosity of the polymer is performed at the intrinsic theta viscosity. The ratio of intrinsic viscosity to intrinsic theta viscosity (hereinafter referred to as "intrinsic viscosities ratio") indicates the effect of the solvent (liquid carrier) on the polymer molecules. The intrinsic viscosity for a given liquid carrier-polymer system is obtained by determining the viscosity of the polymer solution (η) at several different dilute polymer concentrations. The viscosity of the liquid carrier (η) is also determined at the same temperature. The ratio of η: η is the relative viscosity and a plot of the natural logarithm of the relative viscosity divided by the polymer concentration versus the polymer concentration when extrapolated to a polymer concentration of zero provides the intrinsic viscosity. Suitably, the dilute polymer solutions used are selected to be relative

Viskositäten im Bereich von etwa 1,1 bis 2,5 zu liefern. Um die intrinsic viscosity des Polymeren bei der Theta-Temperatur zu bestimmen, können mehrere Arbeitsweisen verwendet werden, wie sie in der Literaturstelle von Plory (vgl. . oben) auf den Seiten 612 bis 622 beschrieben werden. Beispielsweise kann die intrinsic viscosity des Polymeren in einem Theta-Lösungsmittel bei der Theta-Temperatur durch Viskositätsmessungenf wie vorstehend beschrieben, bestimmt werden. Theta-Lösungsmittel und Theta-Temperaturen können für viele Polymeren in der Literatur gefunden werden, z.B. beispielsweise bei Brandrup et al., Polymer Handbook, Second Edition (1975), Seiten IV-157 bis IV-173, worauf hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Falls erforderlich, können Theta-Lösungsmittel und -Temperaturen nach irgendeiner der von Brandrup et al. auf den Seiten IV-157 bis IV-159 beschriebenen Arbeitsweisen bestimmt werden. Die Temperatur der Polymerlösung während der Viskositätsbestimmungen muß präzise so nahe wie möglich bei der Theta-Temperatur gehalten werden, da sich die intrinsic viscosity von vielen Polymerlösungen rasch bei Temperaturen nahe der Theta-Temperatur ändert. Wahlweise kann die intrinsic theta viscosity durch Verwendung einer Lichtstreuungsmethode zur Bestimmung der zweiten Virialkoeffizienten des Polymeren in einem Lösungsmittel bei verschiedenen Temperaturen bestimmt werden. Ein geeignetes Verfahren wurde von Kaye in "Low Angle LaserTo provide viscosities in the range of about 1.1 to 2.5. To determine the intrinsic viscosity of the polymer at the theta temperature, several procedures may be used, as described in the reference to Plory (supra) at pages 612-622. For example, the intrinsic viscosity of the polymer in a theta solvent at the theta temperature can be determined by viscosity measurements f as described above. Theta solvents and theta temperatures can be found in the literature for many polymers, for example, in Brandrup et al., Polymer Handbook, Second Edition (1975), pages IV-157 to IV-173, incorporated herein by reference. If necessary, theta solvents and temperatures may be prepared by any of the methods described by Brandrup et al. on the pages IV-157 to IV-159. The temperature of the polymer solution during the viscosity determinations must be kept precisely as close as possible to the theta temperature, since the intrinsic viscosity of many polymer solutions changes rapidly at temperatures near the theta temperature. Alternatively, the intrinsic viscosity can be determined by using a light scattering method to determine the second virial coefficient of the polymer in a solvent at various temperatures. A suitable method was developed by Kaye in "Low Angle Laser

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Light Scattering", Analytical Chemistry, 45_ (1973), Seiten 221 bis 225, beschrieben und umfaßt die Bestimmung des Betrages der Lichtstreuung eines Laserstrahls, der durch die Polymerlösung bei mehreren Temperaturen hindurchgeht. Vgl. beispielsweise Stacy, Light Scattering in Physical Chemistry (1956), Seiten 117 ff hinsichtlich einer Beschreibung der Beziehung zwischen Lichtstreuung und dem zweiten Virialkoeffizienten. Man sollte Sorge dafür tragen, daß irgendwelche Feststoffe aus der Polymerlösung, welche die Lichtstreuungsergebnisse beeinflussen können, z.B. durch Filtration,entfernt werden. Die intrinsic viscosity des Polymeren wird bei jeder dieser Temperaturen, bei welchen der zweite Virialkoeffizient bestimmt wird, erhalten und es kann ein Diagramm der intrinsic viscosities und der zweiten Virialkoeffizienten hergestellt und bis zum Punkt extrapo-.liert werden, bei welchem der zweite Virialkoeffizient Null ist. Die intrinsic viscosity bei diesem Punkt ist die intrinsic theta viscosity. Das Verfahren zur Bestimmung der intrinsic theta viscosity ist ein Annäherungsverfahren; jedoch kann ein derartiges Annäherungsverfahren noch für die Bereitstellung eines geeigneten Polymer-Flüssigträger-SystemsLight Scattering ", Analytical Chemistry, 45 (1973), pp. 221 to 225, and involves determining the amount of light scattering of a laser beam passing through the polymer solution at several temperatures, see, for example, Stacy, Light Scattering in Physical Chemistry (1956 For a description of the relationship between light scattering and the second virial coefficient, it is to be noted that any solids from the polymer solution which can affect the light scattering results, eg, by filtration, are removed on pages 117 et seq Each of these temperatures, at which the second virial coefficient is determined, is obtained and a plot of intrinsic viscosities and second virial coefficients can be prepared and extrapolated to the point where the second virial coefficient is zero, the intrinsic viscosity at that point is the intrinsic the ta viscosity. The method for determining intrinsic theta viscosity is an approximation method; however, such an approximation method may still provide for the provision of a suitable polymer-liquid carrier system

für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herbrauchbar/ Stellung einer Hohlfaser-Membran aus einem Polymeren sein.for use in accordance with the present invention for rendering / disposing a hollow fiber membrane from a polymer.

Gewöhnlich werden geeignete Polymere in den flüssigen Trägern gemäß der vorliegenden Erfindung verdünnte LösungenUsually, suitable polymers in the liquid carriers according to the present invention become dilute solutions

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liefern, die ein "intrinsic viscosities-Verhältnis" von etwa 1,05 bis 1,7, nämlich etwa 1,05 bis 1,5, und besonders häufig etwa 1,1 bis 1,5 aufweisen.which have an "intrinsic viscosities ratio" of about 1.05 to 1.7, namely about 1.05 to 1.5, and most often about 1.1 to 1.5.

Der zweite Virialkoeffizient des Flussigträger/Polymer-Systems kann in ähnlicher Weise zur Bestimmung geeigneter Flüssigträger/Polymer-Systeme brauchbar sein. Der von vielen Flüssigträger/Polymer-Systemen gezeigte zweite Virialkoeffizient liegt oftmals unterhalb etwa 15, z.B. unterhalb etwa 12, nämlich"unterhalb etwa 10, Mol.cm /g (mal 10 ) (bei 25°C). Der zweite Virialkoeffizient für die Flüssigträger/ Polymer-Systeme liegt häufig oberhalb etwa 0,5, nämlich oberhalb 1, und manchmal oberhalb 3, beispielsweise zwischen etwa 3 und 8, Mol.cm3/g2 (mal ΙΟ4) (bei 25°C).The second virial coefficient of the liquid carrier / polymer system may similarly be useful in determining suitable liquid carrier / polymer systems. Often, the second virial coefficient shown by many liquid carrier / polymer systems is often below about 15, eg, below about 12, viz., Below about 10, mole / cm (times 10) (at 25 ° C.) The second virial coefficient for the liquid carriers / Polymer systems is often above about 0.5, above about 1, and sometimes above 3, for example, between about 3 and 8, mol.cm 3 / g 2 (times ΙΟ 4 ) (at 25 ° C).

Ein anderes brauchbares Verfahren zur Bestimmung von Flüasigträger/Polymer-Systemen, das vorteilhaft für die Schaffung von Hohlfaser-Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung sein kann, ist der von Blanks et al., in "Solubility of Styrene-Acrylonitrile Copolymers", Structure-Solubility Relationships in Polymers, herausgegeben von Harris et al., (1977), Seiten 111 bis 122, auf welche Veröffentlichung hier ausdrücklich Bezug genommen wird, beschriebene Wechselwirkungsparameter. Der Wechselwirkungparameter (A 2) kann wie folgt definiert werdenAnother useful method for the determination of liquid vehicle / polymer systems, which may be advantageous for the creation of hollow fiber membranes according to the present invention, is that of Blanks et al., In "Solubility of Styrene-Acrylonitrile Copolymers", Structure Solubility Relationships in Polymers, edited by Harris et al., (1977), pages 111 to 122, which publication is incorporated herein by reference, described interaction parameters. The interaction parameter (A 2 ) can be defined as follows

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-..** ~ 2 1 9 9- .. ** ~ 2 1 9 9

worin V das Molvolumen des Lösungsmittels in ml pro Mol, R die Gaskonstante (etwa 12 cal/°K Mol), T die Temperatur in 0K, δ, und δ, die (London) Dispersionskraft-Kompo-where V is the molar volume of the solvent in ml per mole, R is the gas constant (about 12 cal / ° K mol), T is the temperature in K 0, δ, and δ, the (London) dispersion force compo-

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P 0 5P 0 5

nente des Löslichkeitsparameters, (cal/ml) ' , des Polymeren bzw. Lösungsmittels, δ_ und δ die polare Bindung-Glie-of the solubility parameter, (cal / ml) ', of the polymer or solvent, δ_ and δ the polar bond

Ρ'ηfi.Ρ ' η P » fi .

P 0 5P 0 5

der des Löslichkeitsparameters , (cal/ml) ' , des Polymeren bzw. des Lösungsmittels, und δ, und δ, die Wasserstoff-solubility parameter, (cal / ml), of the polymer or solvent, and δ, and δ, the hydrogen

n, n,n, n,

P 0 5P 0 5

bindung-Glieder des Löslichkeitsparameters, (cal/ml) ' , des Polymeren bzw. des Lösungsmittels bedeuten. Der Gesamtlöslichkeitsparameter (δ ) kann durch die nachfolgende GleichungBonding member of the solubility parameter, (cal / ml) ', the polymer or the solvent mean. The total solubility parameter (δ) can be expressed by the following equation

6d 6 d

wiedergegeben werden.be reproduced.

Die Löslichkeitsparameter werden geeigneterweise zur Kennzeichnung von flüssigen Trägern und gelösten Stoffen verwendet und es können Werte für die Löslichkeitsparameter und -komponenten oftmals in der Literatur gefunden werden; vgl. beispielsweise Shaw, "Studies of Polymer-Polymer Solubility Using a Two-Dimensional Solubility Parameter Approach", J. of Applied Polymer Science, IjJ, Seiten 449 bis 472 (1974), und Brandrup et al., The Polymer Handbook, zweite Auflage, Seiten IV-337 bis IV-359 (der auch die experimentellen Tech-Solubility parameters are suitably used to characterize liquid carriers and solutes, and values for solubility parameters and components can often be found in the literature; see. See, for example, Shaw, "Studies of Polymer-Polymer Solubility Using a Two-Dimensional Solubility Parameter Approach", J. of Applied Polymer Science, IjJ, pp. 449-472 (1974), and Brandrup et al., The Polymer Handbook, Second Edition, Pages IV-337 to IV-359 (which also covers the experimental tech-

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niken zur Bestimmung der Löslichkeitsparameter und -komponenten beschreibt). Die Komponenten des Löslichkeitspararneters, die zur Berechnung des Wechselwirkungsparameters für einen flüssigen Träger, der mehr als eine Komponente enthält, verwendet werden, können auf der Durchschnittsbasis eines Volumenbruchs bestimmt werden. Diese Bestimmung ist eine angenäherte Bestimmung, da in vielen Fällen das Volumen der Komponenten des flüssigen Trägers nicht additiv ist. Häufig ist der Wechselwirkungsparameter des Polymeren und flüssigen Trägers bei 20° bis 30°C kleiner als etwa 0,5, nämlich kleiner als etwa 0,3. Der Wechselwirkungsparameternikel to determine the solubility parameters and components describes). The components of the solubility parameter used to calculate the interaction parameter for a liquid carrier containing more than one component can be determined on the average basis of a volume fraction. This determination is an approximate determination because in many cases the volume of the components of the liquid carrier is not additive. Frequently, the interaction parameter of the polymer and liquid carrier at 20 ° to 30 ° C is less than about 0.5, namely less than about 0.3. The interaction parameter

etwa/ hat gewöhnlich zumindest einen Wert von 0,01, vorzugsweiseabout / usually has at least a value of 0.01, preferably

zumindest etwa 0,02, z.B. zumindest etwa 0,05.at least about 0.02, e.g. at least about 0.05.

Auch der flüssige Träger hat vorteilhafterweise einen Löslichkeitsparameter mit einem annähernd gleichen (d.h. innerhalb von 5 oder 10 %,liegenden) Wert, oder einen überhalb des Wertes des Löslichkeitsparameters des Polymeren liegenden Wert. In vielen Fällen sind die Werte von zumindest einem, und manchmal von beiden der nachfolgend angeführten Glieder, nämlich des polare Bindung-Glieds und des Wasserstoff bindung-Glieds des Löslichkeitsparameters größer (d.h. nicht mehr) als 0,5, nämlich größer als 0,3 (cal/ml)0'5, unterhalb des entsprechenden Gliedes für das Polymere. Vorteilhafte Membranen können aus Polymerlösungen hergestelltAlso, the liquid carrier advantageously has a solubility parameter of approximately equal (ie, within 5 or 10%), or more than the value of the solubility parameter of the polymer. In many cases, the values of at least one, and sometimes both, of the following members, namely the polar bond member and the hydrogen bonding member of the solubility parameter, are greater (ie, not greater than) 0.5, greater than 0.3 (cal / ml) 0 '5, below the corresponding element for the polymer. Advantageous membranes can be made from polymer solutions

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werden, in welchen der Zusatz von flüssigem Koaguliermittel, auch in sehr kleinen Mengen, die Fähigkeit des Lösungsmittels zur Auflösung des Polymeren nicht wesentlich verbessert. Oftmals sind die Werte für das polare Bindung-Glied und das Wasserstoffbindung-Glied des Löslichkeitsparameters des flüssigen Trägers jeder für sich größer, als die entsprechenden Glieder des Löslichkeitsparameters des Polymeren .in which the addition of liquid coagulant, even in very small amounts, does not substantially improve the ability of the solvent to dissolve the polymer. Often, the values for the polar binding member and the hydrogen bonding member of the solubility parameter of the liquid carrier are each individually larger than the corresponding members of the solubility parameter of the polymer.

Oftmals liegt die Oberflächenspannung des flüssigen Trägers innerhalb von etwa 10, nämlich von etwa 5 oder 7, dyn/cm, der Oberflächenspannung des Polymeren bei Raumtemperatur (25 C). Wenn das Flüssigträger/Polymer-System, falls in einer verdünnten Polymerlösung, ein geeignetes "intrinsic viscosities-Verhältnis", zweiten Virialkoeffizienten und Wechselwirkungsparameter aufweist, weist der flüssige Träger ebenfalls eine der Oberflächenspannung des Polymeren angenäherte Oberflächenspannung auf. Häufig zeigen besonders brauchbare flüssige Träger eine Oberflächenspannung bei Raumtemperatur (25°C) von kleiner als etwa 3 oder 5 dyn/cm über der Oberflächenspannung des Polymeren. Oberflächenspannungen für Polymere können nach irgendeinem herkömmlichen Verfahren experimentell bestimmt werden, und ein solches derartiges Verfahren wird von Tanny in J. of Applied Polymer Science, Vol. 18, Seiten 2153 bis 2154 (1974), beschrieben.Often, the surface tension of the liquid carrier is within about 10, namely about 5 or 7, dyn / cm, of the surface tension of the polymer at room temperature (25 C). When the liquid carrier / polymer system, if in a dilute polymer solution, has a suitable intrinsic viscosities ratio, second virial coefficient and interaction parameter, the liquid carrier also has a surface tension approximated to the surface tension of the polymer. Often, particularly useful liquid carriers exhibit a surface tension at room temperature (25 ° C) of less than about 3 or 5 dynes / cm above the surface tension of the polymer. Surface tensions for polymers can be determined experimentally by any conventional method, and such a method is described by Tanny in J. of Applied Polymer Science, Vol. 18, pages 2153 to 2154 (1974).

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Oftmals enthalten in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete flüssige Träger ein Verdünnungsmittel, welches ein Nicht-Lösungsmittel für das Polymere ist. Nicht-Lösungsmittel sind gewöhnlich dadurch gekennzeichnet, daß sie eine geringe Fähigkeit zur Auflösung des Polymeren aufweisen, z.B. ist die Polymerlöslichkeit kleiner als etwa 10, nämlich kleiner als 2, oftmals kleiner als etwa 0,5 g pro 100 ml Nicht-Lösungsmittel. Das Nicht-Lösungsmittel hat auf das Polymere, falls überhaupt, eine geringe quellende Wirkung. Das Nicht-Lösungsmittel ist,.falls es in einer ausreichenden Menge zugesetzt wird, im allgemeinen fähig, eine Phasentrennung der Polymerlösung zu liefern. Vorzugsweise wird das Nicht-Lösungsmittel nicht in einer Menge derart zugesetzt, daß die Polymerlösung in unzulässiger Weise bei den Verarbeitungsbedingungen vor der Formierung der Vorstufe unstabil wird. Häufig beträgt die Menge an Nicht-Lösungsmittel in dem flüssigen Träger zumindest etwa 2, z.B. zumindest etwa 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile an flüssigem Träger.Often, liquid carriers used in the process of the present invention contain a diluent which is a non-solvent for the polymer. Non-solvents are usually characterized by having a low ability to dissolve the polymer, e.g. For example, the polymer solubility is less than about 10, less than 2, often less than about 0.5 g, per 100 ml of non-solvent. The non-solvent has little, if any, swelling effect on the polymer. The non-solvent, if added in an amount sufficient, is generally capable of providing phase separation of the polymer solution. Preferably, the non-solvent is not added in an amount such that the polymer solution becomes unduly unstable at the processing conditions prior to the formation of the precursor. Often, the amount of non-solvent in the liquid carrier is at least about 2, e.g. at least about 5 parts by weight per 100 parts by weight of liquid carrier.

Geeignete Nicht-Lösungsmittel können das flüssige Koaguliermittel oder ein oder mehrere Komponenten des flüssigen Koaguliermittels enthalten. Manche erwünschte Lösungsmittel können das Polymere in Gegenwart von zumindest etwa 5, nämlich von zumindest etwa 10 Gewichtsprozent an flüssigemSuitable non-solvents may include the liquid coagulant or one or more components of the liquid coagulant. Some desirable solvents may be the polymer in the presence of at least about 5%, namely at least about 10% by weight of liquid

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Koaguliermittel, bezogen auf das Gewicht des Lösungsmittels (z.B. bei 25°C), in Lösung halten. Vorzugsweise jedoch wird die Zugabe von relativ kleinen Mengen an flüssigem Koaguliermittel zu einer Lösung des Polymeren in dem flüssigen Träger zu einer Phasentrennung oder einem Gelieren der Poly merlösung führen.Coagulants, based on the weight of the solvent (e.g., at 25 ° C), in solution. Preferably, however, the addition of relatively small amounts of liquid coagulant to a solution of the polymer in the liquid carrier will result in phase separation or gelling of the polymer solution.

Typische Verdünnungsmittel/ einschließend Nicht-Lösungsmittel, umfassen Formamid, Acetamid, Äthylenglykol, Wasser, Trimethylamin, Triäthylamin, Isopropylamin, Isopropanol, Methanol, Nitromethan, 2-Pyrrolidon, Essigsäure, Ameisensäure, wässeriges Ammoniak, MethyläthyIketon, Aceton, Glycerin, und dergleichen. Anorganische Salze mit niedrigem Molekulargewicht, wie Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Zinkchlorid, Magnesiumperchlorat, Lithiumnitrat, und dergleichen, können ebenfalls in dem flüssigen Träger brauchbar sein.Typical diluents / include non-solvents include formamide, acetamide, ethylene glycol, water, trimethylamine, triethylamine, isopropylamine, isopropanol, methanol, nitromethane, 2-pyrrolidone, acetic acid, formic acid, aqueous ammonia, methyl ethyl ketone, acetone, glycerol, and the like. Inorganic salts of low molecular weight, such as lithium chloride, lithium bromide, zinc chloride, magnesium perchlorate, lithium nitrate, and the like, may also be useful in the liquid carrier.

Um es zu ermöglichen, daß die Vorstufe gebildet wird, ist eine ausreichende Menge an Polymerem in der Polymerlösung enthalten. Wenn man daher eine Hohlfaser-Membran herstellt, ist die Polymer-Konzentration ausreichend, daß die Polymerlösung bei einer faserbildenden Viskosität bei der Temperatur der Polymerlösung ist, wenn sie zu einer Hohlfaser-Vorstufe formiert (d.h. extrudiert). wird. Unzulässig niedriIn order to allow the precursor to be formed, a sufficient amount of polymer is included in the polymer solution. Therefore, when fabricating a hollow fiber membrane, the polymer concentration is sufficient for the polymer solution to be at a fiber-forming viscosity at the temperature of the polymer solution as it forms into a hollow fiber precursor (i.e., extruded). becomes. Impermissibly low

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ge Viskositäten können zu einem Bruch der Hohlfaser-Vorstufe und der Unfähigkeit führen, die gewünschte Hohlfaser-Gestalt aufrechtzuerhalten. Hohe Viskositäten sind sind erwünscht, jedoch können übermäßig hohe Viskositäten infolge der zur Extrusion der Polymerlösung erforderlichen Drucke unerwünscht sein. Häufig liegt die Viskosität der extrudierenden Polymerlösung bei zumindest etwa 5000, oftmals bei zumindest etwa 10 000 Centipoise und sie kann bis zu 500 000 oder 1 000 000 Centipoise bei der Extrusionstemperatur betragen. Viele interessante Hohlfaser-Membranen werden unter Verwendung von Polymerlösungsviskositäten bei der Extrusionstemperatur im Bereich von etwa 10 000 bis 500 000 Centipoise hergestellt. In manchen Fällen kann ausreichend Polymeres in der Polymerlösung enthalten sein, so daß bei der Temperatur des flüssigen Koaguliermittels die Polymerlösung eine im wesentlichen nicht-fließende Struktur wird, beispielsweise, daß sie extrem viskos wird oder einer physikalischen Änderung unterliegt, z.B. ein Gel bildet (d.h. eine elastische Struktur, in welcher zumindest etwas des Polymeren in dem flüssigen Träger nicht löslich und flüssiger Träger in den Zwischenräumen eingeschlossen ist), oder zu einer Phasentrennung führt.Viscosities may result in breakage of the hollow fiber precursor and the inability to maintain the desired hollow fiber shape. High viscosities are desired, however, excessively high viscosities may be undesirable as a result of the pressures required to extrude the polymer solution. Often, the viscosity of the extruding polymer solution is at least about 5,000, often at least about 10,000 centipoise, and can be up to 500,000 or 1,000,000 centipoise at the extrusion temperature. Many interesting hollow fiber membranes are made using polymer solution viscosities at the extrusion temperature in the range of about 10,000 to 500,000 centipoise. In some instances, sufficient polymer may be included in the polymer solution such that at the temperature of the liquid coagulant the polymer solution becomes a substantially non-flowing structure, for example, becoming extremely viscous or undergoing a physical change, e.g. forms a gel (i.e., an elastic structure in which at least some of the polymer is insoluble in the liquid carrier and liquid carrier is entrapped in the interstices) or results in phase separation.

Die Polymer-Konzentration der Polymerlösung ist geeigneterweise ausreichend hoch, um sicherzustellen, daß die MembranThe polymer concentration of the polymer solution is suitably high enough to ensure that the membrane

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ausreichend Polymeres zur Ausbildung der gewünschten hohen Festigkeit der Membran enthält. Wenn die Polymer-Konzentration der Polymerlösung zu niedrig ist, können große Poren, einschließlich große Zellen und Makroporen, in der Membranwand auftreten, und dadurch zu einer niedrigen Festigkeit der wandstruktur führen. Bei höheren Polymer-Konzentrationen ist die erhaltene Hohlfaserwand gewöhnlich dichter und Makroporen sind gewöhnlich seltener, und daher kann die Hohlfaser-Membran eine größere Festigkeit aufweisen. Makroporen sind große Poren mit einer Hauptdimension von größer als etwa 3 Mikron. Vorzugsweise wird eine ausreichend hohe Polymer-Konzentration verwendet derart, daß unter den Koagulationsbedingungen, falls überhaupt, wenige Makroporen gebildet werden. Da die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise eine offenzellige Struktur in der Membranwand liefern kann, kann der Anstieg in der Polymerdichte mit einer geringen, falls überhaupt auftretenden Herabsetzung des Durchflusses durch die Grundmasse der Membranwand erzielt werden. Die maximalen Polymer-Konzentrationen, die in einer Polymerlösung verwendet werden können, werden gewöhnlich in der Praxis durch die Fähigkeit einer herkömmlichen Apparatur zur Ausbildung von Membranen·aus hochviskosen Polymerlösungen bestimmt. Die maximalen, bevorzugten Konzentrationen des Polymeren in der Polymerlösung werden ebenso auch von der Natur des Polymeren und des flüssigen Trägers abhängen. Beispiels-contains sufficient polymer to form the desired high strength of the membrane. If the polymer concentration of the polymer solution is too low, large pores, including large cells and macropores, may occur in the membrane wall, thereby resulting in low strength of the wall structure. At higher polymer concentrations, the resulting hollow fiber wall is usually denser and macropores are usually rarer, and therefore, the hollow fiber membrane can have greater strength. Macropores are large pores with a major dimension greater than about 3 microns. Preferably, a sufficiently high polymer concentration is used such that, under coagulation conditions, few, if any, macropores are formed. Since the present invention can advantageously provide an open-celled structure in the membrane wall, the increase in polymer density can be achieved with little, if any, reduction in flow through the bulk of the membrane wall. The maximum polymer concentrations that can be used in a polymer solution are usually determined in practice by the ability of a conventional apparatus to form membranes from high viscosity polymer solutions. The maximum preferred concentrations of the polymer in the polymer solution will also depend on the nature of the polymer and the liquid carrier. Beispiels-

sisi

weiseweise können mit Polymeren von niedrigerem Molekulargewicht höhere Polymer-Konzentrationen erwünschter sein, als mit Polymeren von höherem Molekulargewicht. Häufig liegt die Polymer-Konzentration bei zumindest etwa 25 Gewichtsprozent der Polymerlösung. Polymer-Konzentrationen bis zu 45 oder 50 Gewichtsprozent können in vielen Situationen brauchbar sein. Polymer-Konzentrationen von etwa 28 oder 30 bis 38 oder 40 Gewichtsprozent sind besonders oft erwünscht. .that is, with lower molecular weight polymers, higher polymer concentrations may be more desirable than with higher molecular weight polymers. Often, the polymer concentration is at least about 25 percent by weight of the polymer solution. Polymer concentrations up to 45 or 50 percent by weight may be useful in many situations. Polymer levels of about 28 or 30 to 38 or 40 weight percent are particularly often desired. ,

Häufig haben die Viskositäten der Polymerlösungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, relativ hohe Aktivierungsenex'gien. Eine Aktivierungsenergie ist ein Verhältnis zwischen Temperatur und Viskosität, und dieses Verhältnis kann durch die nachfolgende Gleichung wiedergegeben werden:Often, the viscosities of the polymer solutions used in accordance with the present invention have relatively high activation energies. An activation energy is a relationship between temperature and viscosity, and this ratio can be represented by the following equation:

.Π = A.eE/RT .Π = Ae E / RT

in welcher n. die Viskosität der Polymerlösung, E die Aktivierungsenergie, R die Gaskonstante (annähernd 2 cal/°K, Mol) und T die Temperatur (0K) bedeutet. Vgl. Kunst et al., Fifth International Symposium on Fresh Waser from the Sea, Vol. 4 (1976), auf welche Veröffentlichung hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Steigung eines Diagramms des Logarithmus der Viskosität (Poise) zur reziproken absoluten Temperatur (°K~ ) ist gewöhnlich linear, und aus diesemin which n. the viscosity of the polymer solution, E is the activation energy, R is the gas constant (approximately 2 cal / ° K, mol) and T is the temperature ( 0 K). See Art et al., Fifth International Symposium on Fresh Water from the Sea, Vol. 4 (1976), which publication is incorporated herein by reference. The slope of a graph of the logarithm of viscosity (Poise) to the reciprocal absolute temperature (° K ~) is usually linear, and out of this

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Diagramm kann die Aktivierungsenergie (cal/Mol) angenähert erhalten werden. Oftmals beträgt die Aktivierungsenergie zumindest etwa 8 kcal/Mol, nämlich etwa 8,5 bis 15, z.B. etwa 9 bis 12, besonders häufig etwa 9,5 bis 12 kcal/Mol. Gewöhnlich erhöht sich die Aktivierungsenergie mit erwünschten flüssigen Trägern, enthaltend ein Nicht-Lösungsmittel als Verdünnungsmittel, mit erhöhter Konzentration an Nicht-Lösungsmittel.Diagram can be obtained approximately the activation energy (cal / mole). Often, the activation energy is at least about 8 kcal / mole, about 8.5 to 15, e.g. about 9 to 12, more often about 9.5 to 12 kcal / mole. Usually, the activation energy with desired liquid carriers containing a non-solvent diluent increases with increased concentration of non-solvent.

Die Polymerlösung kann in beliebiger geeigneter Weise hergestellt werden, zum Beispiel kann der flüssige Träger zu dem Polymeren zugegeben werden, das Polymere kann zu dem flüssigen Träger zugegeben werden, oder das Polymere und der flüssige Träger können gleichzeitig vereinigt werden. Der flüssige Träger kann selbstverständlich, wenn er mehr als eine Komponente enthält, mit dem Polymeren auf einer Komponente-zu-Komponente-Basis vermischt werden. Wenn beispielsweise der flüssige Träger ein Lösungsmittel und ein Nicht-Lösungsmittel enthält, kann das Polymere vorteilhafterweise mit dem Lösungsmittel vor der Zugabe des Nicht-Lösungsmittels vermischt werden. Wenn das Nicht-Lösungsmittel anschließend an die Auflösung des Polymeren in dem Lösungsmittel zugesetzt wird, wird das Nicht-Lösungsmittel gewöhnlich langsam zugesetzt derart, daß die lokalisierten Zonen der erhöhten Nicht-Lösungsmittel-Konzentrationen zur Ver-The polymer solution can be prepared in any suitable manner, for example, the liquid carrier can be added to the polymer, the polymer can be added to the liquid carrier, or the polymer and the liquid carrier can be simultaneously combined. Of course, if the liquid carrier contains more than one component, it can be mixed with the polymer on a component-by-component basis. For example, if the liquid carrier contains a solvent and a non-solvent, the polymer may be advantageously mixed with the solvent prior to adding the non-solvent. When the non-solvent is added subsequent to the dissolution of the polymer in the solvent, the non-solvent is usually added slowly such that the localized zones of the increased non-solvent concentrations are used.

30 0 1 Qq 7 30 0 1 Qq 7

meldung einer Koagulation oder Ausfällung des Polymeren in derartigen lokalisierten Zonen so klein wie möglich gehalten werden. Zur Erleichterung des Mischens des Polymeren des flüssigen Trägers können erhöhte Temperaturen angewandt werden. Die Temperatur sollte jedoch nicht so hoch sein, daß sie irgendwelche der Komponenten der so hergestellten Lösung in schädlicher Weise beeinflußt. Die zur Durchführung des Mischens zur Herstellung einer Polymerlösung erforderliche Zeit kann in Abhängigkeit von der Lösungsgeschwindigkeit der Komponenten, der Temperatur, der Wirksamkeit der Mischvorrichtung, der Viskosität der hergestellten Polymerlösung, und dergleichen in weitem Umfang variieren. Wünschenswerterweise sollte das Mischen der Polymerlösung fortgesetzt werden, bis eine im wesentlichen einheitliche Zusammensetzung innerhalb der gesamten Polymerlösung vorliegt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann irgendeine beliebige geeignete Mischvorrichtung zur Herstellung der Polymerlösung Anwendung finden. Vorzugsweise führt die Mischvorrichtung keine unzulässigen Lufteinschlüsse in die Polymerlösung ein, um irgendein anschließendes Entgasen der Polymerlösung zu erleichtern. Oftmals haben Komponenten der Polymerlösung unter den Mischbedingungen eine merkliche Flüchtigkeit. Diese flüchtigen Komponenten können ein unzulässiges Risiko bezüglich Gesundheitsschädigungen und Feuergefahren darstellen, und es wird auch der Verlust an ver-message coagulation or precipitation of the polymer in such localized zones are kept as small as possible. To facilitate mixing of the polymer of the liquid carrier, elevated temperatures may be employed. However, the temperature should not be so high as to deleteriously affect any of the components of the solution thus prepared. The time required to conduct blending to prepare a polymer solution may vary widely depending on the dissolution rate of the components, the temperature, the efficiency of the blender, the viscosity of the prepared polymer solution, and the like. Desirably, the mixing of the polymer solution should continue until a substantially uniform composition is present throughout the polymer solution. For the purposes of the present invention, any suitable mixing device may be used to prepare the polymer solution. Preferably, the mixing device does not introduce improper air pockets into the polymer solution to facilitate any subsequent degassing of the polymer solution. Often, components of the polymer solution have appreciable volatility under the blending conditions. These volatile components can pose an unacceptable risk of damage to health and fire, and the loss of

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flüchtigten Komponenten die Zusammensetzung der Polymerlösung ändern. Demzufolge wird in den meisten Fällen das Mischen des Polymeren und des flüssigen Trägers in einem im wesentlichen verschlossenen Behälter durchgeführt. In derartigen verschlossenen Behältern kann eine inerte Atmosphäre vorgesehen werden. Es ist möglich, daß für die Polymerlösung vorgesehene Komponenten nachteilig beeinflußt werden, wenn sie atmosphärischen Bedingungen (z.B. der umgebenden Luft) ausgesetzt werden. Der Gesamtdruck der Atmosphäre in dem Mischbehälter ist vorzugsweise relativ niedrig, um irgendwelches Auflösen oder Einschließen der inerten Atmosphäre in die Polymerlösung während der Herstellung der Polymerlösung so niedrig wie möglich zu halten. In den meisten Fällen werden Drucke von unterhalb etwa 2 oder 3 Atmosphären absolut angewandt.Volatile components change the composition of the polymer solution. As a result, in most cases, the mixing of the polymer and the liquid carrier is carried out in a substantially sealed container. In such sealed containers an inert atmosphere may be provided. It is possible that components intended for the polymer solution will be adversely affected when exposed to atmospheric conditions (e.g., ambient air). The total pressure of the atmosphere in the mixing vessel is preferably relatively low so as to minimize any dissolution or entrapment of the inert atmosphere in the polymer solution during the preparation of the polymer solution. In most cases, pressures below about 2 or 3 atmospheres are absolutely applied.

Häufig enthält die Polymerlösung eingeschlossene oder gelöste Gase, die zur Ausbildung von Anomalien, z.B. von Makroporen, in den Membranen führen können. Demzufolge ist es ganz allgemein erwünscht, die Polymerlösung zu entgasen. Vorzugsweise ist die Polymerlösung vor dem Extrudieren der Hohlfaser-Vorstufe im wesentlichen frei von eingeschlossenen oder gelösten Gasen. Zur Durchführung des gewünschten Entgasens können irgendeine geeignete Entgasungsvorrichtung und irgendwelche geeignete Entgasungsbedingungen brauchbarOften, the polymer solution contains trapped or dissolved gases used to form anomalies, e.g. of macropores, in which membranes can lead. As a result, it is generally desirable to degas the polymer solution. Preferably, the polymer solution is substantially free of entrapped or dissolved gases prior to extruding the hollow fiber precursor. To effect the desired degassing, any suitable degassing apparatus and any suitable degassing conditions may be used

sein. Beispielsweise kann ein ausreichendes Entgasen erzielt werden, indem man die Polymerlösung in einem geschlossenen Gefäß während eines ausreichenden Zeitraums hält, um den eingeschlossenen oder gelösten Gasen ein Entweichen aus der Polymerlösung·zu ermöglichen. Herkömmliche Entgasungsvorrichtungen, wie beispielsweise nJ"-Rohre, Zentrifugal-Entgasungsvorrichtungen, Ultraschall-Entgasungsvorrichtungen und dergleichen können zur Entgasung der Polymerlösung Anwendung finden. Da viele der gemäß der vorliegenden Erfindung brauchbaren Polymerlösungen eine relativ hohe Viskosität aufweisen, kann die Polymerlösung in der Entgasungsvorrichtung bei einer erhöhten Temperatur gehalten werden, um ihre Viskosität herabzusetzen und die Freisetzung der eingeschlossenen oder gelösten Gase zu erleichtern. Die erhöhten Temperaturen,, welchen die Polymerlösung unterworfen sein kann, und die Zeiträume, während welchen die Polymerlösung auf derartig erhöhten Temperaturen gehalten wird, sollten nicht so hoch bzw. so lang sein, daß sie zu einer schädlichen Einwirkung auf die Polymerlösung oder ihrer Komponenten führen. Die Entgasung kann bei relativ niedrigen absoluten Drucken (z.B. im Vakuum), oder bei solchen höheren Drucken durchgeführt werden, daß beispielsweise eine unzulässige Verflüchtigung bzw. Verdampfung von irgendeiner der Komponenten der Polymerlösung verhindert wird. Der Druck sollte jedoch nicht so· hoch sein, daß er zu einer unzulässi-his. For example, sufficient degasification can be achieved by maintaining the polymer solution in a closed vessel for a sufficient period of time to allow the trapped or dissolved gases to escape from the polymer solution. Conventional degassing devices, such as n "J" tubes, centrifugal degassing devices, ultrasonic degassing devices, and the like, can be used to degas the polymer solution. "Since many of the polymer solutions useful in accordance with the present invention have a relatively high viscosity, the polymer solution can be used in the degasser The increased temperatures to which the polymer solution may be subjected and the periods during which the polymer solution is maintained at such elevated temperatures should not be maintained at an elevated temperature to lower its viscosity and facilitate the release of trapped or dissolved gases be so high or so long that they lead to a detrimental effect on the polymer solution or its components.The degassing can be carried out at relatively low absolute pressures (eg in vacuum), or at such higher pressures n, that, for example, unauthorized volatilization or evaporation of any of the components of the polymer solution is prevented. However, the pressure should not be so high as to make it inadmissible.

gen Auflösung oder erneuten Auflösung von Gasen aus der in der Entgasungsvorrichtung enthaltenen Atmosphäre führt. Im allgemeinen wird die Entgasung vorzugsweise bei einem absoluten Druck von unterhalb etwa 2 Atmosphären, und besonders häufig bei einem unteratmosphärischem Druck durchgeführt. Die Entgasung kann in einem abgeschlossenen Behälter durchgeführt werden. Während der Entgasung kann eine inerte Atmosphäre verwendet werden.tion dissolution or redissolution of gases from the atmosphere contained in the degassing leads. In general, degassing is preferably carried out at an absolute pressure of below about 2 atmospheres, and more often at a subatmospheric pressure. The degassing can be carried out in a sealed container. During degassing, an inert atmosphere can be used.

Die entgaste Polymerlösung kann anschließend für die Herstellung der Membran-Vorstufe eingesetzt werden. Beim Transportieren der Polymerlösung wird es bevorzugt, daß die Leitungen und die Pumpen so konstruiert sind, daß kein Gas (z.B. Luft) über undichte Stellen in dem Transportsystem in die Polymerlösung eindringt. Die Polymerlösung kann feste Verunreinigungen, z.B. Staub, polymere Oligomere, und dergleichen, enthalten, welche die Membran in nachteiliger Weise beeinflussen können. Die Polymerlösung wird daher meistens vor dem Eintritt in die Spinndüse filtriert. Vorzugsweise ist der Filtervorgang ausreichend, um im wesentlichen alle festen Teilchen, die größer als etwa 50 Mikron in der Hauptrichtung sind, und oftmals im wesentlichen alle Teilchen, die größer als etwa 0,5 Mikron in der größten Dimension sind, durch Filtration zu entfernen. Zur Erleichterung von Transport und Filtration der Polymerlösung könnenThe degassed polymer solution can then be used for the preparation of the membrane precursor. When transporting the polymer solution, it is preferred that the conduits and pumps are constructed so that no gas (e.g., air) enters the polymer solution via leaks in the transport system. The polymer solution may contain solid impurities, e.g. Dust, polymeric oligomers, and the like, which may adversely affect the membrane. The polymer solution is therefore usually filtered before entering the spinneret. Preferably, the filtering operation is sufficient to remove by filtration substantially all solid particles larger than about 50 microns in the main direction, and often substantially all particles larger than about 0.5 micron in the largest dimension. To facilitate transport and filtration of the polymer solution can

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erhöhte Temperaturen angewandt werden. Derartige erhöhte Temperaturen sollten jedoch nicht so hoch sein, daß die Polymerlösung oder ihre Komponenten in irgendeiner Weise geschädigt werden.elevated temperatures are applied. However, such elevated temperatures should not be so high as to damage the polymer solution or its components in any way.

Häufig macht Wasser eine Hauptmenge des flüssigen Koaguliermittels aus, ausreichend, um einen geeigneten Gehalt an Nicht-Lösungsmittel zur Durchführung der Koagulation des Polymeren zu schaffen. Beispielsweise kann das flüssige Koaguliermittel zumindest etwa 50, nämlich zumindest etwa 75, und besonders häufig zumindest etwa 85 Gewichtsprozent Wasser enthalten. Vorteilhafterweise bewirkt das flüssige Koaguliermittel kein merkliches Quellen des Polymeren. Da Wasser oftmals eine Hauptmenge des flüssigen Koaguliermittels ausmacht, zeigt das Polymere vorzugsweise, falls überhaupt, eine geringe Quellung in Wasser. Wünschenswerterweise ist die Zusammensetzung des flüssigen Koaguliermittels derart, daß die Verdünnungswärme des flüssigen Trägers in dem flüssigen Koaguliermittel größer als etwa -3,5, nämlich größer als etwa -3, z.B. größer als etwa -2,5, und häufig größer als etwa -2 kcal/Mol ist. Der Absolutwert der Verdünnungswärme des flüssigen Trägers in dem flüssigen Koaguliermittel ist oftmals kleiner als etwa 3 kcal/Mol. In vielen Fällen liegt die Verdünnungswärme innerhalb des Bereiches von etwa -0,5 bis -2 kcal/Mol. DieFrequently, water will make up a majority of the liquid coagulant sufficient to provide a suitable non-solvent content to effect coagulation of the polymer. For example, the liquid coagulant may contain at least about 50, viz. At least about 75, and most often at least about 85, weight percent water. Advantageously, the liquid coagulant does not cause appreciable swelling of the polymer. Since water often constitutes a major amount of the liquid coagulant, the polymer preferably exhibits little, if any, swelling in water. Desirably, the composition of the liquid coagulant is such that the heat of dilution of the liquid carrier in the liquid coagulant is greater than about -3.5, greater than about -3, eg greater than about -2.5, and often greater than about -2 kcal / mole. The absolute value of the heat of dilution of the liquid carrier in the liquid coagulant is often less than about 3 kcal / mole. In many cases, the heat of dilution is within the range of about -0.5 to -2 kcal / mole. The

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Verdünnungswärme kann unter Verwendung von irgendeinem beliebigen herkömmlichen Verfahren bestimmt werden, und zwar wird sie gewöhnlich bei etwa 25°C bestimmt.Dilution heat can be determined using any conventional method, usually at about 25 ° C.

Das flüssige Koaguliermittel wird, und zwar insbesondere bei der Herstellung von Hohlfaser-Membranen auf kontinuierlicher Basis, flüssigen Träger enthalten, der aus der Vorstufe entfernt wird. Der flüssige Träger kann dem NichtLösungsmittel einen Gehalt an flüssigem Koaguliermittel entziehen. Das flüssige Koaguliermittel wird daher wünschenswerterweise durch frisches, oder im Kreis geführtes flüssiges Koaguliermittel ersetzt, das, falls überhaupt, nur wenig flüssigen Träger enthält. Häufig ist die Konzentration des flüssigen Trägers in dem flüssigen Koaguliermittel kleiner als etwa 10, vorzugsweise kleiner als etwa 5, nämlich kleiner als etwa 2 Gewichtsprozent.The liquid coagulant will, especially in the production of hollow fiber membranes on a continuous basis, contain liquid carrier which will be removed from the precursor. The liquid carrier may extract a content of liquid coagulant from the non-solvent. The liquid coagulant is therefore desirably replaced by fresh or circulated liquid coagulant which contains little, if any, liquid carrier. Often, the concentration of the liquid carrier in the liquid coagulant is less than about 10, preferably less than about 5, namely, less than about 2 weight percent.

Das flüssige Koaguliermittel kann zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Surfactants (grenzflächenaktive Mittel), Materialien, welche den Nicht-Lösungsmittel-Gehalt des flüssigen Koaguliermittels bezüglich des Polymeren erhöhen oder erniedrigen, Materialien, welche die Löslichkeit der Komponenten des flüssigen Trägers in dem flüssigen Koaguliermittel steigern, Materialien, welche die Verdünnungswärme des flüssigen Trägers in dem flüssigen Koaguliermittel erniedri-The liquid coagulant may contain additional components, such as surfactants, materials which increase or decrease the non-solvent content of the liquid coagulant with respect to the polymer, materials which increase the solubility of the components of the liquid carrier in the liquid coagulant, Materials which lower the heat of dilution of the liquid carrier in the liquid coagulant.

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gen, Gefrierpunktserniedriger, und dergleichen, enthalten. Brauchbare zusätzliche Komponenten für das flüssige Koaguliermittel, welche Anwendung bei der Herstellung der Membranen finden können, schließen Alkohole mit niedrigem Molekulargewicht, wie beispielsweise Methanol, Isopropanol, etc., Salze, wie beispielsweise Natriumchlorid, Natriumnitrat, Lithiumchlorid, etc., organische Säuren, wie beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, etc., und dergleichen, ein., freezing point depressants, and the like. Useful additional components for the liquid coagulant which may find application in the manufacture of the membranes include low molecular weight alcohols such as methanol, isopropanol, etc., salts such as sodium chloride, sodium nitrate, lithium chloride, etc., organic acids such as for example, formic acid, acetic acid, etc., and the like.

Das flüssige Koaguliermittel wird wünschenswerterweise auf einer Temperatur gehalten, bei welcher die Polymerlösung im wesentlichen nicht-fließend ist. Während geeignete Temperaturen gewöhnlich niedrig sind, können manche Polymerlösungen bei Raumtemperatur oder darüber im wesentlichen nichtfließend sein. Daher können für das flüssige Koaguliermittel Temperaturen von bis zu etwa 90°C oder darüber Anwendung finden. Oftmals jedoch liegt die Temperatur des flüssigen Koaguliermittels unterhalb etwa 35°C, und in hohem Maße erwünschte Membranen werden häufig unter Verwendung von Temperaturen für das flüssige Koaguliermittel von unterhalb etwa 200C, nämlich von unterhalb etwa 1O°C hergestellt. Besonders oft liegt die Temperatur des flüssigen Koaguliermittels aus Gründen der Bequemlichkeit oberhalb etwa 00C, z.B. bei etwa 0° bis 10°C. Jedoch können mit einer ge-The liquid coagulant is desirably maintained at a temperature at which the polymer solution is substantially non-flowing. While suitable temperatures are usually low, some polymer solutions may be substantially non-flowing at room temperature or above. Therefore, temperatures of up to about 90 ° C or above can be used for the liquid coagulant. Often, however, the temperature of the liquid coagulant is below about 35 ° C, and highly desirable membranes are often made below about 20 0 C, namely below about 1O ° C using temperatures for the liquid coagulant from. Very often, the temperature of the liquid coagulant for the sake of convenience, above about 0 0 C, for example at about 0 ° to 10 ° C. However, with a

3?3?

-ge-ge

eigneten Kühlvorrichtung und bei Gegenwart von Gefrierpunktserniedrigern in dem flüssigen Koaguliermittel Temperaturen von -15°C und darunter erzielt werden.temperatures of -15 ° C and below are achieved in the liquid coagulant in the presence of freezing point depressants.

Die Verweilzeit der Vorstufe in dem flüssigen Koaguliermittel sollte ausreichend sein, daß der Betrag der Koagulation bei der Temperatur des flüssigen Koaguliermittels eine adäquate Festigkeit der Membran für eine weitere Verarbeitung liefert. Häufig wird es gewünscht, daß die Koagulation des Polymeren in der Vorstufe innerhalb einiger weniger Sekunden erfolgt, so daß die Anlagengröße für die Koagulationsstufe nicht unzulässig groß ist. Da die Außenseite von z.B. der Hohlfaser-Vorstufe direkt mit dem flüssigen Koaguliermittel in Kontakt gelangt, wird sie gewöhnlich nahezu augenblicklich koaguliert. In manchen Fällen kann eine im wesentlichen vollständige Koagulation des Polymeren in der Vorstufe unter den Bedingungen des flüssigen Koaguliermittels nahezu augenblicklich erfolgen. Häufiger zeigt die Vorstufe in dem flüssigen Koaguliermittel einen beobachtbaren übergang von einer klaren oder durchscheinenden Struktur zu einer opaken Struktur. Dieser übergang kann allmählich erfolgen, und manchmal kann das Fortschreiten des Übergangs beobachtet werden. Die Zeit für diesen übergang unter den Bedingungen des flüssigen Koaguliermittels kann in weitem Bereich variieren, beträgt jedoch in vielen Fällen zumin-The residence time of the precursor in the liquid coagulant should be sufficient so that the amount of coagulation at the temperature of the liquid coagulant provides adequate strength of the membrane for further processing. It is often desired that coagulation of the polymer in the precursor occur within a few seconds, so that the size of the equipment for the coagulation stage is not unduly large. Since the outside of e.g. the hollow fiber precursor directly contacts the liquid coagulant, it is usually coagulated almost instantaneously. In some cases, substantially complete coagulation of the polymer in the precursor under the conditions of the liquid coagulant may occur almost instantaneously. More often, the precursor in the liquid coagulant exhibits an observable transition from a clear or translucent structure to an opaque structure. This transition can be gradual, and sometimes the progression of the transition can be observed. The time for this transition under the conditions of the liquid coagulant can vary widely, but in many cases is

dest etwa 0,001, beispielsweise etwa 0,01 bis 1, nämlich etwa 0,02 bis 0,5 Sekunden.at least about 0.001, for example about 0.01 to 1, namely about 0.02 to 0.5 seconds.

Gewöhnlich enthält die Membran auch nach der Koagulation der Vorstufe noch wesentliche Mengen an flüssigem Träger, der ihre Festigkeitseigenschaften nachteilig beeinflussen kann, und der sogar koaguliertes Polymeres befähigen kann, wieder aufgelöst zu werden. Die Membran wird deshalb in besonders geeigneter Weise zumindest einer Waschstufe zur weiteren Entfernung von flüssigem Träger unterworfen. Oftmals wird das Waschen der Membran unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen (z.B. der Temperatur) begonnen, die bei der Koagulation herrschten. Die bei der Wäsche angewandten Temperaturen basieren häufig auf der Festigkeit der den flüssigen Träger enthaltenden Membran, dem zweckentsprechenden Bereich der Temperaturen, welchen die Waschflüssigkeit unterworfen werden kann, und der Leichtigkeit, eine Waschflüssigkeit mit derartigen Temperaturen zu erhalten. Ganz allgemein sollten während des Waschens Temperaturen vermieden werden, die zu einer unerwünschten Temperung der Membranoberfläche führen könnten. Sehr oft liegt die Temperatur der Wäsche im Bereich von etwa 0° bis 500C, vorzugsweise im Bereich von etwa 0° bis 35°C. Insbesondere dann, wenn der flüssige Träger und das flüssige Koaguliermittel mit Wasser mischbar sind, wird geeigneterweise Was-Usually, even after coagulation of the precursor, the membrane still contains substantial amounts of liquid carrier, which may adversely affect its strength properties, and which may even enable coagulated polymer to be redissolved. The membrane is therefore particularly suitably subjected to at least one washing step for further removal of liquid carrier. Often, the washing of the membrane is begun under substantially the same conditions (eg, temperature) that prevailed during coagulation. The temperatures used in the wash are often based on the strength of the membrane containing the liquid carrier, the appropriate range of temperatures to which the wash liquid can be subjected, and the ease of obtaining a wash liquid at such temperatures. In general, temperatures should be avoided during washing, which could lead to undesired tempering of the membrane surface. Very often, the temperature of the laundry in the range of about 0 ° to 50 0 C, preferably in the range of about 0 ° to 35 ° C. In particular, when the liquid carrier and the liquid coagulant are miscible with water, suitably

eer als Waschflüssigkeit verwendet. Die Waschflüssigkeit kann.Additive enthalten, beispielsweise solche, welche eine Entfernung des flüssigen Trägers verbessern. Wenn beispielsweise die Waschflüssigkeit Wasser ist, dann kann ein mit Wasser mischbares organisches Material (z.B. Methanol, Iso-^ propanol, etc.) bei' der Erleichterung der Entfernung des flüssigen Trägers unterstützend wirken.eer used as a washing liquid. The washing liquid may contain additives, for example those which enhance removal of the liquid carrier. For example, if the washing liquid is water, then a water-miscible organic material (e.g., methanol, isopropanol, etc.) may aid in facilitating the removal of the liquid carrier.

Oft kann der Gehalt an flüssigem Träger in der Membran mit Leichtigkeit verringert werden, nämlich auf weniger als etwa 20 Gewichtsprozent des flüssigen Trägers (z.B. mittels Durchleiten der Hohlfaser durch eine Waschflüssigkeit während eines Zeitraums von 2 bis 5 Minuten). Jedoch kann die Verringerung des Gehaltes an flüssigem Träger in der Membran auf erwünschte niedrige Werte, z.B. auf weniger als etwa 5, und manchmal auf weniger als etwa 2 Gewichtsprozent an flüssigem Träger, relativ lange Zeiträume einer zusätzlichen Wäsche erfordern. Diese zusätzliche Wäsche erfolgt oft während zumindest etwa 3 Stunden, und kann bis zu 20 oder mehr Tage betragen. Die zusätzliche Wäsche kann durchgeführt werden, indem man Waschflüssigkeit mit, falls überhaupt, wenig flüssigem Träger über die Membran führt (Spülen), oder durch Einweichen, oder durch Lagerung in Waschflüssigkeit. Gewöhnlich wird eine Kombination von Spülen und Lagerung zur Entfernung des flüssigen Trägers aus der Membran ange-Often, the level of liquid carrier in the membrane can be reduced with ease, namely to less than about 20 weight percent of the liquid carrier (e.g., by passing the hollow fiber through a wash liquid for a period of 2 to 5 minutes). However, reducing the level of liquid carrier in the membrane to desirably low levels, e.g. less than about 5, and sometimes less than about 2 weight percent liquid carrier, relatively long periods of additional laundry. This additional wash is often for at least about 3 hours, and may be up to 20 or more days. The additional washing may be carried out by passing washing liquid over the membrane with, if at all, little liquid carrier (rinsing), or by soaking, or by storing in washing liquid. Usually, a combination of rinsing and storage is used to remove the liquid carrier from the membrane.

wandt. Wenn die Membranen in Waschflüssigkeit gelagert werden, kann eine periodische Auswechselung der Waschflüssigkeit vorteilhaft sein, wenn die Konzentration des flüssigen Trägers in der Waschflüssigkeit unerwünscht hoch wird. Obwohl die Membranen in der Waschflüssigkeit während Zeiträumen von länger als 20 Tagen gelagert werden können, werden gewöhnlich nach derartig langen Lagerperioden nur geringe zusätzliche Mengen an flüssigem Träger aus den Membranen entfernt. Besonders häufig wird das Waschen der Membranen fortgesetzt, bis der Gehalt an flüssigem Träger in der Membran weniger als etwa 4 oder 5 Gewichtsprozent der Membran beträgt.Wundt. If the membranes are stored in washing liquid, periodic replacement of the washing liquid may be advantageous if the concentration of the liquid carrier in the washing liquid becomes undesirably high. Although the membranes can be stored in the wash liquor for periods longer than 20 days, usually only small additional amounts of liquid carrier are removed from the membranes after such long storage periods. Most often, washing of the membranes is continued until the level of liquid carrier in the membrane is less than about 4 or 5 percent by weight of the membrane.

Die Membranen werden nach dem Waschen zur Entfernung der Waschflüssigkeit getrocknet. Die Anwesenheit von Flüssigkeit in den anisotropen Membranen kann den Durchfluß von Stoffen, z.B. Gasen, welche die Membran durchdringen, in signifikanter Weise erniedrigen, und es wird daher gewöhnlich die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Membran nicht gewünscht. Eine geeignete Trocknung kann durchgeführt werden, indem man die Membranen einer gasförmigen Atmosphäre aussetzt. Luft ist gewöhnlich eine geeignete gasförmige Atmosphäre. Brauchbare Trocknungsbedingungen können in weitem Bereich variieren. Beispielsweise können geeignete Trocknungsbedingungen Temperaturen im Bereich von -15°C oder unterhalb bis 90°C oder darüber, und relative Feuchtigkei- ' ten im Bereich von etwa O bis 95, nämlich etwa 5 bis 60 %The membranes are dried after washing to remove the washing liquid. The presence of liquid in the anisotropic membranes can reduce the flow of substances, e.g. Gases which penetrate the membrane significantly decrease, and therefore the presence of liquid in the membrane is usually not desired. Suitable drying can be carried out by exposing the membranes to a gaseous atmosphere. Air is usually a suitable gaseous atmosphere. Useful drying conditions can vary widely. For example, suitable drying conditions may be temperatures in the range of -15 ° C or below to 90 ° C or above, and relative humidities in the range of about 0 to 95, namely, about 5 to 60%.

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einschließen. Häufig liegt die Temperatur im Bereich von etwa 0° bis 80°C, mit absoluten Feuchtigkeitswerten von weniger als etwa 20 oder 30, nämlich etwa 5 bis 15 g/m . In vielen Fällen ist ein Trocknen der Membranen unter üblichen Laboratoriumsbedingungen, z.B. bei etwa 20 bis 25 C und 40 bis 60 % relativer Feuchtigkeit annehmbar.lock in. Frequently the temperature is in the range of about 0 ° to 80 ° C, with absolute humidity values of less than about 20 or 30, namely about 5 to 15 g / m. In many cases, drying of the membranes under standard laboratory conditions, e.g. at about 20 to 25 C and 40 to 60% relative humidity.

Brauchbare Materialien für die Herstellung von anisotropen Membranen können organische Polymere, oder organische Polymere, die mit anorganischen Stoffen, z.B. Füllstoffen, Verstärkungsmitteln, und dergleichen, gemischt sind, sein. Demzufolge kann das erfindungsgemäße Verfahren eine vorteilhafte Anwendung bei der Herstellung von metallischen Hohlfaser-Membranen gemäß der US-Patentschrift 4 175 153 finden, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Geeignete Polymere sind gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung .in den verwendeten N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmitteln löslich. Wunschenswerterweise können zumindest etwa 50, vorzugsweise zumindest etwa 100 Gewichtsteile des Polymeren in 100 Gewichtsteilen des N-acylierten heterocyclisehen Lösungsmittels (bei 25 C) aufgelöst werden, und besonders häufig ist das N-acylierte, heterocyclische Lösungsmittel und das Polymere in allen Verhältnissen mischbar. Aber obwohl das N-acylierte, heterocyclische Lösungsmittel ein gutes Lösungsmittel für das Polymere und mit dem flüs-Useful materials for the production of anisotropic membranes may include organic polymers, or organic polymers coated with inorganic materials, e.g. Fillers, reinforcing agents, and the like. Accordingly, the process of the present invention may find advantageous use in the preparation of hollow fiber metal membranes according to US Pat. No. 4,175,153, which is incorporated herein by reference. Suitable polymers are soluble according to the process of the present invention in the N-acylated heterocyclic solvents used. Desirably, at least about 50, preferably at least about 100 parts by weight of the polymer can be dissolved in 100 parts by weight of the N-acylated heterocyclic solvent (at 25 C), and most often the N-acylated heterocyclic solvent and the polymer are miscible in all proportions. But although the N-acylated heterocyclic solvent is a good solvent for the polymer and with the liquid

sigen Koaguliermittel mischbar ist, kann das Polymere für die Herstellung von Membranen nicht annehmbar sein, wenn das Lösungsmittel nicht imstande ist, nach der Koagulation leicht aus der Membran abgetrennt zu werden. Wenn das Polymere das Lösungsmittel zurückhält, kann die polymere Struktur der Membran so geschwächt werden, daß dies zu einer unzulässigen Verdichtung der anisotropen Struktur führt, wodurch eine unerwünschte Erniedrigung der Permeabilität der Membran gegenüber hindurchdringenden Stoffen, z.B. Gasen, erhalten wird. Wenn darüber hinaus unzulässige Mengen an Lösungsmittel auch nach dem Trocknen zurückbleiben, wird die erhaltene Membran keine ausreichende Strukturfestigkeit aufweisen, um den Trennbedingungen zu widerstehen.If the coagulant is miscible, the polymer may not be acceptable for the preparation of membranes if the solvent is unable to be readily separated from the membrane after coagulation. If the polymer retains the solvent, the polymeric structure of the membrane may be weakened to result in undue densification of the anisotropic structure, thereby causing undesirable lowering of the permeability of the membrane to permeants, e.g. Gases, is obtained. Moreover, if excessive amounts of the solvent remain even after drying, the resulting membrane will not have sufficient structural strength to withstand the separation conditions.

Häufig beträgt das "intrinsic viscosities-Verhältnis" für geeignete Polymere in verdünnter Lösung in dem N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittel zumindest etwa 1,05, vorzugsweise zumindest etwa 1,3. Oftmals beträgt das "intrinsic viscosities-Verhältnis" bis zu etwa 2, nämlich etwa 1,3 bis 1,75, oder sogar 1,5 bis 1,75.Often, the intrinsic viscosities ratio for suitable dilute solution polymers in the N-acylated heterocyclic solvent is at least about 1.05, preferably at least about 1.3. Often the "intrinsic viscosities ratio" is up to about 2, namely about 1.3 to 1.75, or even 1.5 to 1.75.

Häufig liegt der zweite Vxrialkoeffizient für Polymerlösungen, welche ein geeignetes Polymeres in dem N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittel enthalten, unterhalb von etwa 20, nämlich unterhalb von etwa 15 Mol.cm3/g2 (mal 104) (beiFrequently, the second coefficient of viscosity for polymer solutions containing a suitable polymer in the N-acylated heterocyclic solvent is below about 20, namely, below about 15 mol.cm 3 / g 2 (times 10 4 )

25°C). In vielen Fällen liegt der zweite Virialkoeffizient bei zumindest etwa 0,5, nämlich bei zumindest etwa 1, z.B. bei zumindest etwa 3 Mol.cm3/g2 (^aI 104) (bei 25°C). Oftmals ist der Wechselwirkungsparameter für geeignete Polymere mit dem N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittel bei etwa 20° bis 30°C kleiner als etwa 0,5, nämlich kleiner als etwa 0,3, und besonders häufig zumindest etwa 0,005, nämlich zumindest etwa 0,01, und manchmal zumindest etwa 0,02.25 ° C). In many cases, the second virial coefficient is at least about 0.5, viz. At least about 1, eg, at least about 3 mol.cm 3 / g 2 (^ a 10 4 ) (at 25 ° C). Often, the interaction parameter for suitable polymers with the N-acylated heterocyclic solvent at about 20 ° to 30 ° C is less than about 0.5, viz less than about 0.3, and most often at least about 0.005, viz. At least about 0, 01, and sometimes at least about 0.02.

Gewöhnlich wird es bevorzugt, daß das Polymere im wesentlichen nicht kristallin ist, z.B. zu weniger als etwa 25 Gewichtsprozent, und häufig zu weniger als etwa 1 oder 2 Gewichtsprozent kristallin ist, da kristalline Polymere gewöhnlich niedrige Permeabilitätskoeffizienten aufweisen. Jedoch können manchmal Polymere, die eine beträchtliche Kristallinitat besitzen, erwünscht sein. Oft ist auch das Polymere nichtionisch, um die Herstellung von anisotropen Membranen zu erleichtern.Usually it is preferred that the polymer is substantially non-crystalline, e.g. is less than about 25 weight percent, and often less than about 1 or 2 weight percent crystalline, because crystalline polymers usually have low permeability coefficients. However, sometimes polymers that have considerable crystallinity may be desirable. Often, the polymer is also nonionic to facilitate the preparation of anisotropic membranes.

Das polymere Material wird vorzugsweise auf Basis seiner Trennfähigkeiten ausgewählt, d.h. seiner Fähigkeit, die gewünschte Selektivität der Trennung bei einer geeigneten Permeatdurchflußfestigkeit und chemischer Widerstandsfähigkeit zu liefern, insbesondere bezüglich der Komponenten derThe polymeric material is preferably selected based on its release capabilities, i. its ability to provide the desired separation selectivity with suitable permeate flow resistance and chemical resistance, particularly with respect to the components of the

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Flüssigkeitsströme, die unter Verwendung der Membran behandelt werden sollen. Das Polymere sollte ein Molekulargewicht haben, das zur Ausbildung von z.B. einer Hohlfaser ausreichend ist. Im allgemeinen gilt für einen gegebenen Typ von Polymeren, daß die Zugfestigkeit des Polymeren um so größer und die Glas- oder Einfriertemperatur des Polymeren um so höher ist, je länger die polymere Kette ist. Dieser Anstieg in den physikalischen Eigenschaften mit ansteigendem Molekulargewicht kann oft mit, falls überhaupt, einer geringen Änderung in den Trennfähigkeiten des Polymeren erreicht werden. Demzufolge kann durch Verwendung von Polymeren mit hohem Molekulargewicht die anisotrope Membran fester und mit den Komponenten des Beschickungsstroms, welche das Polymere in schädlicher Weise beeinflussen können, in einem größeren Ausmaß verträglich gemacht werden. Jedoch führen Polymere mit erhöhten Molekulargewichten gewöhnlich zu einem Anstieg der Viskosität der Polymerlösungen zur Herstellung der Vorstufe. Daher ist es oftmals erwünscht, ein Polymeres mit einer engen Molekulargewichtsvertexlung zu verwenden derart, daß das Polymere hohe Festigkeitseigenschaften ohne einen unzulässigen Anstieg in seiner Viskosität aufweist. Beispielsweise kann das Polymere mit einer breiten Molekulargewichtsverteilung einen signifikanten Anteil an polymeren Molekülen mit niedrigem Molekulargewicht enthalten, jedoch infolge der Anwesenheit von polymeren Molekülen mit wesent-Liquid streams to be treated using the membrane. The polymer should have a molecular weight which is sufficient to form e.g. a hollow fiber is sufficient. In general, for a given type of polymer, the longer the polymeric chain, the greater the tensile strength of the polymer and the higher the glass or glass transition temperature of the polymer. This increase in increasing molecular weight physical properties can often be achieved with little, if any, change in the release capabilities of the polymer. Accordingly, by using high molecular weight polymers, the anisotropic membrane can be made more solid and more compatible with the components of the feedstream which can deleteriously affect the polymer. However, polymers with increased molecular weights usually result in an increase in the viscosity of the polymer solutions for preparing the precursor. Therefore, it is often desirable to use a polymer having a narrow molecular weight distribution such that the polymer has high strength properties without an undue increase in its viscosity. For example, the broad molecular weight distribution polymer may contain a significant portion of low molecular weight polymeric molecules, but due to the presence of polymeric molecules having significant molecular weight.

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lieh höherem Molekulargewicht eine hohe Lösungsviskosität liefern. Eine geeignete Weise zur Kennzeichnung der Molekulargewichtsverteilung eines Polymeren erfolgt durch das Verhältnis von durchschnittlichem Molekulargewicht (Gewichts-.mittel) des Polymeren zum durchschnittlichen Molekulargewicht (Zahlenmittel) des Polymeren. Die höheren Verhältnisse weisen darauf hin, daß die Molekulargewichtsverteilung breiter ist. Häufig ist dieses Verhältnis kleiner als etwa 3,Higher molecular weight provide a high solution viscosity. A suitable way of characterizing the molecular weight distribution of a polymer is by the ratio of the average molecular weight (weight average) of the polymer to the number average molecular weight of the polymer. The higher ratios indicate that the molecular weight distribution is broader. Often, this ratio is less than about 3,

Die Festigkeit des Polymeren sollte ausreichen, um eine Schädigung der Trennschicht während der vorauszusehenden Handhabung und der Transportmaßnahmen bei der Herstellung der Membran, der Herstellung eines Permeators, der die Membran enthält, und bei dem Einbau und der Verwendung des Permeators zu verhindern. Ebenso muß das Polymere eine ausreichende Festigkeit derart aufweisen, daß die Membran den Gastrennungsbetriebsbedingungen widersteht. Die Festigkeit des Polymeren kann beispielsweise als Zugfestigkeit, Young's Modul, etc., angegeben werden. Während jede dieser mechanischen Eigenschaften die Gesamtfestigkeit der Membran beeinflussen kann, kann oftmals ein Hinweis darauf, ob das Polymere eine adäquate Festigkeit besitzt, durch eine Betrachtung der Zugfestigkeit des Polymeren erhalten werden. Gewöhnlich besitzen für Membranen geeignete Polymere eine Zugfestigkeit von zumindest etwa 350, nämlich zumindest etwaThe strength of the polymer should be sufficient to prevent damage to the release layer during foreseen handling and transport during manufacture of the membrane, production of a permeator containing the membrane, and installation and use of the permeator. Likewise, the polymer must have sufficient strength such that the membrane resists the gas separation operating conditions. The strength of the polymer can be given, for example, as tensile strength, Young's modulus, etc. While any of these mechanical properties can affect the overall strength of the membrane, often an indication of whether the polymer has adequate strength can be obtained by considering the tensile strength of the polymer. Usually, polymers suitable for membranes have a tensile strength of at least about 350, namely at least about

400, vorzugsweise zumindest etwa 500, nämlich zumindest400, preferably at least about 500, namely at least

etwa 600 kg/cm . Die Zugfestigkeit kann so hoch sein, wie sie erzielbar ist, jedoch besitzen wenige Polymere, die als Membranmaterialien vorteilhaft sind, Zugfestigkeiten vonabout 600 kg / cm. The tensile strength can be as high as achievable, but few polymers that are advantageous as membrane materials have tensile strengths of

über etwa 2000 kg/cm . Die Festigkeit eines Polymeren kann durch Materialien, die beispielsweise das Polymere auflösen, weichmachen oder quellen, in nachteiliger Weise beeinflußt werden. Oftmals werden viele für Membrantrennungen geeignete Polymere durch ein oder mehr Materialien aufgelöst, weichgemacht, gequollen oder sonstwie nachteilig beeinflußt. In manchen Fällen enthalten unter Verwendung von Membranen für Trennungen zu behandelnde industrielle Ströme, z.B. Gasströme, eine oder mehrere Komponenten, welche das Membranmaterial nachteilig beeinflussen können. Durch die Verwendung eines Membranmaterials, welches eine hohe Festigkeit aufweist, kann eine Verringerung der Festigkeit der Membran infolge der Anwesenheit derartiger schädlicher Komponenten in den Beschickungsmischungen toleriert werden, da die schwächere Membran noch die Bedingungen des Trennverfahrens aushält.over about 2000 kg / cm. The strength of a polymer may be adversely affected by materials which, for example, dissolve, soften, or swell the polymer. Often many polymers suitable for membrane separations are dissolved, softened, swollen, or otherwise adversely affected by one or more materials. In some cases, industrial streams to be treated using membranes for separations, e.g. Gas streams, one or more components, which may adversely affect the membrane material. By using a membrane material which has high strength, a reduction in the strength of the membrane due to the presence of such harmful components in the feed mixtures can be tolerated because the weaker membrane still endures the conditions of the separation process.

Die selektive Permeation von vielen Flüssigkeiten, einschließlich Gasen, in vielen Polymeren wurde bereits beschrieben. In diesen beschriebenen Permeatiorien schließt der Mechanismus der Trennung offensichtlich eine WechselwirkungThe selective permeation of many liquids, including gases, in many polymers has already been described. In these described permeations, the mechanism of separation apparently involves an interaction

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mit dem Material der Membran ein. Daher können durch die Verwendung von verschiedenartigen Polymeren in einem weiten Bereich differierende Trennfähigkeiten erzielt werden. Beispielsweise ermöglicht Polyacrylnitril, Stickstoff mehr als lOmal so schnell wie Methan durchzusetzen, wohingegen in einer Polysulfon-Membran Methan etwas schneller als Stickstoff durchgesetzt wird. In der Literatur sind zahlreiche Informationen bezüglich der Permeationseigenschaften von Polymeren zu finden. Beispielsweise siehe Hwang et al., "Gas Transfer Coefficients in Membranes", Separation Science, Vol. 9, Seiten 461 bis 478 (1974); und Brandrup et al., Polymer Handbook, Second Edition, Abschnitt III (1975). Die Eignung eines Polymeren für beispielsweise eine Gastrennung kann leicht unter Verwendung von beispielsweise herkömmlichen Techniken zur Bestimmung der Permeabilitäts-.konstanten, der Permeabilitäten und Trennfaktoren bestimmt werden, wie dies von Hwang et al., in Techniques of Chemistry, Vol. VII, Membranes in Separations (1975) in Kapitel 12, Seiten 296 bis 322, beschrieben wird.with the material of the membrane. Therefore, by using various polymers in a wide range, differing releasing ability can be obtained. For example, polyacrylonitrile allows nitrogen to permeate more than 10 times as fast as methane, whereas in a polysulfone membrane, methane is enforced slightly faster than nitrogen. Numerous information regarding the permeation properties of polymers can be found in the literature. For example, see Hwang et al., Gas Transfer Coefficients in Membranes, Separation Science, Vol. 9, pp. 461-478 (1974); and Brandrup et al., Polymer Handbook, Second Edition, Section III (1975). The suitability of a polymer for, for example, gas separation can readily be determined using, for example, conventional techniques for determining permeability constants, permeabilities, and separation factors, as described by Hwang et al., Techniques of Chemistry, Vol. VII, Membranes in Separations (1975) in Chapter 12, pages 296 to 322.

Typische Polymere, die zur Herstellung von einheitlichen, anisotropen Membranen geeignet sind, umfassen substituierte und nichtsubstituierte Polymere, ausgewählt aus Polysulfonen; Poly(styrolen), einschließlich Styrol enthaltende Copo-i lymere, wie Acrylnitril-Styrol-Copolymere und Styrol-Vinyl-Typical polymers suitable for preparing uniform, anisotropic membranes include substituted and unsubstituted polymers selected from polysulfones; Poly (styrenes), including styrene-containing copolymers, such as acrylonitrile-styrene copolymers and styrene-vinyl

benzylhalogenid-Copolymere; Polycarbonate, Polymere auf Cellulosebasis, wie Celluloseacetat-butyrat, Eellulosepropionat, Äthylcellulose, Methylcellulose, Nitrocellulose, etc.; Polyamide und Polyimide, einschließlich Ary!polyamide und Ary!polyimide; Polyäther; Polyacetal; Poly(arylenoxide), wie Poly(phenylenoxid) und Poly(xylylenoxid); Poly (esteramid-diisocyanat) ; Polyurethane; Polyester (einschließlich Polyarylate), wie Poly(äthylenterephthalat), Poly (alky!methacrylate), Poly(alkylacrylate), Pöly(phenylenterephthalat), ,etc.; Polysulfide; andere Polymere als die oben erwähnten mit a-olefinischer Ungesättigtheit aus Monomeren mit a-olefinischer Ungesättigtheit, wie Polyvinyle, z.B. Poly(vinylchlorid), Poly(vinylfluorid), Poly(vinylidenchlorid) , Poly(vinylidenfluorid), Poly(vinylalkohol), Poly(vinylester), wie Poly(vinylacetat) und Poly(vinylpropionat) ,Poly(vinylpyridine), Poly(viny!pyrrolidone), Poly (vinyläther), Poly(vinylketone), Poly(vinylaldehyde), wie Poly(vinyIformal) und Poly(vinylbutyral), Poly(vinylamine) , Poly(vinylphosphate) und Poly(vinylsulfate); PoIyallyle; Poly(benzobenzimidazol); Polyhydrazide; Polyoxadiazole; Polytriazole; Poly(benzimidazole); Polycarbodiimide; Polyphosphazine; etc., und Copolymere, einschließlich Blockcopolymere, die wiederkehrende Einheiten der obigen Polymeren enthalten, wie Terpolymere von Acrylnitril-vinylbromid-natriumsalz von p-Sulfophenylmethallyläthern; undbenzyl halide copolymers; Polycarbonates, cellulosic based polymers such as cellulose acetate butyrate, cellulose propionate, ethyl cellulose, methyl cellulose, nitrocellulose, etc .; Polyamides and polyimides, including aryl polyamides and aryl polyimides; polyether; polyacetal; Poly (arylene oxides) such as poly (phenylene oxide) and poly (xylylene oxide); Poly (esteramide diisocyanate); polyurethanes; Polyesters (including polyarylates) such as poly (ethylene terephthalate), poly (alkyl methacrylates), poly (alkyl acrylates), poly (phenylene terephthalate), etc .; polysulfides; polymers other than those mentioned above having α-olefinic unsaturation of monomers having α-olefinic unsaturation, such as polyvinyls, e.g. Poly (vinyl chloride), poly (vinyl fluoride), poly (vinylidene chloride), poly (vinylidene fluoride), poly (vinyl alcohol), poly (vinyl esters) such as poly (vinyl acetate) and poly (vinyl propionate), poly (vinyl pyridines), poly (viny! pyrrolidones), poly (vinyl ethers), poly (vinyl ketones), poly (vinyl aldehydes), such as poly (vinyl formal) and poly (vinyl butyral), poly (vinyl amines), poly (vinyl phosphates) and poly (vinyl sulfates); PoIyallyle; Poly (benzobenzimidazol); polyhydrazides; polyoxadiazoles; polytriazoles; Poly (benzimidazole); polycarbodiimides; polyphosphazines; etc., and copolymers including block copolymers containing repeating units of the above polymers such as terpolymers of acrylonitrile-vinyl bromide-sodium salt of p-sulfophenylmethallyl ethers; and

Pfropfpolymere und Mischungen, welche irgendwelche der vorstehend aufgeführten Polymeren enthalten. Typische Substituenten, die substituierte Polymere liefern, umfassen Halogene, wie Fluor, Chlor und Brom; Hydroxylgruppen; niedere Alkylgruppen; niedere Alkoxygruppen; monocyclisches Aryl; niedere Acylgruppen, und dergleichen.Graft polymers and blends containing any of the polymers listed above. Typical substituents which provide substituted polymers include halogens such as fluoro, chloro and bromo; hydroxyl groups; lower alkyl groups; lower alkoxy groups; monocyclic aryl; lower acyl groups, and the like.

Eine Klasse von Polymeren, die für viele Gastrennungen interessant sein kann, sind Copolymere von Styrol und Acrylnitril, oder Terpolymere, die Styrol und Acrylnitril enthalten. Häufig beträgt der Styrolgehalt bis zu etwa 60 oder 70, nämlich etwa 10 bis 50 Molprozent der gesamten Monomeren in dem Polymeren. Vorteilhafterweise macht das Acrylnitril-Monomere zumindest etwa 20, z.B. etwa 20 bis 90, oftmals etwa 30 bis 80 Molprozent des Polymeren aus. Andere Monomere, die mit Styrol und Acrylnitril verwendet werden können, um z.B. Terpolymere zu liefern, schließen olefinische Monomere, wie Buten, Butadien, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Maleinsäureanhydrid, und dergleichen, ein. Andere Monomere, die verwendet werden können, schließen Vinylchlorid ein. Die Copolymeren oder Terpolymeren von Styrol und Acrylnitril haben oftmals ein Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von zumindest etwa 25 000 oder 50 000, nämlich etwa 75 000 bis 500 000, oder darüber.One class of polymers that may be of interest for many gas separations are copolymers of styrene and acrylonitrile, or terpolymers containing styrene and acrylonitrile. Often, the styrene content is up to about 60 or 70, about 10 to 50 mole percent of the total monomers in the polymer. Advantageously, the acrylonitrile monomer makes at least about 20, e.g. about 20 to 90, often about 30 to 80 mole percent of the polymer. Other monomers which may be used with styrene and acrylonitrile, e.g. To provide terpolymers include olefinic monomers such as butene, butadiene, methyl acrylate, methyl methacrylate, maleic anhydride, and the like. Other monomers that may be used include vinyl chloride. The copolymers or terpolymers of styrene and acrylonitrile often have a weight average molecular weight of at least about 25,000 or 50,000, or about 75,000 to 500,000, or higher.

50 - "5* -50 - "5 * -

Eines der bevorzugten Polymeren für anisotrope Membranen ist infolge seiner Festigkeit, chemischen Beständigkeit und relativ guten Gastrennfähigkeiten Polysulfon. Typische Polysulfone sind dadurch gekennzeichnet, daß sie eine polymere Hauptkette aufweisen, welche die wiederkehrende Struktureinheit der nachfolgenden FormelOne of the preferred polymers for anisotropic membranes is polysulfone due to its strength, chemical resistance and relatively good gas separation capabilities. Typical polysulfones are characterized by having a polymeric backbone which is the repeating structural unit of the following formula

1 l -21 l -2

—R1—S—R--R 1 -S-R-

Iiii

1 21 2

enthält, worin R und R gleich oder verschieden sein können und aliphatische oder aromatische, Hydrocarbyl enthaltende Reste mit 1 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen sind, und worin der Schwefel in der Sulfonylgruppe an ein aliphatisches oder aromatisches Kohlenstoffatom-gebunden ist, und das Polysulfon ein für die Film- oder Faser-Herstellung geeignetes durchschnittliches Molekulargewicht von oftmals zumindest etwa 8000 oder IO 00 besitzt. Wenn das Polysulfon nicht vernetzt ist, ist das Molekulargewicht des Polysulfons gewöhnlich kleiner als etwa 500 000 und häufig kleiner als etwa 100 000. Die wiederkehrenden Einheiten können verbunden sein, d. h. R1 und R können durch Kohlenstoff-zu-Kohlenstoff-Bindungen, oder durch verschiedenartige verbindende Gruppen, wiewherein R and R may be the same or different and are aliphatic or aromatic hydrocarbyl-containing radicals having from 1 to about 40 carbon atoms, and wherein the sulfur in the sulfonyl group is attached to an aliphatic or aromatic carbon atom, and the polysulfone is for the Film or fiber production has a suitable average molecular weight of often at least about 8,000 or 10,000. When the polysulfone is not crosslinked, the molecular weight of the polysulfone is usually less than about 500,000, and often less than about 100,000. The recurring units can be joined, ie, R 1 and R can be linked by carbon-to-carbon bonds, or various connecting groups, such as

— __C—, —C—N—,- __C-, -C-N-,

1 9971 997

verbunden sein. Besonders vorteilhafte Polysulfone sind sol-be connected. Particularly advantageous polysulfones are

1 2 ehe, bei denen zumindest einer der Reste R und R einen1 2 before, in which at least one of the radicals R and R is a

aromatischen Hydrocarbyl enthaltenden Rest enthält, und die Sulfonylgruppe an zumindest ein aromatisches Kohlenstoffatom gebunden ist. übliche aromatische, Hydrocarbyl enthaltende Reste umfassen Phenylen- und substituierte Phenylenreste, Bisphenyl- und substituierte Bisphenylreste, Bisphenylmethan- und substituierte Bisphenylmethanreste der nachfolgenden allgemeinen Formel contains aromatic hydrocarbyl-containing radical, and the sulfonyl group is bonded to at least one aromatic carbon atom. Common aromatic hydrocarbyl containing radicals include phenylene and substituted phenylene radicals, bisphenyl and substituted bisphenyl radicals, bisphenylmethane and substituted bisphenylmethane radicals of the following general formula

,1212

substituierte und unsubstituierte Bisphenylather der allgemeinen Formelsubstituted and unsubstituted bisphenyl ethers of the general formula

-X--X-

in welcher X Sauerstoff oder Schwefel bedeutet; und dergleichen. In den vorstehend angegebenen Bisphenylmethan- undin which X is oxygen or sulfur; and the same. In the above Bisphenylmethan- and

sisi

3 123 12

Bisphenylätherresten stellen R bis R Substituenten dar, die gleich oder verschieden sein können und die nachfolgende allgemeine Formel ·Bisphenyl ether radicals represent R to R substituents which may be the same or different and have the following general formula.

X1 X 1

1 21 2

besitzen, in welcher X und X gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder Halogen (z.B. Fluor, Chlor .und Brom) bedeuten, ρ Null oder eine ganze Zahl, z.B. von 1 bis etwa 6 ist, und Z Wasserstoff, Halogen (z.B. Fluor, Chlor und Brom), —f-Y-)—R13 (worin g Null oder 1, Y -0-, -S-, -SS-,in which X and X are identical or different and are hydrogen or halogen (eg fluorine, chlorine and bromine), ρ is zero or an integer, eg from 1 to about 6, and Z is hydrogen, halogen (eg fluoro, Chlorine and bromine), -fY -) - R 13 (where g is zero or 1, Y is -O-, -S-, -SS-,

Η 11 1313 11 13

—OC— oder —C— und R Wasserstoff, substituiertes-OC- or -C- and R is hydrogen, substituted

oder nichtsubstituiertes Alkyl, nämlich mit 1 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen, oder substituiertes oder nichtsubstituiertes Aryl, nämlich monocyclisches oder bicyclisches Aryl mit etwa 6 bis 15 Kohlenstoffatomen sind), ein heterocyclischer Rest, wobei das Heteroatom zumindest eines der Atome Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel ist und der monocyclisch oder bicyclisch mit etwa 5 bis 15 Ringatomen ist, SuIfato und SuIfono, insbesondere Niedrigalkyl enthaltendes oder monocyclisches oder bicyclisches Aryl enthaltendes Sulfato oder SuIfono, Phosphor enthaltende Gruppen, wie Phosphino und Phosphate und Phosphonö/ insbesondere Niedrigalkyl ent-or unsubstituted alkyl, namely having from 1 to about 8 carbon atoms, or substituted or unsubstituted aryl, namely monocyclic or bicyclic aryl having from about 6 to 15 carbon atoms), a heterocyclic radical, wherein the heteroatom is at least one of nitrogen, oxygen and sulfur and is monocyclic or bicyclic having about 5 to 15 ring atoms, sulfato and sulfono, especially lower alkyl-containing or monocyclic or bicyclic aryl-containing sulfato or sulfono, phosphorus-containing groups such as phosphino and phosphates and phosphono / especially lower alkyl

219976219976

haltendes oder monocyclisches oder bicyclisches Aryl enthaltendes Phosphato oder Phosphono, Amin, einschließlich primäre, sekundäre, tertiäre und quaternäre Amine, oftmals Niedrigalkyl- oder monocyclische oder bicyclische Arylgruppen enthaltend, Isothioureyl, Thioureyl, Guanidyl, Trialkylsilyl, Trialkylstannyl, Trialkylplumbyl, Dialkylstibinylf etc., bedeutet. Häufig sind an den Phenylengruppen der Bisphenylmethan- und Bisphenylätherreste die Substi-containing or monocyclic or bicyclic aryl-containing phosphato or phosphono, amine, including primary, secondary, tertiary and quaternary amines, often containing lower alkyl or monocyclic or bicyclic aryl groups, isothioureyl, thioureyl, guanidyl, trialkylsilyl, trialkylstannyl, trialkylplumbyl, dialkylstibinyl f etc., means. Frequently, the phenylene groups of the bisphenylmethane and bisphenyl ether residues are the substituents

tuenten so vorgesehen, daß zumindest einer der Reste R bis R , und R bis R Wasserstoff ist. Die Polysulfone mit aromatischen Hydrocarbyl enthaltenden Resten besitzen im allgemeinen gute thermische Stabilität, sind gegenüber einem chemischen Angriff beständig und weisen eine ausgezeichnete Kombination von Zähigkeit und Flexibilität auf.provided so that at least one of the radicals R to R, and R to R is hydrogen. The polysulfones having aromatic hydrocarbyl-containing groups generally have good thermal stability, are resistant to chemical attack, and have an excellent combination of toughness and flexibility.

Brauchbare Polysulfone werden unter den Handelsnamen wie "P-1700" und "P-35OO" von der Firma Union Carbide auf den Markt gebracht. Die beiden kommerziellen Produkte sind von Bisphenolmethan abgeleitete Polysulfone (speziell Derivate von Bisphenol A) und haben eine lineare Kette der allgemeinen FormelUseful polysulfones are marketed under the trade names such as "P-1700" and "P-35OO" by Union Carbide. The two commercial products are bisphenolmethane-derived polysulfones (especially derivatives of bisphenol A) and have a linear chain of the general formula

- 2 19976 - 2 19976

worin der Index η, der den Polymerisationsgrad darstellt, einen Wert von etwa 50 bis 80 besitzt. Diese kommerziell verfügbaren, sich vom Bisphenol A ableitenden Polysulfone enthalten manchmal eine kristallisierte Fraktion, von der angenommen wird, daß. sie ein Oligomeres ist. Mit Lösungsmitteln für Polysulfon, wie Dimethylformamid und Dimethylacetamid bleibt diese kristallisierte Fraktion ungelöst und kann sogar in der Kristallgröße und der Fraktion vergrößert werden. Diese kristallisierte Fraktion kann die Schwierigkeiten erhöhen, gewünschte anisotrope Hohlfaser-Membranen zu erzielen. Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzten N-acylierten, heterocyclischen Lösungsmittel scheinen Lösungen, welche diese Polysulfon-Polymere enthalten, zu liefern, die, falls überhaupt, nur eine sehr geringe Fraktion an diesen Kristallen aufweisen. Darüber hinaus zeigen die Polymerlösungen eine gute Stabilität gegen eine unzulässige Kristallbildung; daher kann die Polymerlösung sogar vor ihrer Verwendung gelagert werden. Diese Stabilität sichert eine adäquate Lagerzeit für die Polymerlösung, um eine adäquate Entgasung durchzuführen.wherein the index η, which represents the degree of polymerization, has a value of about 50 to 80. These commercially available polysulfones derived from bisphenol A sometimes contain a crystallized fraction which is believed to. she is an oligomer. With solvents for polysulfone, such as dimethylformamide and dimethylacetamide, this crystallized fraction remains unresolved and can even be increased in crystal size and fraction. This crystallized fraction can increase the difficulty of obtaining desired anisotropic hollow fiber membranes. The N-acylated heterocyclic solvents employed in the process of the present invention appear to provide solutions containing these polysulfone polymers which, if any, have only a very small fraction of these crystals. In addition, the polymer solutions show good stability against inadmissible crystal formation; therefore, the polymer solution can be stored even before use. This stability ensures adequate storage time for the polymer solution to perform adequate degassing.

Bezüglich des Polysulfon-Polymeren, z.B. von "P-35OO", gibt die nachfolgende Tabelle A eine Liste von Lösungsmitteln und Verdünnungsmitteln an, die für die,Herstellung von Membranen, insbesondere von Hohlfaser-Membranen, gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung interessant sind.With respect to the polysulfone polymer, e.g. from "P-35OO", Table A below gives a list of solvents and diluents which are of interest for the preparation of membranes, in particular hollow fiber membranes, according to the methods of the present invention.

-£- 21- £ - 21

Tabelle ATable A

übliche Flüssigträger- Bevorzugte Flüssigträger-Zubereitungen Zubereitungen . (Gewichtsteile) (Gewichts teile)Common Liquid Carrier Preferred Liquid Carrier Preparations. (Parts by weight) (weight parts)

Verdünnungsmittelthinner

1-Formyl- Verdün- 1-Formyl- Verdün-1-formyl-dilute 1-formyl-diluent

piperidin nungsmittel piperidin nungsmittelPiperidine Pesticide Nutrient

KeinesNone 100100 00 100100 00 Formamidformamide 85-9885-98 2-152-15 87-9587-95 5-135-13 Äthylenglykolethylene glycol 65-9865-98 2-352-35 75-95 75-95 5-255-25 Wasserwater 90-9890-98 2-102-10 95-9895-98 2-52-5

Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind besonders zur Herstellung von Hohlfaser-Membranen vorteilhaft. Bezüglich dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Polymerlösung durch eine Spinndüse extrudiert, um eine Hohlfaser-Vorstufe zu bilden. Obwohl eine beliebige geeignete Hohlfaser-Spinnäüse zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlfasern Verwendung finden kann, wird es bevorzugt, daß die Spinndüse eine solche vom Rohr-in-Düse-Typ ist. Rohr-inDüse-Typ-Spinndüsen sind dadurch gekennzeichnet, daß sie einen kontinuierlichen ringförmigen Ring aufweisen, der ein inneres Einspritzrohr umgibt. Besonders erwünscht ist es, daß das Einspritzrohr innerhalb der Düse konzentrisch derart angeordnet ist, daß im wesentlichen die gleiche Menge an Polymerlösung an allen Punkten des ringförmigen RingsThe methods of the present invention are particularly advantageous for producing hollow fiber membranes. With respect to this embodiment of the present invention, the polymer solution is extruded through a spinneret to form a hollow fiber precursor. Although any suitable hollow fiber spinneret may be used to make the hollow fibers of this invention, it is preferred that the spinnerette be of the tube-in-die type. Pipe-in-nozzle type spinnerets are characterized by having a continuous annular ring surrounding an inner injection tube. It is particularly desirable that the injection tube is concentrically disposed within the nozzle such that substantially the same amount of polymer solution is present at all points of the annular ring

extrudiert wird und die erhaltene.Hohlfaser-Vorstufe eine im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist. Bei den meisten Rohr-in-Düse-Typ-Spinndüsen tritt die Polymerlösung in einen Hohlraum hinter dem ringförmigen Ring ein, um die Verteilung der Polymerlösung rings um den ringförmigen Ring zu unterstützen. Manchmal sind zumindest etwa 4, vorzugsweise zumindest etwa 5 Einlaßöffnungen für die Polymerlösung vorgesehen, und diese können wünschenswerterweise abstandsgleich angeordnet sein.is extruded and the resulting hollow fiber precursor has a substantially uniform wall thickness. In most tube-in-nozzle type spinnerets, the polymer solution enters a cavity behind the annular ring to help distribute the polymer solution around the annular ring. Sometimes at least about 4, preferably at least about 5 polymer solution inlet ports are provided and desirably may be spaced equidistant.

Beim Verspinnen mancher Polymerlösungen kann es erwünscht sein, die Polymerlösung auf einer erhöhten Temperatur zu halten, um gewünschte Spinnbedingungen sicherzustellen. In derartigen Fällen ist es erwünscht, eine Heizvorrichtung zum Halten der Spinndüse auf der gewünschten Extrusionstemperatur vorzusehen. Geeignete Heizvorrichtungen schließen elektrische Heizungen oder mit Flüssigkeit beheizte Mantel, eingebettete elektrische Heizwicklungen, und dergleichen, ein. Da die Verweilzeit der Polymerlösung in der Spinndüse oftmals relativ kurz ist, wird die Polymerlösung häufig vor dem Eintritt in die Spinndüse auf die gewünschte oder eine in der Nähe der gewünschten Temperatur liegende Temperatur erhitzt. Oftmals beträgt die Temperatur der Polymerlösung in der Spinndüse zumindest etwa 20°C, jedoch ist sie vorzugsweise nicht bei derartig hohen Temperaturen,, daßWhen spinning some polymer solutions, it may be desirable to maintain the polymer solution at an elevated temperature to ensure desired spinning conditions. In such cases, it is desirable to provide a heater for holding the spinnerette at the desired extrusion temperature. Suitable heaters include electric heaters or liquid heated sheaths, embedded electrical heating coils, and the like. Often, since the residence time of the polymer solution in the spinneret is relatively short, the polymer solution is often heated to the desired or near the desired temperature prior to entry into the spinneret. Often the temperature of the polymer solution in the spinneret is at least about 20 ° C, but preferably it is not at such high temperatures

.U- 2 199 76.U- 2 199 76

während der Verweilzeit der Polymerlösung bei derartigen Temperaturen die Polymerlösung in unzulässiger Weise nachteilig beeinflußt wird. Häufig ist die Polymerlösung in der Spinndüse bei einer Temperatur im Bereich von etwa 20 bis 9O°C, nämlich bei etwa 25° bis 8O°C. .during the residence time of the polymer solution at such temperatures, the polymer solution is unduly adversely affected. Often the polymer solution in the spinneret is at a temperature in the range of about 20 to 90 ° C, namely about 25 ° to 80 ° C. ,

Die Größe der Spinndüse wird mit den gewünschten Innen- und Außendurchmessern der angestrebten Hohlfaser-Membran variieren. Eine Klasse von Spinndüsen kann Düsendurchmesser (Außendurchmesser) von etwa·3QO bis 1000 Mikron und einen, inneren Düsendurchmesser (oftmals der Einspritzrohr-Außendurchmesser) von etwa 100 bis 500 Mikron mit einer Einspritzkapillare innerhalb des Einspritzrohrs aufweisen. Der Durchmesser der Einspritzkapillare kann innerhalb der durch das Einspritzrohr festgesetzten Grenzen variieren. Der Vorstoß des Einspritzrohrs liegt gewöhnlich in der Ebene der Spinndüsendüse. Sehr häufig werden Spinndüsen in Form ihrer Anordnung des Eintritts in den ringförmigen Ring und des Verhältnisses -von Länge zu Breite des ringförmigen Ringteiis der Spinndüse beschrieben. Die Eintrittsanordnung in den ringförmigen Ring-Teil der Spinndüse kann steil, z.B. in einem Winkel größer als etwa 80° zur Fließrichtung der Polymerlösung in dem ringförmigen Ring-Teil der Spinndüse sein, oder sie kann geneigt in den ringförmigen Teil der Spinndüse angeordnet sein, z.B. in einem Winkel unterhalbThe size of the spinneret will vary with the desired inner and outer diameters of the desired hollow fiber membrane. One class of spinnerets may have nozzle diameters (outer diameter) of about 3QO to 1000 microns and an inner nozzle diameter (often the injection tube outer diameter) of about 100 to 500 microns with an injection capillary within the injection tube. The diameter of the injection capillary can vary within the limits set by the injection tube. The thrust of the injection tube is usually in the plane of the spinneret nozzle. Spinnerets are most frequently described in terms of their location of entry into the annular ring and the ratio of length to width of the annular annular portion of the spinneret. The entry assembly into the annular ring portion of the spinneret may be steep, e.g. at an angle greater than about 80 ° to the flow direction of the polymer solution in the annular ring portion of the spinneret, or it may be disposed inclined in the annular portion of the spinneret, e.g. at an angle below

-»·- 2 19976- »· - 2 19976

von etwa 80°, nämlich etwa 75° bis 30°, von der Richtung des Polymerlösungsflusses durch die ringförmige Spinndüse. Das Verhältnis der Länge, bis zu welcher sich der ringförmige Ring-Teil von der Vorderseite der Spinndüse ausdehnt, bis zur Breite des ringförmigen Rings an der Vorderseite der Spinndüse,kann innerhalb eines weiten Bereiches variieren; jedoch sollte die Länge des ringförmigen Ring-Teils der Spinndüse nicht so übermäßig sein, daß ein unzulässiger-Druckabfall auftritt, während die Polymerlösung durch die Spinndüse hindurchgeht. Häufig variieren diese Verhältnisse zwischen etwa 0,7 bis 2,5, nämlich zwischen etwa 1 bis 2.from about 80 °, namely about 75 ° to 30 °, from the direction of polymer solution flow through the annular spinneret. The ratio of the length to which the annular ring member expands from the front of the spinneret to the width of the annular ring at the front of the spinneret may vary within a wide range; however, the length of the annular ring portion of the spinneret should not be so excessive that an improper pressure drop occurs as the polymer solution passes through the spinneret. Frequently these ratios vary between about 0.7 to 2.5, namely between about 1 to 2.

Die Dimensionen der Hohlfaser-Vorstufe werden beispielsweise von den Dimensionen der Spinndüse, der Durchflußrate der Polymerlösung durch die Spinndüse, der Strahldehnung an der Hohlfaser-Vorstufe, und der Rate und dem Druck der Flüssigkeitf. die in die Hohlfaserseele der Hohlfaser-Vorstufe eingespritzt wird, abhängen. Die Durchflußrate der Polymerlösung durch die Spinndüse kann in Abhängigkeit von der Aufwickelgeschwindigkeit in weitem Umfang variieren. Die Durchflußrate jedoch sollte nicht so groß sein, daß ein Bruch der Hohlfaser-Vorstufe bewirkt wird. Da häufig die Größe der Hohlfaser innerhalb eines weiten Bereiches variieren kann, z.B. von etwa 100 oder 150 Mikron bis 1000 oder mehr Mikron im Außendurchmesser, und die Länge der pro Zeiteinheit her-The dimensions of the hollow fiber precursor are determined, for example, by the dimensions of the spinneret, the flow rate of the polymer solution through the spinneret, the beam elongation at the hollow fiber precursor, and the rate and pressure of the liquid. which will be injected into the hollow fiber core of the hollow fiber precursor. The flow rate of the polymer solution through the spinneret may vary widely depending on the winding speed. However, the flow rate should not be so great as to cause breakage of the hollow fiber precursor. Often the size of the hollow fiber can vary within a wide range, e.g. from about 100 or 150 microns to 1000 or more microns in outside diameter, and the length of the per unit time

55 - βθ - 55 - βθ -

2 1 997.62 1 997.6

gestellten Hohlfaser (Spinngeschwindigkeit oder Aufwickelgeschwindigkeit) ebenfalls in einem weiten Bereich variieren kann, z.B. von etwa 5 bis 100 Meter pro Minute (obwohl höhere Spinngeschwindigkeiten verwendet werden können, vorausgesetzt, daß die Faser nicht unzulässig gedehnt und eine ausreichende Verweilzeit in den nachfolgenden Verarbeitungsstufen vorgesehen wird), wird das Spinnverfahren oftmals durch den Begriff Strahldehnung beschrieben. Die Spinndehnung (Strahldehnung) wird hier als das Verhältnis von (I) der durch die Spinndüse pro Minute extrudierten Milliliter Polymerlösung, geteilt durch die Querschnittsfläche der ringförmigen Extrusionszone in Quadratzentimetern, zu (II) der Länge in Zentimetern der pro Minute extrudierten Hohlfaser-Vorstufe (d.h. die Aufwickelgeschwindigkeit). Die Spinndehnung beträgt oftmals etwa 0,6 bis 2, nämlich etwa 0,7 bis 1,8, vorzugsweise .etwa 0,75 bis 1,5.hollow fiber (spinning speed or take-up speed) can also vary within a wide range, e.g. from about 5 to 100 meters per minute (although higher spinning speeds can be used, provided that the fiber is not unduly stretched and sufficient residence time is provided in the subsequent processing stages), the spinning process is often described by the term jet elongation. Spinnability (Ray Elongation) is here expressed as the ratio of (I) milliliter polymer solution extruded through the spinneret per minute divided by the cross-sectional area of the annular extrusion zone in square centimeters to (II) the length in centimeters of the per-minute extruded hollow fiber precursor ( ie the winding speed). The spin elongation is often about 0.6 to 2, namely about 0.7 to 1.8, preferably about 0.75 to 1.5.

In die Hohlfaserseele einer Hohlfaser-Vorstufe wird eine Einspritzflüssigkeit in einer Menge eingeführt, die ausreicht, die Hohlfaserseele der Hohlfaser-Vorstufe offenzuhalten. Die Einspritzflüssigkeit kann gasförmig, oder vorzugsweise flüssig bei den Bedingungen des Spinnens der Hohlfaser sein. Die Einspritzflüssigkeit sollte mit dem flüssi- " gen Koaguliermittel und mit dem flüssigen Träger mischbar sein (und ist vorzugsweise in allen Verhältnissen mischbar).Into the hollow fiber core of a hollow fiber precursor, an injection fluid is introduced in an amount sufficient to keep the hollow fiber core of the hollow fiber precursor open. The injection liquid may be gaseous, or preferably liquid, under the conditions of spinning the hollow fiber. The injection fluid should be miscible with the liquid coagulant and with the liquid carrier (and is preferably miscible in all proportions).

foOfoo

Häufig ist die Einspritzflüssigkeit im wesentlichen ein Nicht-Lösungsmittel für das Polymere. In vielen Fällen braucht die Einspritzflüssigkeit kein starkes Nicht-Lösungsmittel für das Polymere sein. Die Einspritzflüssigkeit kann eine oder mehrere Komponenten enthalten» und enthält häufig zumindest eine Komponente des flüssigen Koaguliermittels, um die Mischbarkeit der Einspritzflüssigkeit mit dem flüssigen Koaguliermittel zu erhöhen. Demzufolge enthält die Einspritzflüssigkeit häufig Wasser. Oftmals enthält die Einspritzflüssigkeit auch ein Lösungsmittel oder ein schwaches Lösungsmittel für das Polymere. Die Temperatur der Einspritzflüssigkeit nähert sich gewöhnlich der Temperatur der gerade extrudierten Polymerlösung und der Temperatur der Spinndüse, weil ein Wärmeübergang durch die Wand der innerhalb der Spinndüse angeordneten Einspritzkapillare erfolgt. Jedoch kann bei geeigneter Isolierung, oder mittels anderer Maßnahmen zur Herabsetzung des Wärmeübergangs mit der Einspritzflüssigkeit in die Spinndüse auf ein Minimum, oder der Verwendung einer Einspritzflüssigkeit, die vor dem Einleiten in die Spinndüse abgekühlt wurde, die Einspritzflüssigkeit erheblich kühler als die Temperatur der extrudierten Polymerlösung sein. Die Rate und der Druck der in die Hohlfaserseele der Hohlfaser-Vorstufe eingeführten Einspritzflüssigkeit sollten nicht ausreichen, um irgendwelche nachteiligen Wirkungen der Trennfähigkeit oder der Struktur der Hohlfa-Often, the injection fluid is essentially a non-solvent for the polymer. In many cases, the injection fluid need not be a strong non-solvent for the polymer. The injection fluid may contain one or more components and often contains at least one component of the liquid coagulant to increase the miscibility of the injection fluid with the liquid coagulant. As a result, the injection fluid often contains water. Often, the injection fluid also contains a solvent or weak solvent for the polymer. The temperature of the injection liquid usually approaches the temperature of the polymer solution being extruded and the temperature of the spinneret because there is heat transfer through the wall of the injection capillary disposed within the spinneret. However, with proper isolation, or by other means for reducing heat transfer with the injection fluid to the spinneret to a minimum or using an injection fluid that has been cooled prior to introduction into the spinneret, the injection fluid may be significantly cooler than the temperature of the extruded polymer solution his. The rate and pressure of the injection fluid introduced into the hollow fiber core of the hollow fiber precursor should not be sufficient to prevent any deleterious effects of the release ability or structure of the hollow fiber.

-«·- 2 1 9976- «· - 2 1 9976

ser-Membran zu liefern. Häufig ist die Rate und der Druck der Einspritzflüssigkeit derart, daß das Verhältnis des Innendurchmessers der Hohlfaser zum Innendurchmesser der Düse der Spinndüse kleiner als etwa 2,5 und vorzugsweise etwa 0,5 bis 1,5 oder 2 ist.to deliver this membrane. Often, the rate and pressure of the injection fluid is such that the ratio of the inner diameter of the hollow fiber to the inner diameter of the nozzle of the spinnerette is less than about 2.5 and preferably about 0.5 to 1.5 or 2.

Die Spinndüse kann unterhalb des Spiegels des flüssigen Koaguliermittels angeordnet sein (Naßstrahl), oder vorzugsweise, oberhalb des flüssigen Koaguliermittels (Trockenstrahl) . Wenn die Trockenstrahl-Spinntechnik angewandt wird, wird es bevorzugt, daß die Komponenten des flüssigen Trägers im wesentlichen nicht flüchtig sind.Der Abstand über dem flüssigen Koaguliermittel, in welchem die Spinndüse angeordnet ist (Spalt), kann beträchtlich ohne merkbare Wirkung auf die Eigenschaften der Hohlfaser-Membran variiert werden. Häufig wird die Spinndüse in einem Abstand von innerhalb etwa 20 oder 30 cm angeordnet. Wünschenswerte Hohlfasern können hergestellt werden, wenn die Vorderfläche der Spinndüse innerhalb von etwa 0,5 oder weniger Zentimetern von dem flüssigen Koaguliermittel angeordnet ist. Aus Gründen der Bequemlichkeit wird die Spinndüse oftmals innerhalb von etwa 0,5 bis 15 cm des flüssigen Koaguliermittels angeordnet. Die Trockenstrahl-Spinntechnik wird ebenfalls als bequemes Verfahren bevorzugt, wenn die Polymerlösung bei erhöhten Temperaturen.extrudiert werden muß und die Koagulierflüs-The spinneret may be located below the level of the liquid coagulant (wet jet) or, preferably, above the liquid coagulant (dry jet). When the dry jet spinning technique is used, it is preferred that the components of the liquid carrier be substantially non-volatile. The distance above the liquid coagulant in which the spinneret is located (nip) can be significantly reduced without appreciable effect on the properties of the Hollow fiber membrane can be varied. Often, the spinneret is placed at a distance of within about 20 or 30 cm. Desirable hollow fibers can be made when the front surface of the spinnerette is within about 0.5 or less centimeters of the liquid coagulant. For convenience, the spinneret is often located within about 0.5 to 15 cm of the liquid coagulant. The dry-jet spinning technique is also preferred as a convenient process if the polymer solution must be extruded at elevated temperatures and the coagulation liquid

Bigkeit auf einer Temperatur im wesentlichen darunter, z.B. zumindest 25°C, nämlich zumindest 300C, unterhalb der Temperatur der Polymerlösung bei der Extrusion gehalten wird.Bigkeit at a temperature substantially below, for example, at least 25 ° C, namely at least 30 0 C, below the temperature of the polymer solution is kept in the extrusion.

Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind besonders vorteilhaft für die Herstellung von anisotropen Hohlfaser-Membranen aus Polysulfon, insbesondere aus Polysulfonen, die Bispheny!methan- (einschließend substituiertes Bisphenylmethan) und Bisphenyläther- (einschließend substituierte Bisphenyläther) -gruppen enthalten. Die Polysulfon-Hohlfaser-Membranen der vorliegenden Erfindung zeigen mehrere signifikante strukturelle Eigenschaften, welche wünschenswerte Festigkeitseigenschaften in Kombination mit vorteilhaften Flüssigkeitstrenneigenschaften ermöglichen. Die Polysulfon-Membranen der vorliegenden Erfindung können besonders für die Durchführungen von Gastrennungen interessant sein.The processes of the present invention are particularly advantageous for the preparation of anisotropic hollow fiber membranes from polysulfone, especially from polysulfones containing bisphenol methane (including substituted bis-phenylmethane) and bis-phenyl ether (including substituted bis-phenyl ether) groups. The polysulfone hollow fiber membranes of the present invention exhibit several significant structural properties which enable desirable strength properties in combination with advantageous liquid flow properties. The polysulfone membranes of the present invention may be of particular interest for the performance of gas separations.

Eine trockene, einheitliche, anisotrope Hohlfaser-Membran aus Polysulfon gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Wand, die eine dünne Außenhaut auf einem offenzelligen Träger aufweist. Die Außenhaut hat, falls überhaupt vorhanden, wenige Poren (d.h. kontinuierliche Kanäle für einen Flüssigkeitsfluß durch die Außenwand). Die Zellen in dem zellulären Träger der Hohlfaserwand sind vorzugsweise in allen Dimensionen relativ klein. Wünschenswerterweise sind in demA dry, uniform, anisotropic polysulfone hollow fiber membrane according to the present invention has a wall that has a thin outer skin on an open-celled support. The outer skin, if any, has few pores (i.e., continuous channels for fluid flow through the outer wall). The cells in the cellular support of the hollow fiber wall are preferably relatively small in all dimensions. Desirably, in the

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zellulären Träger im wesentlichen keine Makroporen mit einem Verhältnis von maximaler Länge zu maximaler Breite von grosser als etwa 10, vorzugsweise von größer als etwa 5, vorhanden. Die bevorzugten Polysulfon-Hohlfaser-Membranen der vorliegenden Erfindung haben im wesentlichen keine Makroporen. "cellular carriers have substantially no macropores having a maximum length to maximum width ratio of greater than about 10, preferably greater than about 5. The preferred polysulfone hollow fiber membranes of the present invention have substantially no macropores. "

Eine Hohlfaser-Membran für Gastrennungen wird oftmals durch die Angabe ihrer Gastrenneigenschaften bewertet, d.h. durch ihre Selektivität für das Hindurchdringen eines Gases im Vergleich zu zumindest einem anderen Gas aus der gasförmigen Mischung, und durch den Durchfluß des selektiv hindurchgedrungenen Gases durch die Membranwand, und auch durch ihre Festigkeit. Diese Eigenschaften hängen von der chemischen und physikalischen Natur des Materials der Hohlfaser, als auch von der Struktur der Hohlfaser ab. Da morphologische Strukturen, die wichtige Rollen in der Bestimmung der Gastrennungseigenschaften der Hohlfaser-Membran spielen, in der Größenordnung von 10 Angström oder kleiner in ihrer Dimension sind, können derartige Strukturen visuell nicht wahrgenommen werden, auch wenn man die beste, verfügbare optische Mikroskoptechnik anwendet. Derartige kleine Strukturen werden daher als "submikroskopische" Strukturen bezeichnet. .A hollow fiber membrane for gas separations is often evaluated by indicating its gas separation properties, i. by their selectivity for the passage of a gas as compared to at least one other gas from the gaseous mixture, and by the passage of the selectively permeated gas through the membrane wall, and also by their strength. These properties depend on the chemical and physical nature of the material of the hollow fiber, as well as the structure of the hollow fiber. Since morphological structures that play important roles in determining the gas separation properties of the hollow fiber membrane are on the order of 10 angstroms or smaller in dimension, such structures can not be visually perceived even using the best available optical microscope technique. Such small structures are therefore referred to as "submicroscopic" structures. ,

O 1 Q O 7O 1 Q O 7

Die Kombination von mikroskopischen Techniken (insbesondere Raster-Elektronenmikroskopie und Transmissions-Elektronenmikroskopie) und beobachtbare Wirkungsweisen in den charakterisierenden Hohlfaser-Membran-Strukturen auf grober Basis und auf submikroskopischer Basis kann in hohem Maße brauchbar sein. Eine besonders brauchbare mikroskopische Technik für die Kennzeichnung von Hohlfaser-Membran-Strukturen ist die Raster-Elektronenmikroskopie. Zur Unterstützung des Verständnisses der Verwendung der Raster-Elektronenmikroskopie bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Hohlfaser-Membranen wird auf die anliegenden Figuren hingewiesen. Die Figuren 1 und 2 sind Raster-elektronenmikroskopische Photographien von Hohlfaser-Membranen, in welchen Fig. la bis Fig. Ic eine aus einer. Polymerlösung mit einem Gehalt von 32 Gewichtsprozent Polysulfon (P-3500), etwa 7 Gewichtsprozent Formamid und etwa 61 Gewichtsprozent 1-Formylpiperidin hergestellte Hohlfaser-Membran zeigen. Fig. la zeigt den Querschnitt der Hohlfaser bei einer Vergrößerung um etwa das 30Ofache. Fig. Ib zeigt ein Segment des Querschnitts der Hohlfaser an der Außenkante der Hohlfaser bei einer Vergrößerung auf etwa das 20 OOOfache. Fig. Ic zeigt die Struktur des Querschnitts der Hohlfaser in einem annähernd in der Mitte der Wand der Faser liegenden Gebiet bei einer etwa 20 OOOfachen Vergrößerung.The combination of microscopic techniques (particularly scanning electron microscopy and transmission electron microscopy) and observable modes of action in the coarse-based and submicroscopic-based characterizing hollow fiber membrane structures may be highly useful. A particularly useful microscopic technique for labeling hollow fiber membrane structures is scanning electron microscopy. To assist in understanding the use of scanning electron microscopy in describing the hollow fiber membranes of the present invention, reference is made to the attached figures. Figures 1 and 2 are scanning electron micrographs of hollow fiber membranes, in which Fig. La to Fig. Ic one of a. Polymer solution containing 32 percent by weight of polysulfone (P-3500), about 7 percent by weight of formamide and about 61 percent by weight of 1-formylpiperidine produced hollow fiber membrane. Fig. La shows the cross section of the hollow fiber at an enlargement of about 30Ofache. Fig. Ib shows a segment of the cross section of the hollow fiber at the outer edge of the hollow fiber at a magnification of about 20,000 times. Fig. Ic shows the structure of the cross section of the hollow fiber in an area approximately at the center of the wall of the fiber at about 20,000 times magnification.

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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer aus einer Polymerlö- sung mit einem Gehalt von 36 Gewichtsprozent Polysulfon (P-35OO) und 64 Gewichtsprozent l-Formy!.piperidin hergestellten Hohlfaser-Membran bei einer Vergrößerung um etwa das 30Ofache.2 shows a cross-section of a hollow-fiber membrane produced from a polymer solution containing 36% by weight of polysulfone (P-3500) and 64% by weight of 1-formyl-piperidine at a magnification of approximately 30 times.

Proben der Hohlfaser-Membranen (wie sie in den Figuren abgebildet sind) zur überprüfung durch Raster-Elektronenmikroskopie können bequemerweise durch sorgfältiges Trocknen der Hohlfaser, Eintauchen der Hohlfaser in Hexan und unmittelbares Einbringen der Hohlfaser in flüssigen Stickstoff, derartf daß die Hohlfaser gebrochen werden kann, hergestellt werden. Nach Erzielung eines sauberen Bruchs der Hohlfaser, kann die Probe montiert und dann mit einer.Gold- und Palladiummischung (beispielsweise unter Verwendung eines Hummer II-Zerstäubungsbeschichters) zerstäubungsbeschichtet werden. Das Beschichtungsverfahren führt gewöhnlich zu einer auf der Hohlfaserprobe aufgebrachten Schicht von etwa 50 bis 75 Angström Dicke. Es können daher die Abmessungen von sehr kleinen äußeren Merkmalen durch die Beschichtung verwischt werden.Samples of hollow fiber membranes (as depicted in the figures) for examination by scanning electron microscopy may conveniently by thorough drying of the hollow fiber, immersing the hollow fiber in hexane and immediate introduction of the hollow fiber in liquid nitrogen, so f that the hollow fiber can be broken , getting produced. After obtaining a clean break of the hollow fiber, the sample can be assembled and then sputter coated with a gold and palladium mixture (using, for example, a Hummer II sputter coater). The coating process usually results in a layer of about 50 to 75 Angstroms applied to the hollow fiber sample. Therefore, the dimensions of very small external features can be blurred by the coating.

. Wie insbesondere aus Fig. 1 entnommen werden kann, ist die Struktur der Hohlfaser-Membranen dadurch gekennzeichnet, daß sie angrenzend an die äußere Oberfläche eine relativ dichte Struktur mit einem darunterliegenden offenzelligen, As can be seen in particular from Fig. 1, the structure of the hollow fiber membranes is characterized in that they adjacent to the outer surface of a relatively dense structure with an underlying open-cell

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Träger aufweist. Ein Anstieg in der Größe der Zellen in der Hohlfaserwand kann zu ersehen sein, wenn auch der Abstand von der Außenfläche bis zu einer gewöhnlich maximalen Grösse in einem mittleren Bereich innterhalb der Hohlfaserwand ansteigt. Die überwiegende Struktur der Zellen in dem mittleren Bereich des Querschnitts der Hohlfaserwand kann in Form von miteinander in Verbindung stehenden Zellen . (Zellen mit einem offenen Durchgang für einen Gasstrom nach benachbarten Zellen), d.h. als offenzellige Struktur, wahrgenommen werden. Diese gegenseitige Verbindung zwischen den Zellen kann jedoch visuell nicht wahrgenommen werden, wenn die Zellen sehr klein sind, z.B. kleiner als 0,1 Mikron in der Hauptdimension. Diese offenzellige Struktur ermöglicht es Flüssigkeiten leicht durch die Hohlfaserwand bei minimalem Widerstand hindurchzufließen. Vorteilhafterweise bietet die äußere Haut (und, falls vorhanden, die innere Haut) dem Flüssigkeitsstrom durch die Membranwand den hauptsächlichen Anteil des Widerstandes.Carrier has. An increase in the size of the cells in the hollow fiber wall can be seen, although the distance from the outer surface increases to a usually maximum size in a central region within the hollow fiber wall. The predominant structure of the cells in the central region of the cross section of the hollow fiber wall may be in the form of interconnected cells. (Cells with an open passage for a gas flow to adjacent cells), i. as an open-cell structure, be perceived. However, this interconnection between the cells can not be visually perceived when the cells are very small, e.g. less than 0.1 microns in the main dimension. This open-cell structure allows liquids to flow easily through the hollow fiber wall with minimal resistance. Advantageously, the outer skin (and, if present, the inner skin) provides the major part of the resistance to fluid flow through the membrane wall.

Die Dimensionen der Zellen, insbesondere der größeren Zellen, die oft in dem mittleren Bereich der Hohlfaserwand auftreten, können häufig bestimmt werden, unter Verwendung von z.B. Raster-Elektronenmikroskop-Verfahren, Bei der Abschätzung der annähernden Größe und äußeren Gestalt der Zellen werden die beobachtbaren Verbindungswege zwischen einzelnenThe dimensions of the cells, especially the larger cells that often occur in the central area of the hollow fiber wall, can often be determined using e.g. Scanning Electron Microscope Method, In estimating the approximate size and outer shape of the cells, the observable pathways between individual

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Zellen als Fehler in der Zellwand angesehen und daher setzen sich die Abmessungen der Zelle durch diese Verbindungswege nicht fort. Ein anderes Merkmal der Zellen, das bei der Bewertung der Festigkeit der Membran von Bedeutung sein kann, ist die Dicke des Materials der Zellwand, welche die größeren Zellen der Hohlfaser-Membranwand begrenzt. Diese Bestimmungen können durch visuelles Betrachten von Photographien der Zellstruktur, oder durch Verwendung verfügbarer Computer-Abtasttechniken, wie beispielsweise BiIdanalysatoren zur Untersuchung und Analyse der Photographien, durchgeführt werden. Geeignete Bildanalysatoren schließen solche ein, die für die Analyse von herkömmlichen Textilfasern brauchbar sind, wie beispielsweise der Quantimet 720-2-Bildanalysator, der von der Firma Quantimet, Munsey, New York, hergestellt wird.Cells are considered to be defects in the cell wall and therefore the dimensions of the cell do not continue through these communication paths. Another feature of the cells that may be important in evaluating the strength of the membrane is the thickness of the cell wall material that confines the larger cells of the hollow fiber membrane wall. These determinations can be made by visually observing photographs of the cell structure, or by using available computer scanning techniques, such as image analyzers for examining and analyzing the photographs. Suitable image analyzers include those useful for the analysis of conventional textile fibers, such as the Quantimet 720-2 image analyzer manufactured by Quantimet, Munsey, New York.

Die Gestalt der Zellen, insbesondere die der größeren Zellen, die oft in dem mittleren Bereich der Hohlfaserwand vorkommen, kann erheblich variieren. Eine* geeignete Weise zur Kennzeichnung der Gestalt der Zellen besteht darin, daß man die Querschnittsfläche der Zelle durch das Quadrat des Umfangs der Zelle bei diesem Querschnitt dividiert, und so ein die äußere Gestalt der Zelle kennzeichnendes Verhältnis (nachfolgend als Gestaltverhältnis bezeichnet) erhält. Demzufolge wird das Gestaltverhältnis eines vollkom-The shape of the cells, especially those of the larger cells, which often occur in the central region of the hollow fiber wall, can vary considerably. A suitable way of characterizing the shape of the cells is to divide the cross-sectional area of the cell by the square of the circumference of the cell at this cross-section to obtain a ratio characterizing the outer shape of the cell (hereinafter referred to as the aspect ratio). Consequently, the shape ratio of a fully compatible

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menen Kreises etwa 0,08, eines Quadrates etwa 0,06 und eines Stäbchens 0,01 oder kleiner sein. Wenn das Gestaltverhältnis im Bereich von 0,03 bis 0,04 liegt, ist der Querschnitt der Zellen sehr oft im Aussehen annähernd polygonal. Derartige Analysen können durch visuelles Betrachten der Photographien der Zellstruktur der Hohlfaserwand, oder durch Verwendung eines Bildanalysators zur Untersuchung der Photographien durchgeführt werden. Geeigneterweise kann das Gestaltverhältnis durch Analyse eines beliebig (statistisch) ausgewählten Segmentes des Querschnitts der Hohlfaserwandung bestimmt werden, das Zellen enthält, die ausreichend groß sind, um untersucht zu werden, und das frei von Makroporen ist. Die Fläche eines Segmentes, das darauf geprüft wurde, daß es repräsentativ ist, beträgt gewöhnlich zumindest etwa 25 Quadratmikron (z.B. ein Segment mit einer minimalen Dimension von zumindest etwa 5 Mikron). In vielen erwünschten Hohlfaser-Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt das mittlere Gestaltverhältnis zumindest etwa 0,025, und in vielen Fällen beträgt es zumindestjetwa 0,03 oder sogar zumindest etwa 0,035. Vorzugsweise werden Segmente des Querschnitts der Hohlfasern, welche die größten Zellen (ausschließend Makroporen) enthalten, ein mittleres Gestaltverhältnis von zumindest etwa 0,03, z.B. zumindest etwa 0,035 aufweisen.circle about 0.08, a square about 0.06 and a stick 0.01 or smaller. When the aspect ratio is in the range of 0.03 to 0.04, the cross section of the cells is very often almost polygonal in appearance. Such analyzes may be performed by visually viewing the photographs of the cell structure of the hollow fiber wall, or by using an image analyzer to examine the photographs. Suitably, the aspect ratio can be determined by analysis of any random segment of the cross-section of the hollow fiber wall which contains cells sufficiently large to be examined and which is free of macropores. The area of a segment that has been tested to be representative is usually at least about 25 square microns (e.g., a segment having a minimum dimension of at least about 5 microns). In many desirable hollow fiber membranes according to the present invention, the average aspect ratio is at least about 0.025, and in many cases, it is at least about 0.03 or even at least about 0.035. Preferably, segments of the cross-section of the hollow fibers containing the largest cells (excluding macropores) will have an average aspect ratio of at least about 0.03, e.g. at least about 0.035.

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Wenn die Zellgrößen in einem Segment eines Querschnitts der Hohlfaserwand größer als etwa 0,1 , nämlich größer als 0,2 Mikron sind, kann eine Analyse der Photographien der Zellstrukturen, wie sie z.B. durch Raster-Elektronenmikroskopie aufgenommen wird, ebenfalls für die Bestimmung des Verhältnisses von mittlerer Wandstärke zu mittlerer ZeIlquerschnittsflache brauchbar sein. Im allgemeinen wird die Hohlfaser um so stärker sein, je größer das Verhältnis von Dicke des die Zelle unterstützenden Polymeren zur Querschnittsfläche der Zelle ist. Häufig wird dieses Verhältnis, insbesondere für die größten Zellen in dem Hohlfaser-Membran-Querschnitt zumindest etwa 0,05, nämlich zumindest • etwa 1·sein, und manchmal im Bereich von etwa 2 bis 20 reziproken Zentimetern liegen. Bei der Analyse von Photographien von kleineren Zellen und kleineren Wandstärken von Raster-Elektronenmikroskopbildern kann die Dicke des reflektierenden Überzugs signifikant werden und sollte berücksichtigt werden. Sehr oft wird auch der größere Teil der in solchen Photographien beobachtbaren Zellen beobachtbare Verbindungswege aufweisen, welche eine Verbindung mit benachbarten Zellen herstellen.If cell sizes in a segment of a cross-section of the hollow fiber wall are greater than about 0.1, greater than 0.2 microns, analysis of the photographs of cell structures, such as those described in U.S. Pat. recorded by scanning electron microscopy, also useful for determining the ratio of average wall thickness to average cross-sectional area. In general, the greater the ratio of the thickness of the cell-supporting polymer to the cross-sectional area of the cell, the greater the hollow fiber will be. Often, this ratio, especially for the largest cells in the hollow fiber membrane cross-section, will be at least about 0.05, at least about 1, and sometimes in the range of about 2 to 20 reciprocal centimeters. When analyzing photographs of smaller cells and smaller wall thicknesses of scanning electron microscope images, the thickness of the reflective coating may become significant and should be taken into account. Very often, the greater part of the cells observable in such photographs will also have observable pathways connecting to adjacent cells.

Vorzugsweise wird ein größerer Volumenteil (wie er durch die Querschnittsfläche bestimmt wird) der Wand der Hohlfaser aus Zellen mit einer mittleren Eauptdimension von klei-Preferably, a major volume portion (as determined by the cross-sectional area) of the wall of the hollow fiber is made up of cells having a mean major dimension of small to medium size.

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ner als etwa 2 Mikron bestehen. Häufig besteht zumindest .etwa 75, nämlich zumindest etwa 90 Volumprozent der Wand aus Seilen mit einer Hauptdimension von kleiner als etwa 2 Mikron, vorzugsweise von kleiner als 1,5, nämlich kleiner als 1 Mikron. In manchen vorteilhaften Hohlfaser-Membranen sind im wesentlichen keine Zellen mit Hauptdimensionen von größer als 2 oder 1,5 Mikron vorhanden. Wie bereits früher festgestellt, variiert der Größenbereich der Zelle in der Wand der Hohlfaser-Membranen gewöhnlich im wesentlichen von einer Größe ab, die zu klein ist, um durch Raster-Elektrönenmikroskopie aufgelöst zu werden, bis zu Zellen mit Hauptdimensionen von 2 Mikron oder größer. In manchen Hohlfasern gemäß der vorliegenden Erfindung sind die überwiegenden Hauptdimensionen der größeren Zellen in der Hohlfaser-Membranwand kleiner als etwa 0,75 Mikron, und in manchen Fällen haben im wesentlichen alle Zellen in der Zone der größten Zeilen in der Hohlfaser-Membranwand Hauptdimensionen von etwa 0,1 bis 0,7 Mikron. Oftmals beträgt diese Zone der größten Zellen zumindest etwa 30, nämlich zumindest etwa 40, z.B.'bis zu etwa 50 oder 75 Volumprozent der Wand der Hohlfaser. Sehr oft haben erwünschte Hohlfaser-Membranen mittlere Hauptdimensionen der Zellen, die relativ gleichmäßig sind, unbekümmert um das Segment (nämlich von zumindest etwa 25 Quadratmikron-Fläche mit einer Mindestdimension von zumindest etwa 5 Mikron), das in zumindest einemner than about 2 microns exist. Often there is at least about 75, namely at least about 90 volume percent of the wall of ropes having a major dimension of less than about 2 microns, preferably less than 1.5, viz less than 1 micron. In some advantageous hollow fiber membranes substantially no cells with major dimensions greater than 2 or 1.5 microns are present. As noted previously, the size range of the cell in the wall of the hollow fiber membranes usually varies substantially from a size too small to be resolved by scanning electron microscopy to cells with major dimensions of 2 microns or larger. In some hollow fibers according to the present invention, the major major dimensions of the larger cells in the hollow fiber membrane wall are less than about 0.75 microns, and in some cases substantially all of the cells in the zone of the largest rows in the hollow fiber membrane wall have major dimensions of about 0.1 to 0.7 microns. Often, this zone of the largest cells is at least about 30, namely at least about 40, e.g., up to about 50 or 75 volume percent of the wall of the hollow fiber. Very often desirable hollow fiber membranes have average major dimensions of the cells that are relatively uniform, carefree around the segment (namely, at least about 25 square microns in area, with a minimum dimension of at least about 5 microns) that is in at least one

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überwiegenden Volumanteil (nämlich zumindest etwa 75 Volumprozent) der Hohlfaserwand beobachtet wird.predominantly volume fraction (namely, at least about 75 volume percent) of the hollow fiber wall is observed.

In manchen Fällen können Hohlfaser-Membranen eine adäquate Beständigkeit gegenüber einem Zusammenbruch aufweisen, obwohl sogar Makroporen vorhanden sein können. Wenn Makroporen in der Hohlfaser auftreten, können sie in Form und Lage innerhalb der Hohlfaserwand variieren. Makroporen, die sich mehr der Form eines Kreises nähern, können gewöhnlich in einem größeren Ausmaß ohne unzulässige Verringerung der . Beständigkeit gegen einen Zusammenbruch toleriert werden, als lange, fingerartige Makroporen. Wenn Makroporen auftreten, ist es erwünscht, daß sie im wesentlichen nur in dem Bereich der Wandstärke der Hohlfaser-Membran von der Innenfläche bis etwa 0,5 oder 0,75 des Abstandes der äußeren Wand auftreten. Vorzugsweise sind im wesentlichen in der Hohlfaser-Membran keine Makroporen mit einem Verhältnis von maximaler Länge zu maximaler Breite von größer als etwa 10, nämlich etwa 5, vorhanden. Die Hauptdimension der Makroporen ist vorzugsweise kleiner als etwa das 0,4fache, nämlich kleiner als das 0,3fache der Dicke der Hohlfaserwand.In some cases, hollow fiber membranes may have adequate resistance to breakdown, although even macropores may be present. If macropores occur in the hollow fiber, they can vary in shape and location within the hollow fiber wall. Macropores that more closely approximate the shape of a circle can usually, to a greater extent, without undue diminution of the size. Resistance to collapse can be tolerated as long, finger-like macropores. When macropores occur, it is desirable that they occur substantially only in the area of the wall thickness of the hollow fiber membrane from the inner surface to about 0.5 or 0.75 of the distance of the outer wall. Preferably, substantially no macropores are present in the hollow fiber membrane having a maximum length to maximum width ratio of greater than about 10, namely, about 5. The major dimension of the macropores is preferably less than about 0.4 times, namely less than 0.3 times the thickness of the hollow fiber wall.

Die Raster-Elektronenmikroskopie kann manchmal für die überprüfung der Porosität der inneren Haut (auf der Seite der Hohlfaserseele) der Hohlfaser-Membran brauchbar sein. Vor-Scanning electron microscopy may sometimes be useful for checking the porosity of the inner skin (on the side of the hollow fiber core) of the hollow fiber membrane. In front-

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zugsweise ist die Innenhaut in hohem Maße porös, um es hindurchdringenden Gasen zu ermöglichen/ unter geringem Widerstand in die Hohlraumseele der Hohlfaser einzudringen. Eine brauchbare mikroskopische Arbeitsweise zur Bestimmung extrem kleiner Strukturmerkmale, z.B. der Porosität der Außenoberfläche (und möglicherweise der inneren Oberfläche) der Hohifaser-Membranen ist das Oberflächenabdruckverfahren. Bei diesem Verfahren wird eine Metallschicht, z.B. eine Platinschicht auf die Oberfläche aufgebracht und anschließend die polymere Hohlfaser von dem Metallüberzug abgelöst. Die Metallschicht wird dann unter Verwendung der Transmissions-Elektronenmikroskopie, z.B. bei 50 OOOfachen Vergrößerungen oder darüber, analysiert, um die Oberflächeneigenschaften der Hohlfaser, von der durch die Metallschicht ein Abdruck gemacht wurde, zu bestimmen. Gewöhnlich liefern die besonders bevorzugten Hohlfaser-Membranen der vorliegenden Erfindung glatte Oberflächenabdrücke der Außenhaut, die im wesentlichen keine Anomalien oder Unregelmäßigkeiten (die Poren bedeuten könnten) von größer als etwa 100, oftmals größer als etwa 75 oder sogar 50 Angström aufweisen.Preferably, the inner skin is highly porous to allow penetrating gases to penetrate under low resistance into the hollow core hollow core. A useful microscopic procedure for determining extremely small features, e.g. The porosity of the outer surface (and possibly the inner surface) of the Hohifaser membranes is the surface imprinting process. In this method, a metal layer, e.g. a platinum layer is applied to the surface and then the polymeric hollow fiber is removed from the metal coating. The metal layer is then removed using transmission electron microscopy, e.g. at 50,000 times magnifications or above, to determine the surface properties of the hollow fiber from which the metal layer imprinted. Usually, the particularly preferred hollow fiber membranes of the present invention provide smooth outer skin surface prints that have substantially no anomalies or imperfections (which could mean pores) greater than about 100, often greater than about 75 or even 50 angstroms.

Ein besonders wertvolles analytisches Werkzeug für kinetische Bewertungen von Hohlfaser-Membranen ist die Permeabilität von Gasen durch die Membran. Die Permeabilität eines gegebenen Gases durch eine Membran einer gegebenen DickeA particularly valuable analytical tool for kinetic evaluations of hollow fiber membranes is the permeability of gases through the membrane. The permeability of a given gas through a membrane of a given thickness

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ist dasjenige Gasvolumen bei Normaltemperatur und Normaldruck (STP), welches durch die Membran pro Flächeneinheit der Membran pro Zeiteinheit pro Einheit des Partialdruck-Differentials hindurchgeht. Eine Methode für die Angabe von Permeabilitäten ist Kubikzentimeter (STP) pro Quadratzentimeter Membranfläche pro Sekunde für ein Partialdruck-Differential von 1 cm Quecksilber durch die Membran hindurch (cm /cm -sec-cmHg). Sofern nicht irgendetwas anderes vermerkt wird, beziehen sich alle hier angegebenen Permeabilitäten auf Normaltemperaturen und -drucke und sind unter Verwendung reiner Gase gemessen worden. Die Permeabilitäten werden in Gaspermeationseinheiten (GPU) angegeben# welche die Dimension cm (STP)/cm -sec-cmHg χ 10 aufweisen; demzufolge ist 1 GPU gleich 1x10 cm (STP)/cm sec-cmHg. Mehrere der vielen für die Bestimmung von Permeabilitäten und Permeabilitätskonstanten verfügbaren Arbeitsweisen (z.B. das Gasvolumen (STP), das durch eine gegebene Dicke des Materials der Membran pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit pro Druckdifferential-Einheit über die Dicke hindurchgeht) werden von Hwang et al., Techniques of Chemistry, Vol. VII, Membranes in Separations, John Wiley & Sons, 1975 (auf welche Veröffentlichung hier ausdrücklich Bezug genommen wird) in Kapitel 12, Seiten 296 bis 322, beschrieben. Die Permeabilität eines gegebenen Gases gibt die Permeation des Gases durch die Membran wieder, unbekümmert um den Mecha-is the gas volume at normal temperature and normal pressure (STP) which passes through the membrane per unit area of the membrane per unit of time per unit of partial pressure differential. One method of indicating permeabilities is cubic centimeters (STP) per square centimeter of membrane area per second for a partial differential pressure of 1 centimeter of mercury across the membrane (cm / cm-sec-cmHg). Unless otherwise noted, all permeabilities herein refer to normal temperatures and pressures and have been measured using pure gases. The permeabilities are given in gas permeation units (GPU) # which have the dimension cm (STP) / cm -sec-cmHg χ 10; consequently 1 GPU is equal to 1x10 cm (STP) / cm sec-cmHg. Several of the many procedures available for determining permeabilities and permeability constants (eg, gas volume (STP) passing through a given thickness of membrane material per unit area per unit time per unit pressure gauge across thickness) are described by Hwang et al., Techniques of Chemistry, Vol. VII, Membranes in Separations, John Wiley & Sons, 1975 (which publication is expressly incorporated herein by reference) in Chapter 12, pages 296-322. The permeability of a given gas reflects the permeation of the gas through the membrane, unconcerned by the mecha-

nismus, nach welchem das Gas durch die Membran hindurchgeht.mechanism according to which the gas passes through the membrane.

Eine brauchbare kinetische Beziehung, die kennzeichnend für die Porenfreiheit in der trennenden oder Barriereschicht, und den Größenbereich der Poren in der Barriereschicht ist, erhält man durch Bestimmung der Fähigkeit der Membran, Gase mit verschiedenem Molekulargewicht, z.B. Gase von niedrigem Molekulargewicht von Gasen mit wesentlich verschiedenen Molekulargewichten, zu trennen. Geeignete Gaspaare für diese Analyse schließen oft ein solches Paar aus molekularem Wasserstoff und Helium, und ein Paar aus molekularem Stickstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, ein. Vorzugsweise wird das Gas mit dem höheren Molekulargewicht des ausgewählten Gaspaares eine Permeabilitätskonstante (d.h. die intrinsic permeability-Konstante).des Polysulfons aufweisen, die zumindest etwa lOmal kleiner als die intrinsic permeability-Konstante des Gases mit dem kleineren Molekulargewicht in dem Polysulfon ist. Die Analyse kann geeigneterweise bei Umgebungstemperaturen (z.B. Raumtemperatur von etwa 25°C) bei einem Druck von etwa 7,8 Atmosphären absolut an der Außenseite der Hohlfaser-Membran, und etwa 1 Atmosphäre absolut in der Hohlfaserseele der Hohlfaser-Membran durchgeführt werden. Die Polysulfon-Hohlfaser-Membranen der vorliegenden Erfindung weisen für zumindest ein Paar von Gasen ein Permeabilitätsverhältnis von (I) der Permeabilität desA useful kinetic relationship, indicative of the absence of pores in the separating or barrier layer, and the size range of the pores in the barrier layer is obtained by determining the ability of the membrane to produce gases of different molecular weight, e.g. Gases of low molecular weight separate gases with significantly different molecular weights. Suitable gas pairs for this analysis often include such a pair of molecular hydrogen and helium, and a pair of molecular nitrogen, carbon monoxide or carbon dioxide. Preferably, the higher molecular weight gas of the selected gas pair will have a permeability constant (i.e., intrinsic permeability constant) of the polysulfone that is at least about 10 times smaller than the intrinsic permeability constant of the smaller molecular weight gas in the polysulfone. The analysis may suitably be carried out at ambient temperatures (e.g., room temperature of about 25 ° C) at a pressure of about 7.8 atmospheres absolute on the outside of the hollow fiber membrane, and about 1 atmosphere absolute in the hollow fiber core of the hollow fiber membrane. The polysulfone hollow fiber membranes of the present invention have a permeability ratio of (I) the permeability of the at least one pair of gases

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Gases mit niedrigerem Molekulargewicht (P/£)L, geteilt durch die Permeabilität des Gases mit dem höheren Molekular gewicht (P/&)H, zu (II) der Quadratwurzel des Molekulargewichts des Gases mit niedrigerem Molekulargewicht (v/MW^) , geteilt durch die Quadratwurzel des Molekulargewichtes des Gases mit dem höheren Molekulargewicht (/MW ), von zumindest etwa 6/ häufig von zumindest etwa 7,5, auf. Das theoretische, maximale Permeabilitätsverhältnis ist das Verhält nis des intrinsic Trennfaktors für das Gaspaar zu dem Quotient der Quadratwurzel des Molekulargewichts des Gases mit dem niedrigeren Molekulargewicht, geteilt durch die Quadrat wurzel des Molekulargewichts des Gases mit dem höheren Mole kulargewicht.Lower molecular weight gas (P /)) L divided by the permeability of the higher molecular weight gas (P /) H ) to (II) the square root of the molecular weight of the lower molecular weight gas (v / MW)), divided by the square root of the molecular weight of the higher molecular weight gas (/ MW) , of at least about 6 / often at least about 7.5. The theoretical maximum permeability ratio is the ratio of the intrinsic gas-pair separation factor to the quotient of the square root of the molecular weight of the lower molecular weight gas divided by the square root of the molecular weight of the higher molecular weight gas.

Ein intrinsic Trennfaktor, wie er hier bezeichnet wird,, ist der Trennfaktor für ein Material, das keine Kanäle für einen Gasdurchfluß durch das Material besitzt, und ist der höchste erreichbare Trennfaktor für das Material. Ein derar tiges Material kann als kontinuierliches oder nicht poröses Material bezeichnet werden. Der intrinsic Trennfaktor eines Materials kann angenähert durch Messung des Trennfaktors einer dichten Membran des Materials bestimmt werden. Jedoch können mehrere Schwierigkeiten bei der Bestimmung eines. intrinsic Trennfaktors auftreten, die Unvollkommenheiten, eingeführt bei der Herstellung der dichten Membran, wieAn intrinsic separation factor, as referred to herein, is the separation factor for a material that has no channels for gas flow through the material and is the highest achievable separation factor for the material. Such a material may be referred to as a continuous or non-porous material. The intrinsic separation factor of a material can be approximated by measuring the separation factor of a dense membrane of the material. However, several difficulties in determining a. intrinsic separation factor occur, the imperfections introduced in the production of dense membrane, such as

zum Beispiel durch die Anwesenheit.von Poren, die Anwesenheit von feinen Teilchen in der dichten Membran, Undefinierte molekulare Ordnung infolge von Variationen bei der Membranherstellung, und dergleichen, einschließen. Demzufolge kann der bestimmte intrinsic Trennfaktor verschieden von dem intrinsic Trennfaktor sein. Folglich bezieht sich ein "bestimmter intrinsic Trennfaktor", wie er hier verwendet wird, auf den Trennfaktor einer trockenen, dichten Membran des Materials.for example, by the presence of pores, the presence of fine particles in the dense membrane, undefined molecular order due to variations in membrane production, and the like. As a result, the particular intrinsic separation factor may be different from the intrinsic separation factor. Thus, a "particular intrinsic separation factor" as used herein refers to the separation factor of a dry, dense membrane of the material.

Ein anderes brauchbares Verfahren zur Kennzeichnung von Hohlfaser-Membranen auf kinetischer Basis erfolgt durch Bestimmung der Permeabilitäten eines Paares von Gasen mit niedrigem Molekulargewicht, die annähernd die gleichen Molekulargewichte besitzen, von denen jedoch eines eine Permeabilitätskonstante in dem Polysulfon aufweist, die zumindest etwa 5mal, vorzugsweise zumindest etwa lOmal größer ist als die Permeabilitätskonstante des anderes Gases, Typische Gaspaare, die annähernd das gleiche Molekulargewicht besitzen, sich jedoch wesentlich in ihren Permeabilitätskonstanten für viele, für Hohlfaser-Membranen geeignete Polysulfone unterscheiden, schließen Ammoniak und Methan, Kohlendioxid und Propan, etc., ein. Diese Beziehung kann als der Quotient der Differenz zwischen der Permeabilität des leichter hindurchdringenden Gases (P/i.)^, und der Per-Another useful method for characterizing hollow-fiber membranes on a kinetic basis is by determining the permeabilities of a pair of low molecular weight gases having approximately the same molecular weights, but one of which has a permeability constant in the polysulfone that is at least about 5 times, preferably Typical gas pairs having approximately the same molecular weight, but differing substantially in their permeability constants for many polysulfones suitable for hollow fiber membranes, include ammonia and methane, carbon dioxide and propane, etc., at least about 10 times greater than the permeability constant of the other gas. , on. This relationship can be expressed as the quotient of the difference between the permeability of the more easily penetrating gas (P / i), and the per-

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meabilität des weniger leicht hindurchgedrungenen Gases (PA)„, geteilt durch (P/£)c, mal der Permeabilitätskonstanten des weniger leicht hindurchgedrungenen Gases Pg, geteilt durch die Permeabilitätskonstante des leichter hindurchgegangenen Gases P„mismatch of the less easily penetrated gas (PA) divided by (P / £) c times the permeability constant of the less easily penetrated gas P g divided by the permeability constant of the more easily passed gas P "

angegeben werden. In vielen Fällen hat dieses Verhältnis einen Wert von zumindest etwa 0,001, nämlich zumindest etwa OfOIf vorzugsweise zumindest etwa 0,02. Dieses Verhältnis ist kennzeichnend für das Material der Hohlfaser-Membran, welches zumindest einen Teil der Trennung bewirkt.be specified. In many cases, this ratio has a value of at least about 0.001, namely at least about 50%, preferably at least about 0.02. This ratio is indicative of the material of the hollow fiber membrane which effects at least part of the separation.

Eine andere brauchbare kinetische Analyse einer Hohlfaser-Membran ist das Verhältnis der Permeabilität eines Gases zu der Permeabilitätskonstanten des Polysulfons für das Gas:Another useful kinetic analysis of a hollow fiber membrane is the ratio of the permeability of a gas to the permeability constant of the polysulfone for the gas:

(PA) P(PA) P

Das zur Bestimmung dieses Verhältnisses verwendete Gas, 2.B. Wasserstoff, Helium, Ammoniak, oder dergleichen, dringt vorzugsweise leicht durch die Membran hindurch. Sehr oft hat dieses Verhältnis einen Wert von zumindest etwa 5> <10 , nämlich zumindest etwa l><10 , vorzugsweise zumindest etwaThe gas used to determine this ratio, 2.B. Hydrogen, helium, ammonia, or the like preferably passes easily through the membrane. Very often, this ratio has a value of at least about 5 × 10 , namely at least about 1 × 10, preferably at least about

2χΐΟ5, bis zu etwa 1*106, nämlich etwa lxlO5 bis 0,6x10 reziproke Zentimeter. Dieses Verhältnis ist kennzeichnend für einen niedrigen Widerstand gegenüber einem Gasdurchfluß durch die Hohlfaser-Membran-Struktur und daher für die hohen Permeabilitäten des gewünschten hindurchdringenden Gases, die erzielt werden können.2χΐΟ 5 , up to about 1 * 10 6 , namely about lxlO 5 to 0.6x10 reciprocal centimeter. This ratio is indicative of low resistance to gas flow through the hollow fiber membrane structure and, therefore, to the high permeabilities of the desired penetrating gas that can be achieved.

Die Struktur der Hohlfaser-Membranen der vorliegenden Erfindung kann auch durch andere kinetische Berechnungen festgestellt werden. Beispielsweise zeigen getrocknete Hohlfaser-Membranen infolge des Vorhandenseins von, falls überhaupt, wenigen Poren in der trennenden oder Barriereschicht eine sehr kleine Permeabilität für flüssiges Wasser. Die Wasserpermeabilität ist oftmals kleiner als etwa 0,5xl0~ , oder sogar kleiner als etwa 0,2xl0~" , nämlich kleiner als etwaThe structure of the hollow fiber membranes of the present invention can also be determined by other kinetic calculations. For example, dried hollow fiber membranes exhibit very low permeability to liquid water due to the presence of, if any, few pores in the separating or barrier layer. The water permeability is often less than about 0.5 × 10 -4 or even less than about 0.2 × 10 -4, namely less than about

—6 —6 3-6 -6 3

0flxl0 , und manchmal kleiner als 0,01x10 cm (flüssig)/0 f lxl0, and sometimes less than 0.01x10 cm (liquid) /

cm -sec-cmHg, sogar nach dem Einweichen in Wasser bei Raumtemperatur (25°C) während eines Zeitraums von 4 Tagen. Die Bestimmung der Viasserpermeabilität kann geeigneterweise bei Räumtemperatur mit einem Druckabfall von 3,4 Atmosphären von der Beschickungsseite zur Permeatseite der Membran bei einem Absolutdruck von etwa 4,4 Atmosphären auf der Beschickungsseite durchgeführt werden. Häufig ist die maximale Porengröße kleiner als etwa 250 Angström, und oftmals ist sie kleiner als etwa 150, z.B. kleiner als etwa 100 Angström.cm -sec-cmHg, even after soaking in water at room temperature (25 ° C) for a period of 4 days. The determination of the water permeability may suitably be carried out at room temperature with a pressure drop of 3.4 atmospheres from the feed side to the permeate side of the membrane at an absolute pressure of about 4.4 atmospheres on the feed side. Often, the maximum pore size is less than about 250 angstroms, and often less than about 150, e.g. less than about 100 angstroms.

-«*- 2 1997- «* - 2 1997

Ein Verfahren zur Bestimmung der Größe und der öffnung des .zellulären Trägers erfolgt durch Unterwerfen der Hohlfaser-Membran der üblichen Brunauer, Emmett und Teller (BET)-Adsorptionsanalyse zur Bestimmung von Oberflächen. In,einer BET-Analyse wird im wesentlichen versucht, eine monomolekulare Gasschicht von z.B. Stickstoff an die verfügbare innere Oberfläche der Hohlfaser zu adsorbieren und die Menge des adsorbierten Gases dann bestimmt, von der angenommen wird, daß sie der verfügbaren Oberfläche proportional ist.Bei der hier beschriebenen BET-Analysentechnik wird die Analyse im wesentlichen so durchgeführt, daß die Innenoberfläche der Zellen, die nicht offen sind, keinen signifikanten Beitrag zur Bestimmung der verfügbaren Oberfläche liefert. Kleinere Zellen liefern eine größere Oberfläche pro Gramm des Polymeren, als größere Zellen. Demzufolge kann eine BET-Analyse einen Hinweis auf die öffnung der Zellen liefern, die zu klein sind, um beispielsweise durch ein Raster-Elektronenmikroskop-Verfahren aufgelöst zu werden. Viele Hohlfaser-Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen nach der BET-Methode bestimmte Oberflächen von zumindest etwa 18 oder 20, vorzugsweise von zumindest etwa 22 m pro g auf. Bei sehr hohen nach der BET-Methode bestimmten Oberflächen, z.B. bei über 50 oder 70 m /g wird oftmals beobachtet, daß die Hohlfaser eine fibrilläre Struktur anstelle einer'zellulären Struktur besitzt. Fibrilläre StrukturenA method for determining the size and opening of the cellular carrier is by subjecting the hollow fiber membrane to conventional Brunauer, Emmett and Teller (BET) adsorption analysis to determine surfaces. In a BET analysis, an attempt is essentially made to use a monomolecular gas layer of e.g. Adsorbing nitrogen to the available inner surface of the hollow fiber and then determining the amount of adsorbed gas that is believed to be proportional to the available surface area. In the BET analysis technique described herein, the analysis is performed essentially so that the inner surface cells that are not open will not make a significant contribution to determining the available surface area. Smaller cells provide a larger surface area per gram of polymer than larger cells. Consequently, a BET analysis can provide an indication of the opening of cells that are too small to be resolved, for example, by a scanning electron microscope method. Many hollow fiber membranes according to the present invention have certain surface areas, by the BET method, of at least about 18 or 20, preferably at least about 22 meters per gram. For very high BET surface areas, e.g. at over 50 or 70 m / g, it is often observed that the hollow fiber has a fibrillar structure instead of a cellular structure. Fibrillar structures

£0£ 0

können manchmal im Vergleich zu zellulären Strukturen relativ schwach sein, üblicherweise liegt die innere Oberfläche der Hohlfaser-Membran, wie sie durch eine BET-Analyse bestimmt wird, im Bereich von etwa 18 oder 22 bis 30 m /g. Hohlfasern, welche eine überwiegend geschlossenzellige Struktur besitzen, zeigen oftmals eine, nach der BET-Analysecan sometimes be relatively weak compared to cellular structures, usually the inner surface area of the hollow fiber membrane, as determined by BET analysis, is in the range of about 18 or 22 to 30 m / g. Hollow fibers, which have a predominantly closed-cell structure, often show one, according to the BET analysis

bestimmte Oberfläche von weniger als etwa 18 oder 20 m /g.certain surface area of less than about 18 or 20 m / g.

Ein anderes brauchbares Verfahren zur zahlenmäßigen Angabevon durch BET-Analyse bestimmten Oberflächen erfolgt in Form von Oberfläche pro Volumeinheit der Hohlfaserwand. Häufig zeigen erwünschte Hohlfaser-Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine BET-Analyse bestimmte Ober-Another useful method of numerically indicating BET surface areas is surface area per unit volume of the hollow fiber wall. Frequently, desired hollow fiber membranes according to the present invention show certain topical properties by BET analysis.

2 32 3

flächen von etwa 10 bis 30, nämlich etwa 10 bis 20 m /cmsurfaces of about 10 to 30, namely about 10 to 20 m / cm

des Hohlfaserwand-Volumens.of hollow fiber wall volume.

Die Strukturen der Polysulfon-Hohlfaser-Membranen in der vorliegenden Erfindung ermöglichen es den Hohlfasern, großen Druckdifferentialen von der Außenwand bis zur Hohlfaserseele der Hohlfaser-Membran zu widerstehen, d.h. die Hohlfaser-Membranen weisen einen hohen Druck beim Zusammenbrechen auf. Daher kann die Hohlfaser-Membran ein relativ niedriges Verhältnis von Dicke (der Wand) zum Außendurchmesser aufweisen, wobei sie eine gewünschte Strukturfestigkeit aufrechterhält und dadurch einen vorteilhaften großen Durchmesser der Hohl-.faserseele ermöglicht, um den Druckabfall der innerhalb derThe structures of the polysulfone hollow fiber membranes in the present invention allow the hollow fibers to withstand large pressure differentials from the outer wall to the hollow fiber core of the hollow fiber membrane, i. the hollow fiber membranes have high collapse pressure. Therefore, the hollow fiber membrane can have a relatively low thickness (wall) to outside diameter ratio, while maintaining a desired structural strength, thereby allowing a favorable large diameter hollow fiber core to withstand the pressure drop within the

-β*- 2 1997-β * - 2 1997

Hohlfaserseele hindurchgehenden Gase so klein wie möglich zu halten. Die Zusammenbrechfestigkeit gegenüber dem Außendruck eines Rohrs mit einer geschäumten Wandstruktur hängt von der Festigkeit des Materials des Rohrs, der Wanddicke des Rohrs, der Natur der geschäumten Wandstruktur, dem Aussendurchmesser des Rohrs, der Dichte des Schaums und der Gleichmäßigkeit der Hohlfaser-Konfiguration (d.h., ob die Außen- und Innenkonfigurationen konzentrisch und kreisförmig sind) ab. Im allgemeinen weist der Druck beim Zusammenbrechen der Hohlfaser-Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung eine angenäherte Beziehung zur Festigkeit des Materials der Hohlfaser und der Wanddicke, geteilt durch den Außendurchmesser der Hohlfaser (t/D) auf. Diese angenäherte Beziehung kann in Form der Zugfestigkeit des Materials der Hohlfaser und der dritten Potenz des Verhältnisses der Wanddicke zum Außendurchmesser angegeben werden. Ähnliche Beziehungen können bezüglich der anderen Festigkeitseigenschaften des Materials der Hohlfaser, wie beispielsweise des Elastizitätsmoduls, und dergleichen, vorhanden sein. Häufig weisen die Hohlfaser-Membranen der vorliegenden Erfindung einen Druck beim Zusammenbrechen (kg/cm ) von grosHollow fiber to keep passing gases as small as possible. The collapse strength against the external pressure of a tube with a foamed wall structure depends on the strength of the material of the tube, the wall thickness of the tube, the nature of the foamed wall structure, the outside diameter of the tube, the density of the foam and the uniformity of the hollow fiber configuration (ie whether the outer and inner configurations are concentric and circular). In general, the pressure at collapse of the hollow fiber membranes according to the present invention has an approximate relationship to the strength of the material of the hollow fiber and the wall thickness divided by the outside diameter of the hollow fiber (t / D). This approximate relationship may be expressed in terms of the tensile strength of the material of the hollow fiber and the cube of the ratio of the wall thickness to the outer diameter. Similar relationships may be present with respect to the other strength properties of the material of the hollow fiber, such as the elastic modulus, and the like. Frequently, the hollow fiber membranes of the present invention have a collapse (kg / cm) pressure of large

ser als etwathan about

φ3 φ 3

auf, wobei Tg die Zugfestigkeit an der Streckgrenze (oderwhere T g is the tensile strength at the yield point (or

gegebenenfalls beim Bruch) in kg/cm ist. Besonders vorteil-optionally at break) in kg / cm. Particularly advantageous

- 219 9- 219 9

hafte Hohlfaser-Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen auch einen Druck beim Zusammenbrechen von größer als etwa 10(φ)(T0)(^) auf, wobei in der Formel φ der Volumanteil des Materials der Hohlfaser-Membran in der Wand der Hohlfaser-Membran ist. Der Volumanteil des Materials der Hohlfaser-Membran (φ) ist daher 1 minus der Menge des Porenvolumens (Volumprozent)/100.-like hollow fiber membranes according to the present invention also have a pressure upon collapse of greater than about 10 (φ) (T 0) (^), wherein in the formula φ of Volumanteil of the material of the hollow fiber membrane in the wall of the hollow fiber Membrane is. The volume fraction of the material of the hollow fiber membrane (φ) is therefore 1 minus the amount of the pore volume (volume percent) / 100.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können anisotrope Membranen hergeste2.lt werden, um die Schichtdicke der Trenn- oder Barriereschicht auf einem Minimalwert zu halten. Häufig ist die Tendenz zur Bildung von Poren in den Membranen gesteigert, wenn die Barriereschicht kleiner wird. Gemäß den Lehren von Henis et al., in der US-Patentanmeldung Serial No. 742 159, eingereicht am 15. November 1976, nun zurückgezogen, und der US-Patentanmeldung Serial No. 832 481, eingereicht am 13. September 1977, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, kann ein überzug in okkludierendem Kontakt mit einer Gastrennungsmembran vorgesehen werden, die Poren zur Erhöhung der Trennselektivität, die von der Gastrennungsmembran gezeigt wird, enthält, wobei das überzugsmaterial auf die Trennung keine signifikante Wirkung ausübt. Gewöhnlich zeigen geeignete Membranen für den überzug gemäß der vorerwähnten US-Patentanmeldungen ein Permeabilitätsverhältnis, wie oben definiert, von zumindest etwa 6.r5, hau-According to the present invention, anisotropic membranes can be made to keep the layer thickness of the release or barrier layer to a minimum value. Often, the tendency to form pores in the membranes increases as the barrier layer becomes smaller. According to the teachings of Henis et al., U.S. Patent Application Ser. No. 742,159, filed November 15, 1976, now withdrawn, and U.S. Patent Application Serial No. 4,342,159. No. 832,481, filed Sep. 13, 1977, which is incorporated herein by reference, a coating may be provided in occluding contact with a gas separation membrane containing pores to increase the separation selectivity exhibited by the gas separation membrane, wherein the coating material comprises the separation has no significant effect. Usually show suitable membranes for the coating according to the aforementioned US patent applications, a permeability ratio, as defined above, of at least about 6, r 5, HAU

-M--M-

fig von zumindest etwa 7,5. In vielen Fällen werden die nichtbeschichteten Membranen, die besonders vorteilhaft beschichtet sind, ein Permeabilitätsverhältnis von kleiner als etwa 40, z.B. von kleiner als etwa 20 oder 25 aufweisen. Das Verhältnis der Permeabilität eines Gases (vorzugsweise eines Gases, welches leicht das Material der Membran durchdringt) zur Permeabilitätskonstanten des Materials der Membran für das Gas beträgt zumindest etwa lxiO , vorzugsweisefig of at least about 7.5. In many cases, the uncoated membranes, which are particularly advantageously coated, will have a permeability ratio of less than about 40, e.g. less than about 20 or 25. The ratio of the permeability of a gas (preferably a gas which easily permeates the material of the membrane) to the permeability constant of the material of the membrane for the gas is at least about 10x, preferably

zumindest etwa 2x10 , nämlich bis zu 1x10 reziproke Zenti-. ' meter. Beispielsweise weisen vorteilhafte Polysulfon-(z.B. P-35OO)-Hohlfaser-Membranen (und viele andere Hohlfaser-Membranen) für einen überzug einen Wasserstoffstrom von etwa 100 bis 1200 GPU oder mehr auf und zeigen Verhältnisse .von Wasserstoffpermeabilität zu Methanpermeabilität von etwa 1,5 oder 2 bis zu etwa 10, nämlich etwa 2 bis 7.at least about 2x10, namely up to 1x10 reciprocal centi-. ' meter. For example, advantageous polysulfone (eg, P-35OO) hollow fiber membranes (and many other hollow fiber membranes) for coating have a hydrogen flow of about 100 to 1200 GPU or more and exhibit ratios of hydrogen permeability to methane permeability of about 1.5 or 2 to about 10, namely about 2 to 7.

.In vielen Fällen beträgt die Trennselektivität für zumindest ein Gaspaar nach der Beschichtung der Membran zumindest etwa 40 %, nämlich zumindest etwa 50 %, der von einer im wesentlichen nicht porösen Membran des gleichen Materials gezeigten Trennselektivität, d.h., einer nicht porösen Membran, durch welche Gase im wesentlichen nur durch Wechselwirkung mit dem Material der Membran hindurchgehen. Die Selektivität der Trennung der beschichteten Membran kann zumindest etwa 35, z.B. zumindest etwa 50 oder 100 % größerIn many cases, the separation selectivity for at least one gas pair after coating the membrane is at least about 40%, viz. At least about 50%, of the separation selectivity shown by a substantially non-porous membrane of the same material, ie a non-porous membrane Gases essentially only pass through interaction with the material of the membrane. The selectivity of the separation of the coated membrane may be at least about 35, e.g. at least about 50 or 100% larger

- /JW -- / JW -

als die Trennseiektivität für das Gaspaar sein, die von dem Material des Überzuges geliefert werden könnte, falls es in Form einer im wesentlichen nicht porösen Membran vorliegt.be as the Trennseiektivität for the gas pair, which could be supplied by the material of the coating, if it is in the form of a substantially non-porous membrane.

Darüber hinaus ist nach dem Beschichten der Durchfluß, der unter Verwendung der beschichteten Membran erhalten werden kann, nicht unzulässig verringert, z.B. das Verhältnis der Permeabilität eines Gases zur Permeabilitätskonstanten desMoreover, after coating, the flow which can be obtained using the coated membrane is not unduly reduced, e.g. the ratio of the permeability of a gas to the permeability constant of the gas

Materials der Membran ist vorzugsweise zumindest etwaMaterial of the membrane is preferably at least about

5x10 , vorzugsweise zumindest etwa 1x10 reziproke Zentime-5x10, preferably at least about 1x10 reciprocal centime

Besonders vorteilhafte Materialien für überzüge zur Steigerung der Selektivität der Trennung der Membranen verringern die Permeationsrate (Durchfluß) des Gases oder der Gase, von denen gewünscht wird, daß sie durch die Wand der Membran hindurchgehen sollen, nicht in unzulässiger Weise. Oftmals haben die Materialien für die überzüge relativ hohe Permeabilitätskonstanten. Das Material des Überzugs sollte fähig sein, einen okkludierenden Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Membran zu schaffen. Beispielsweise sollte es, nach dem Aufbringen ausreichend naß sein und an der Hohlfaser haften, um das Eintreten eines okkludierenden Kontakts zu ermöglichen. Die Benetzungseigenschaften des Materials des Überzuges können leicht bestimmt werden, indem man das Material des Überzugs, entweder allein oder in einem Lösungs-Particularly advantageous coating materials for increasing the selectivity of separation of the membranes do not unduly reduce the permeation rate (flow) of the gas or gases desired to pass through the wall of the membrane. Often the materials for the coatings have relatively high permeability constants. The material of the coating should be capable of providing occluding contact with the outer surface of the membrane. For example, after application, it should be sufficiently wet and adhered to the hollow fiber to allow entry of an occlusive contact. The wetting properties of the material of the coating can be readily determined by placing the material of the coating, either alone or in solution.

SSSS

-Ae - 2 1 -Ae - 2 1

mittel, mit dem Material der Membran in Kontakt bringt. Darüber hinaus können, basierend auf Bestimmungen des durchschnittlichen Porendurchmessers in der trennenden Dicke der Membran, Materialien für den überzug von geeigneter Molekulargröße gewählt werden. Wenn die Molekulargröße des Materials des Überzugs zu groß ist, um an die Poren angepaßt zu sein, kann das Material zur Schaffung eines okkludierenden Kontaktes nicht brauchbar sein. Wenn andererseits die Molekulargröße des Materials für den Überzug zu klein ist, kann es durch die Poren der Membran während der Beschichtung und/oder während der Trennoperationen hindurchgezogen werden. Wenn die Poren in einer großen Vielzahl von Größen vorliegen, kann es wünschenswert sein, ein polymerisierbares Material für das Überzugsmaterial zu verwenden, das nach dem Aufbringen auf die Membran polymerisiert wird, oder zwei oder mehrere Überzugsmaterialien von verschiedenen Molekulargrößen zu verwenden,z.B. durch Aufbringen der Materialien des Überzugs in der Reihenfolge ihrer ansteigenden Molekulargrößen.medium, with the material of the membrane in contact. Moreover, based on determinations of the average pore diameter in the separating thickness of the membrane, materials for the coating of suitable molecular size can be selected. If the molecular size of the material of the coating is too large to match the pores, the material may not be useful for providing an occluding contact. On the other hand, if the molecular size of the material for the coating is too small, it may be pulled through the pores of the membrane during coating and / or during the separation operations. If the pores are in a wide variety of sizes, it may be desirable to use a polymerizable material for the coating material that is polymerized after application to the membrane, or to use two or more coating materials of different molecular sizes, e.g. by applying the materials of the coating in order of their increasing molecular sizes.

Die Materialien für den überzug können natürliche oder synthetische Substanzen sein und sind oftmals Polymere, und vorteilhafterweise weisen sie die geeigneten Eigenschaften auf, um einen okkludierenden Kontakt mit der Membran zu schaffen. Synthetische Substanzen schließen sowohl Additions-The materials for the coating may be natural or synthetic substances and are often polymers, and advantageously have the appropriate properties to provide occluding contact with the membrane. Synthetic substances include both addition

und Kondensationspolymere ein. Typische dieser brauchbaren Materialien, die den überzug bilden können, sind Polymere, die substituiert oder nichtsubstituiert sein können, und die unter Gastrennungsbedingungen fest oder flüssig sind, und folgende Stoffe einschließen: Synthetische Kautschuke; natürliche Kautschuke; Flüssigkeiten mit relativ hohem Molekulargewicht und/oder hohem Siedepunkt; organische Präpolymere; Poly(siloxane) (Siliconpolymere); Polysilazane; Polyurethane; Poly(epichlorhydrin); Polyamine; Polyimine; Polyamide; Acrylnitril enthaltende Copolymere, wie Poly(a-chloracrylnitril)-Copolymere; Polyester (einschließend Polylactame und Polyarylate), z.B. Poly(alkylacrylate) und PoIy-(alky!methacrylate), von denen angenommen wird,.daß die Alkylgruppen 1 bis etwa 8 Kohlenstoffatome besitzen, PoIysebacate, Polysuccinate und Alkydharze; Terpenoidharze; Leinöl; Polymere auf Cellulosebasis; Polysulfone, insbesondere aliphatische Reste enthaltende Polysulfone; Poly(alkylenglykole), wie Poly(äthylenglykol), Poly(propylenglykol), etc.; Poly(alkylen)-polysulfate; Polypyrrolidone; Polymere aus Monomeren mit ct-olefinischer Ungesättigtheit, wie Poly(olefine), z.B. Poly(äthylen), Poly(propylen), Poly(butadien) , Poly(2,3-dichlorbutadien), Poly(isopren), Poly(chloropren) , Poly(styrol), einschließend Poly(styrol)-Copolymere, z.B. Styrol-Butadien-Copolymeres, Polyvinyle, wie Poly(vinylalkohole), Poly(viny!aldehyde) [z.B. Poly(vinyl-and condensation polymers. Typical of these useful materials which can form the coating are polymers which may be substituted or unsubstituted and which are solid or liquid under gas separation conditions, and include the following: synthetic rubbers; natural rubbers; Relatively high molecular weight and / or high boiling point liquids; organic prepolymers; Poly (siloxanes) (silicone polymers); polysilazanes; polyurethanes; Poly (epichlorohydrin); polyamines; polyimines; polyamides; Acrylonitrile-containing copolymers such as poly (a-chloroacrylonitrile) copolymers; Polyesters (including polylactams and polyarylates), e.g. Poly (alkyl acrylates) and poly (alkyl methacrylates) which are believed to have the alkyl groups from 1 to about 8 carbon atoms, polysebacates, polysuccinates and alkyd resins; Terpenoidharze; Linseed oil; Cellulose-based polymers; Polysulfones, in particular polysulfones containing aliphatic radicals; Poly (alkylene glycols) such as poly (ethylene glycol), poly (propylene glycol), etc .; Poly (alkylene) -polysulfate; Polypyrrolidone; Polymers of monomers having ct-olefinic unsaturation, such as poly (olefins), e.g. Poly (ethylene), poly (propylene), poly (butadiene), poly (2,3-dichlorobutadiene), poly (isoprene), poly (chloroprene), poly (styrene), including poly (styrene) copolymers, e.g. Styrene-butadiene copolymer, polyvinyls such as poly (vinyl alcohols), poly (vinyl aldehydes) [e.g. Poly (vinyl-

formal) und Poly(viny!butyral)], Poly(vinylketone) [z.B. •Poly(methylvinylketon)], Poly(vinylester) [z.B. Poly(vinylbenzoat)], Poly(vinylhalogenide) [z.B. Poly(vinylbromid)], Poly(vinylhalogenide), Poly(vinylidencarbonat), PoIy(N-Vinylmaleimid), etc., Poly{1,5-cyclooctadien), Poly(methy1-isopropenylketon), fluorinierte Äthylen-Copolymere; Poly(ary- lenoxide)'<, z.B. Poly(xylylenoxld); Polycarbonate; Polyphosphate, z.B. Poly(äthylenmethy!phosphat); und dergleichen, und irgendwelche Copolymere, einschließend Blockcopolymere, die wiederkehrende Einheiten der vorstehend aufgeführten Polymeren enthalten, und Pfropfpolymere und Mischungen, die irgendwelche vorstehend aufgezählten Verbindungen enthalten. Die Polymeren können, oder können auch nicht nach der Aufbringung auf die Membran polymerisiert werden.formal) and poly (vinyl! butyral)], poly (vinyl ketones) [eg, poly (methyl vinyl ketone)], poly (vinyl esters) [eg poly (vinyl benzoate)], poly (vinyl halides) [eg poly (vinyl bromide)], poly (vinyl) vinyl halides), poly (vinylidene carbonate), poly (N-vinylmaleimide), etc., poly (1,5-cyclooctadiene), poly (methyl isopropenyl ketone), fluorinated ethylene copolymers; Poly (arylene oxides) '<, eg poly (xylylene oxide); polycarbonates; Polyphosphates, eg poly (ethylene methylphosphate); and the like, and any copolymers including block copolymers containing repeating units of the polymers listed above, and graft polymers and blends containing any of the compounds enumerated above. The polymers may or may not be polymerized after application to the membrane.

Besonders brauchbare Materialien für überzüge umfassen Poly(siloxane). Typische Poly(siloxane) können aliphatische oder aromatische Reste enthalten und haben oftmals wiederkehrende Einheiten mit 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen. Das Molekulargewicht der Poly(siloxane) kann in einem weiten Bereich variieren, liegt jedoch gewöhnlich bei zumindest etwa 1000. Oftmals haben die Poly(siloxane) ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis 300 000 oder darüber, wenn sie auf die Membran aufgebracht werden, übliche aliphatische und aromatische Poly(siloxane) umfassen die Poly(mono-Particularly useful coating materials include poly (siloxanes). Typical poly (siloxanes) may contain aliphatic or aromatic radicals and often have repeating units of 1 to about 20 carbon atoms. The molecular weight of the poly (siloxanes) may vary widely, but is usually at least about 1000. Often, the poly (siloxanes) having a molecular weight of about 1,000 to 300,000 or more, when applied to the membrane, have conventional aliphatic ones and aromatic poly (siloxanes) include the poly (mono-

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substituierten und disubstituierten siloxane), z.B. solche, in denen die Substituenten niedrigere aliphatische Reste sind, beispielsweise Niedrigalkyl,, einschließlich Cycloalkyl, insbesondere Methyl, Äthyl und Propyl, Niedrigalkoxy; Aryl, einschließend Mono- oder bicyclisches Aryl, einschliessend Bisphenylen, Naphthalin, etc.; niedriges Mono- und bicyclisches Aryloxy; Acyl, einschließend niedriges aliphatisches und niedriges aromatisches Acyl; und dergleichen. Die aliphatischen und aromatischen Substituenten können substituiert sein, z.B. durch Halogene, z.B. Fluor, Chlor und Brom, Hydroxylgruppen, Niedrigalkylgruppen, Niedrigalkoxygruppen, Niedrigacylgruppen, Glycidylgruppen, Aminogruppen, Vinylgruppen, und dergleichen. Das Poly(siloxan) kann in Gegenwart eines Vernetzungsmittels zur Schaffung eines Siliconkautschuks vernetzt werden, und das Poly(siloxan) kann ein Copolymeres mit einem vernetzbaren Comonomeren, wie beispielsweise α-Methylstyrol sein, um die Vernetzung zu unterstützen. Typische Katalysatoren zur Förderung der Vernetzung schließen organische und anorganische Peroxide sein. Die Vernetzung kann vor der Aufbringung des Poly(siloxans) auf die Membran erfolgen, jedoch wird das Poly(siloxan) vorzugsweise nach dem Aufbringen auf die Membran vernetzt. Häufig hat das Poly(siloxan) vor der Vernetzung ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis 100 000 oder darüber. Besonders vorteilhafte Poly(siloxane) umfassensubstituted and disubstituted siloxanes), e.g. those in which the substituents are lower aliphatic radicals, for example lower alkyl, including cycloalkyl, in particular methyl, ethyl and propyl, lower alkoxy; Aryl, including mono- or bicyclic aryl, including bisphenylene, naphthalene, etc .; low mono- and bicyclic aryloxy; Acyl, including lower aliphatic and lower aromatic acyl; and the same. The aliphatic and aromatic substituents may be substituted, e.g. by halogens, e.g. Fluorine, chlorine and bromine, hydroxyl groups, lower alkyl groups, lower alkoxy groups, lower acyl groups, glycidyl groups, amino groups, vinyl groups, and the like. The poly (siloxane) may be crosslinked in the presence of a crosslinking agent to provide a silicone rubber, and the poly (siloxane) may be a copolymer with a crosslinkable comonomer such as α-methylstyrene to aid in crosslinking. Typical catalysts for promoting crosslinking include organic and inorganic peroxides. Crosslinking may occur prior to application of the poly (siloxane) to the membrane, but preferably the poly (siloxane) is crosslinked after application to the membrane. Often, the poly (siloxane) before crosslinking has a molecular weight of about 1,000 to 100,000 or above. Particularly advantageous poly (siloxanes) include

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Poly(dimethylsiloxan), Poly(hydrogenmethylsiloxan), PoIy-(phenylrnethylsiloxan) , Poly(trifluorpropylmethylsiloxan), Copolymere von α-Methylstyrol und Dimethylsiloxan, und nachgehärteten Poly(dimethylsiloxan) enthaltenden Siliconkautschuk mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 bis ^ 50 000 oder darüber vor der Vernetzung. Manche Poly(siloxane) benetzen das Material der Hohlfaser nicht in ausreichendem Maße, um einen solchen okkludierenden Kontakt zu schaffen, wie er gewünscht wird. Jedoch kann das Auflösen oder Dispergieren des Poly(siloxans) in einem Lösungsmittel, welches das Material der Membran nicht wesentlich beeinflußt, die Erzielung eines okkludierenden Kontaktes erleichtern. Geeignete Lösungsmittel schließenjnormalerweise flüssige Alkane, z.B. Pentan, Isopentan, Cyclohexan, etc., aliphatische Alkohole, z.B. Methanol, manche halogenierten Alkane und Dialkyläther, Dialkylather, und dergleichen, und Mischungen davon ein.Poly (dimethylsiloxane), poly (hydrogenmethylsiloxane), poly (phenylmethylsiloxane), poly (trifluoropropylmethylsiloxane), copolymers of α-methylstyrene and dimethylsiloxane, and postcured poly (dimethylsiloxane) containing silicone rubber having a molecular weight of about 1,000 to about 50,000 or above of networking. Some poly (siloxanes) do not wet the material of the hollow fiber sufficiently to provide such occluding contact as desired. However, dissolving or dispersing the poly (siloxane) in a solvent that does not significantly affect the material of the membrane can facilitate the achievement of an occluding contact. Suitable solvents normally include liquid alkanes, e.g. Pentane, isopentane, cyclohexane, etc., aliphatic alcohols, e.g. Methanol, some halogenated alkanes and dialkyl ethers, dialkyl ethers, and the like, and mixtures thereof.

Der überzug kann in Form einer im wesentlichen ununterbrochenen Membran, d.h. einer im wesentlichen nicht porösen Membran, in Kontakt mit der anisotropen Membran vorliegen, oder der überzug kann diskontinuierlich oder unterbrochen sein. Vorzugsweise ist der überzug nicht so dick, daß er das Verhalten der Membran nachteilig beeinflußt, z.B. durch Bewirken einer unzulässigen Abnahme im Durchfluß, oderThe coating may take the form of a substantially continuous membrane, i. a substantially non-porous membrane in contact with the anisotropic membrane, or the coating may be discontinuous or discontinuous. Preferably, the coating is not so thick as to adversely affect the performance of the membrane, e.g. by causing an impermissible decrease in flow, or

durch Bewirken eines derartigen Widerstandes gegenüber der Gasströmung, daß der Trennfaktor der beschichteten Membran im wesentlichen derjenige der Beschichtung ist. Oftmals kann die Beschichtung eine durchschnittliche Dicke von bis zu etwa 50 Mikron aufweisen. Wenn die Beschichtung unterbrochen ist, können selbstverständlich Flächen vorhanden sein, auf denen kein Beschichtungsmaterial vorhanden ist. Die Beschichtung kann oftmals eine durchschnittliche Dicke im Bereich von etwa 0,0001 bis 50 Mikron aufweisen. In manchen Fällen ist die durchschnittliche Dicke der Beschichtung kleiner als etwa 1 Mikron, und sie kann sogar noch kleiner als etwa 5000 Angström sein. Die Beschichtung kann eine Schicht oder zumindest zwei getrennte Schichten enthalten, die aus den gleichen Materialien, oder auch nicht aus den gleichen Materialien bestehen können. Die Beschichtung kann in irgendeiner geeigneten Weise, z.B. durch ein Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise durch Sprühen, Aufstreichen mit Bürste, Eintauchen in eine im wesentlichen flüssige Substanz, welche das Material der Beschichtung enthält, oder dergleichen, aufgebracht werden. Das Material der Beschichtung ist vorzugsweise beim Aufbringen in einer im wesentlichen flüssigen Substanz enthalten und kann in einer Lösung unter Verwendung eines Lösungsmittels für das Material der Beschichtung, das im wesentlichen ein Nicht-Lösungsmittel für das Material der Membran ist, vorliegen. Geeigneterweiseby effecting such resistance to gas flow that the separation factor of the coated membrane is substantially that of the coating. Often, the coating may have an average thickness of up to about 50 microns. Of course, if the coating is interrupted, there may be areas where no coating material is present. The coating can often have an average thickness in the range of about 0.0001 to 50 microns. In some cases, the average thickness of the coating is less than about 1 micron, and may even be less than about 5,000 angstroms. The coating may comprise a layer or at least two separate layers, which may consist of the same materials or not of the same materials. The coating may be in any suitable manner, e.g. by a coating method such as spraying, brushing, immersion in a substantially liquid substance containing the material of the coating, or the like. The material of the coating is preferably contained when applied in a substantially liquid substance and may be in a solution using a solvent for the material of the coating, which is essentially a non-solvent for the material of the membrane. suitably

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kann die Beschichtung aufgebracht werden, nachdem die Anordnung der Membranen für einen späteren Einbau in in einen Permeator erfolgt ist, oder sogar nach dem Einbau in den Permeator, um eine Handhabung der beschichteten Membran so gering wie möglich zu halten.For example, the coating may be applied after the arrangement of the membranes has been made for later incorporation into a permeator, or even after incorporation into the permeator, to minimize handling of the coated membrane.

Es ist häufig möglich, die Außenfläche einer Membran mit einem abdichtenden Mittel zur Abdichtung der Außenfläche der Membran, z.B. einem Weichmacher, einem Quellmittel, einem Nicht-Lösungsmittel oder einem Lösungsmittel (vorzugsweise einem schwachen Lösungsmittel) für das Material der anisotropen Membran zu behandeln. Die Auswahl eines geeigneten abdichtenden Mittels wird von dem Polymeren der Membran abhängen. Abdichtende Mittel, die angewendet werden können, umfassen Flüssigkeiten und Gase, wie beispielsweise Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Aceton, Methyläthy!keton, "Methanol, Isopentan; Cyclohexan, Hexan, Isopropanol, verdünnte Mischungen von Lösungsmitteln für das Polymere (z.B. Toluol, Benzol, Methylenchlorid) in Nicht-Lösungsmitteln für das Polymere, und dergleichen. Die Behandlung kann vor oder nachdem die Membran getrocknet worden ist, erfolgen, und sie kann über einen weiten Temperaturbereich durch" geführt werden. Temperaturen von etwa 0° bis 50°C, nämlich etwa 10° bis 35°C v/erden gewöhnlich angewandt. Die Behandlung der Membran mit einem abdichtenden Mittel vor demIt is often possible to use the outer surface of a membrane with a sealing means to seal the outer surface of the membrane, e.g. a plasticizer, a swelling agent, a non-solvent or a solvent (preferably a weak solvent) for the anisotropic membrane material. The selection of a suitable sealing agent will depend on the polymer of the membrane. Sealing agents that may be employed include liquids and gases such as ammonia, hydrogen sulfide, acetone, methyl ethyl ketone, methanol, isopentane, cyclohexane, hexane, isopropanol, dilute mixtures of solvents for the polymer (eg, toluene, benzene, methylene chloride in non-solvents for the polymer, etc. The treatment may be carried out before or after the membrane has been dried, and it may be passed through a wide temperature range. Temperatures of about 0 ° to 50 ° C, namely about 10 ° to 35 ° C v / earth usually used. The treatment of the membrane with a sealing agent before the

Beschichten zur Erhöhung der Selektivität kann in manchen Fällen vorteilhaft sein.Coating to increase selectivity may be advantageous in some cases.

Die Membranen der vorliegenden Erfindung sind in weitem Umfang bei Gastrennoperationen anwendbar, insbesondere bei der Trennung von Gasen mit niedrigem Molekulargewicht, durch Wechselwirkung des hindurchdringenden Gases mit dem Material der Membran. Gasförmige Mischungen, welche in Gastrennoperationen verwendet werden können, bestehen aus gasförmigen Substanzen, oder Substanzen, welche normalerweise flüssig oder fest sind, jedoch bei den Temperaturen, bei denen die Trennung durchgeführt wird, verdampfen. Typische Gastrennverfahren, die erwünscht sein können, schließen beispielsweise die folgenden Trennungen ein: Sauerstoff von Stickstoff; Wasserstoff von zumindest einem der Gase, nämlich Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Schwefelwasserstoff, Distickstoffoxid, Ammoniak und Kohlenwasserstoff mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methan, Äthan und Äthylen; Ammoniak von zumindest einem der Gase, nämlich Wasserstoff, Stickstoff, Argon und Kohlenwasserstoff mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen, z.B. Methan; Kohlendioxid von zumindest einem der Gase, nämlich Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen, z.B. Methan; Helium von Kohlenwasserstoff mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen, z.B. Methan; Schwefelwasserstoff von Kohlenwasserstoff mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffato-The membranes of the present invention are widely applicable to gas separation operations, particularly in the separation of low molecular weight gases by interaction of the penetrating gas with the material of the membrane. Gaseous mixtures which can be used in gas separation operations consist of gaseous substances, or substances which are normally liquid or solid but evaporate at the temperatures at which the separation is carried out. Typical gas separation processes that may be desired include, for example, the following separations: oxygen of nitrogen; Hydrogen of at least one of carbon monoxide, carbon dioxide, helium, nitrogen, oxygen, argon, hydrogen sulfide, nitrous oxide, ammonia, and hydrocarbyl having from 1 to about 5 carbon atoms, especially methane, ethane and ethylene; Ammonia of at least one of the gases, namely hydrogen, nitrogen, argon and hydrocarbon of 1 to about 5 carbon atoms, e.g. Methane; Carbon dioxide of at least one of the gases, namely carbon monoxide and hydrocarbon of 1 to about 5 carbon atoms, e.g. Methane; Helium of hydrocarbon of 1 to about 5 carbon atoms, e.g. Methane; Hydrogen sulfide of hydrocarbon having 1 to about 5 carbon atoms

men, beispielsweise Methan, Äthan oder Äthylen? und Kohlenmonoxid von zumindest einem der Gase, nämlich Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Kohlenwasserstoff mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen. Es sei betont, daß Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine vorteilhafte Anwendung bei Trennverfahren unter Verwendung anderer Gasmischungen finden.such as methane, ethane or ethylene? and carbon monoxide from at least one of the gases, namely, hydrogen, helium, nitrogen, and hydrocarbon having 1 to about 5 carbon atoms. It should be emphasized that membranes according to the present invention also find advantageous application in separation processes using other gas mixtures.

Zusammenfassend werden gemäß der vorliegenden Erfindung anisotrope Membranen aus einer Lösung eines membranbilden1-' den Polymeren in einem flüssigen Träger hergestellt. Die Polymerlösung wird in Form einer Vorstufe vorgesehen und anschließend in einem flüssigen Koaguliermittel, das Wasser enthält, unter Bildung der anisotropen Membran koaguliert. Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete flüssige Träger enthält ein N-acyliertes, heterocyclisches Lösungsmittel der nachfolgenden allgemeinen FormelIn summary, anisotropic membranes from a solution of a membrane-form 1 according to the present invention - manufactured 'the polymers in a liquid carrier. The polymer solution is provided in the form of a precursor and then coagulated in a liquid coagulant containing water to form the anisotropic membrane. The liquid carrier used in the process of the present invention contains an N-acylated heterocyclic solvent of the following general formula

* N—C-R * N-CR

in welcher X -CH2-, -N(R1)- oder -0-, R Wasserstoff, Methyl oder Äthyl, und R1 Wasserstoff oder Methyl bedeuten. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere zur Herstellung von anisotropen Hohlfaser-Membranen brauchbar. Bei der Herstellung von anisotropen Hohlfaser-Membranenin which X is -CH 2 -, -N (R 1 ) - or -O-, R is hydrogen, methyl or ethyl, and R 1 is hydrogen or methyl. The process according to the present invention is particularly useful for making anisotropic hollow fiber membranes. In the production of anisotropic hollow fiber membranes

wird die Lösung eines hohlfaserbildenden Polymeren in dem flüssigen Träger durch eine ringförmige Spinndüse unter Bildung einer Hohlfaser-Vorstufe extrudiert, und die Hohlfaser-Vorstufe in einem flüssigen Koaguliermittel, das Wasser enthält, unter der Bildung der Hohlfaser-Membran koaguliert. Die Verfahren sind für die Herstellung von Polysulfon-Hohl-.faser-Membranen interessant, die eine homogen ausgebildete, dünne, selektive Haut auf einem offenzelligen Träger aufweisen und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen einen Zusammenbruch besitzen. Die Membranen sind insbesondere für die Trennung von Gasen brauchbar.For example, the solution of a hollow fiber-forming polymer in the liquid carrier is extruded through an annular spinneret to form a hollow fiber precursor, and the hollow fiber precursor is coagulated in a liquid coagulant containing water to form the hollow fiber membrane. The processes are of interest for the production of polysulfone hollow fiber membranes which have a homogeneously formed, thin, selective skin on an open cell support and have high resistance to collapse. The membranes are particularly useful for the separation of gases.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und sollen diese in keiner Weise einschränken. Alle Teile und Prozentangaben von Gasen sind Volumteile, und alle Teile und Prozentangaben von Flüssigkeiten sind Gewichtsteile, es sei denn, daß ausdrücklich etwas anderes gesagt wird. Alle Gaspermeabilitäten wurden unter Verwendung von im wesentlichen reinen Gasen mit einem Druck von etwa 70 Atmosphären absolut an der Außenseite und einem Druck von etwa 1 Atmosphäre an der Innenseite der Hohlfaser-Membran bestimmt, es sei denn, daß ausdrücklich etwas anderes gesagt wird.The following examples serve to better understand the present invention and are not intended to limit it in any way. All parts and percentages of gases are parts by volume, and all parts and percentages of liquids are parts by weight, unless expressly stated otherwise. All gas permeabilities were determined using substantially pure gases having a pressure of about 70 atmospheres absolute on the outside and a pressure of about 1 atmosphere on the inside of the hollow fiber membrane, unless expressly stated otherwise.

Ausführungsbeispiel· eEmbodiment · e Beispiel 1example 1

32 Gewichtsteile Polysulfon (P-35OO; erhältlich von der Firma Union Carbide Corporation) und 68 Gewichtsteile eines flüssigen Trägers, bestehend aus 90 Gewichtsteilen 1-Formylpiperidin und 10 Gewichtsteilen Formamid (Reagentienreinheit) werden in einen beheizten Mischer für Spinnlösung mit einer trockenen Stickstoffatmosphäre eingebracht. Vor dem Einbringen in den Mischer für die Spinnlösung wurde das Polysulfon-Polymere bei etwa 125°C 5 bis 7 Tage unter Vakuum (z.B. bei einem Absolutdruck von kleiner als etwa 10 oder 20 mm Hg) getrocknet. Das 1-Formylpiperidin hat einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0,45 g pro 100 ml und das Formamid von etwa 0,15 g pro 100 ml. Das Aussetzen des Formamids gegenüber Luft während des Füllens des beheizten Mischers für die Spinnlösung wird so gering wie möglich gehalten, um einen Abbau des Formamids zu vermeiden. In dem beheizten Mischer für die Spinnlösung wird die Polymerlösung bei etwa 80°C 'bis 100°C während eines Zeitraums gehalten, der ausreicht, um das Polysulfon vollständig zu lösen (im allgemein werden gewöhnlich Verweilzeiten von etwa 8 Stunden angewandt). Die Polymerlösung wird in einen Entgasungsbehälter überführt, der eine trockene Stickstoffatmosphäre besitzt, die auf etwa 80°C erhitzt ist. Der Entgasungsbehälter enthält einen konisch geformten Verteiler mit einer32 parts by weight of polysulfone (P-35OO, available from Union Carbide Corporation) and 68 parts by weight of a liquid carrier consisting of 90 parts by weight of 1-formylpiperidine and 10 parts by weight of formamide (reagent grade) are charged to a heated spinning solution mixer with a dry nitrogen atmosphere. Prior to introduction into the spinning solution mixer, the polysulfone polymer was dried at about 125 ° C for 5 to 7 days under vacuum (e.g., at an absolute pressure of less than about 10 or 20 mm Hg). The 1-formylpiperidine has a moisture content of about 0.45 g per 100 ml and the formamide of about 0.15 g per 100 ml. Exposure of the formamide to air during filling of the heated mixer for the spinning solution is kept as low as possible to avoid degradation of the formamide. In the heated mixer for the spinning solution, the polymer solution is maintained at about 80 ° C to 100 ° C for a time sufficient to completely dissolve the polysulfone (generally, residence times of about 8 hours are generally used). The polymer solution is transferred to a degassing vessel having a dry nitrogen atmosphere heated to about 80 ° C. The degassing container includes a conically shaped manifold with a

- /sr -- / sr -

9h 2 1997 9h 2 1997

Tasse auf dem Scheitel des Verteilers. Die Polymerlösung wird, wenn sie in den Verweilbehälter eingeführt ist, in die Tasse unterhalb des Spiegels der Polymerlösung in der Tasse eingeleitet und die Polymerlösung strömt über die Kante der Tasse herunter über den konisch geformten Verteiler in Form eines dünnen Films. Die Polymerlösung läuft von der unteren Kante des konisch geformten Verteilers auf ein Drahtnetz, welches in die Polymerlösung in dem Entgasungsbehälter führt. Während der Entgasung wird in dem Entgasungsbehälter die Polymerlösung im Kreis geführt. Der Entgasungsbehälter wird auf einem Absolutdruck von etwa 250 bis 350 mm Hg gehalten. Eine zufriedenstellende Entgasung kann auch unter Verwendung eines im wesentlichen atmosphärischen Druckes in dem Entgaeungsbehälter erzielt werden. Eine adäquate Entgasung wird gewöhnlich in weniger als etwa 7 Stunden Verweilzeit in dem Entgasungsbehälter erzielt.Cup on the crest of the distributor. The polymer solution, when introduced into the dwell, is introduced into the cup below the level of the polymer solution in the cup and the polymer solution flows down the edge of the cup over the conical shaped distributor in the form of a thin film. The polymer solution runs from the lower edge of the conically shaped manifold onto a wire net which leads into the polymer solution in the degassing vessel. During degassing, the polymer solution is circulated in the degassing tank. The degassing vessel is maintained at an absolute pressure of about 250 to 350 mm Hg. Satisfactory degassing can also be achieved by using a substantially atmospheric pressure in the degas tank. Adequate degassing is usually achieved in less than about 7 hours residence time in the degas tank.

Die entgaste Polymerlösung wurde mittels einer Pumpe vom Typ Zenith H in einer Rate von 8,6 g pro Minute zu einer Spinndüse vom Rohr-in-Düse-Typ gepumpt, die einen Düsendurchmesser von 533 Mikron, einen Einspritzrohr-Außendurchmesser von 203 Mikron und einen Einspritzkapillare-Durchmesser von 127 Mikron aufwies. Die Spinndüse hatte fünf hinter der ringförmigen Extrusionszone in gleichem Abstand angeordnete Eintrittsöffnungen für die Polymerlösung und wurde durchThe degassed polymer solution was pumped by means of a Zenith H pump at a rate of 8.6 g per minute to a tube-in-nozzle type spinnerette having a nozzle diameter of 533 microns, an injection tube outer diameter of 203 microns, and a Injection capillary diameter of 127 microns had. The spinneret had five polymer polymer solution inlets spaced equally behind the annular extrusion zone and was passed through

einen außen befindlichen elektrischen Heizmantel auf einer Temperatur von annähernd 50° bis 580C gehalten; die Polymerlösung hatte angenähert die gleiche Temperatur. Zu der Spinndüse wurde in einer Rate von etwa 1,2 ml pro Minute entionisiertes Wasser von etwa Raumtemperatur (20 bis 25°C) geführt. Während es in der Spinndüse verweilte, wurde das entionisierte Wasser durch Wärmeübergang erwärmt. Die Spinndüse war etwa 10f2 cm oberhalb des Koagulationsbades angeordnet. Die Hohlfaser-Vorstufe wurde mit einer Rate von etwa 42,7 m pro Minute extrudiert.kept an outside electric heating jacket at a temperature of approximately 50 ° to 58 0 C; the polymer solution was at approximately the same temperature. Deionized water of about room temperature (20 to 25 ° C) was fed to the spinneret at a rate of about 1.2 ml per minute. While dwelling in the spinneret, the deionized water was heated by heat transfer. The spinneret was located about 10 f 2 cm above the coagulation bath. The hollow fiber precursor was extruded at a rate of about 42.7 meters per minute.

Die Hohlfaser-Vorstufe wurde von der Spinndüse nach abwärts ein ein längliches Koagulationsbad geführt. Das Koagulationsbad enthält im wesentlichen Leitungswasser, und es wird ausreichend frisches Leitungswasser zugegeben und Koagulationsbad-Flüssigkeit (flüssiges Koaguliermittel) abgezogen, um die Konzentration von 1-Formylpiperidin in dem Koagulationsbad auf weniger als etwa 1 Gewichtsprozent zu halten. Das flüssige Koaguliermittel wird auf einer Temperatur von etwa 2° bis 4°C gehalten. Die Hohlfaser-Vorstufe wird vertikal nach unten in .das flüssige Koaguliermittel über eine Entfernung von etwa 7,8 cm geführt, läuft dann um eine Walze auf einem geringfügig schräg nach oben führenden Weg durch das flüssige Koaguliermittel'und verläßt dann das Koagulierbad. Der Abstand vom Eintauchen in das Koagulierbad beträgt etwa.1,4 m.The hollow fiber precursor was fed from the spinneret down a long coagulation bath. The coagulation bath contains substantially tap water and sufficient fresh tap water is added and coagulation bath liquid (liquid coagulant) withdrawn to keep the concentration of 1-formylpiperidine in the coagulation bath to less than about 1 weight percent. The liquid coagulant is maintained at a temperature of about 2 ° to 4 ° C. The hollow fiber precursor is fed vertically down into the liquid coagulant over a distance of about 7.8 cm, then passes around a roller on a slightly obliquely upward path through the liquid coagulant and then leaves the coagulation bath. The distance from immersion in the coagulation bath is about 1.4 m.

Die Hohlfaser aus dem Koagulierbad wird dann mit Leitungswasser in drei aufeinanderfolgenden Godetbädern gewaschen. In dem ersten Godetbad wird die Hohlfaser auf einer Entfernung von etwa 7f3 m eingetaucht. Das erste Godetbad wird auf einer Temperatur -von etwa 2° bis 4°C gehalten und die Konzentration an 1-Formylpiperidin in dem Bad durch Zugabe von frischem Wasser und Abziehen des Waschmediums auf eine Konzentration von unterhalb etwa 3 Gewichtsprozent eingestellt. Das zweite und dritte Godetbad hat Umgebungstemperatur (z.B. etwa 15° bis 250C, je nach der Temperatur des Leitungswassers und der Raumtemperatur des Laboratoriums), und es wird den Godetbädern kontinuierlich frisches Wasser zugeführt. Die nasse Hohlfaser hat einen Außendurchmesser von etwa 440 Mikron und einen Innendurchmesser von etwa 155 Mikron.The hollow fiber from the coagulating bath is then washed with tap water in three successive godet baths. In the first Godet bath, the hollow fiber is immersed at a distance of about 7 f 3 m. The first Godet bath is maintained at a temperature of about 2 ° to 4 ° C and the concentration of 1-formylpiperidine in the bath is adjusted to a concentration of below about 3% by weight by adding fresh water and stripping the wash medium. The second and third Godetbad at ambient temperature (eg, about 15 ° to 25 0 C, depending on the temperature of the tap water and the room temperature of the laboratory), and it is continuously fed to the Godet baths of fresh water. The wet hollow fiber has an outer diameter of about 440 microns and an inner diameter of about 155 microns.

Die mit Wasser feucht gehaltene Hohlfaser wird unter Verwendung einer Leesona-Wickeivorrichtung unter so geringer Spannung wie möglich auf eine Bobine aufgewickelt. Die Bobine enthält etwa 3600 m Hohlfaser, und die Dicke der auf der Bobine aufgewickelten Hohlfaser beträgt weniger als etwa 2 cm. Die Bobine wird in ein Leitungswasser enthaltendes Gefäß placiert und während eines Zeitraums'von etwa 24 Stunden Leitungswasser von Leitungswasser-Temperaturen (10° bis 20°C) in einer Rate von etwa 4 bis 5 Liter pro Stunde proThe water-moist hollow fiber is wound onto a bobbin using a Leesona wind-up device under tension as low as possible. The bobbin contains about 3600 m of hollow fiber and the thickness of the hollow fiber wound on the bobbin is less than about 2 cm. The bobbin is placed in a tap water containing vessel and tap water at tap water temperatures (10 ° to 20 ° C) at a rate of about 4 to 5 liters per hour per hour over a period of about 24 hours

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Bobine zugegeben und aus dem Gefäß abgezogen. Die Bobine wird dann 7 Tage lang in dem Leitungswasser enthaltenden Gefäß bei etwa Umgebungstemperatur (20° bis 25°C) gelagert. Nach der Lagerung wird die Hohlfaser, während sie noch feuchtgehalten wird, auf einer Strangmaschine unter Bildung von Hohlfaser-Hanks von etwa 3 m Länge aufgewickelt. Das Aufwickeln der Hohlfaser auf der Strangmaschine wird unter Anwendung der minimalen, zur Durchführung des Aufwickeins erforderlichen Spannung bewerkstelligt. Die Hohlfaser-Hanks werden vertikal aufgehängt, wobei die Öffnungen der Hohlfaserseelen unten offen sind, und man läßt die Hanks während eines Zeitraums von zumindest etwa 3 Tagen bei Umgebungsbedingungen des Laboratoriums (etwa 20° bis 25°C und 50% relative Feuchtigkeit) trocknen. Die getrocknete Hohlfaser hat einen Außendurchmesser von etwa 390 Mikron und einen Innendurchmesser von etwa 140 Mikron und scheint unter dem Raster-Elektronenmikroskop der in Fig. 1 abgebildeten Hohlfaser ähnlich zu sein.Bobine added and removed from the jar. The bobbin is then stored for 7 days in the tap water containing vessel at about ambient temperature (20 ° to 25 ° C). After storage, while still wet, the hollow fiber is wound on a rod making machine to form hollow fiber hanks about 3 meters in length. The winding of the hollow fiber on the strand machine is accomplished using the minimum tension required to effect the winding. The hollow fiber hanks are suspended vertically with the openings of the hollow fiber cores open at the bottom, and the hanks are allowed to dry for a period of at least about 3 days at ambient conditions of the laboratory (about 20 ° to 25 ° C and 50% relative humidity). The dried hollow fiber has an outer diameter of about 390 microns and an inner diameter of about 140 microns and appears to be similar to the hollow fiber depicted in FIG. 1 under the scanning electron microscope.

Es wurden aus zehn Hohlfasern Versuchsschleifen hergestellt, von denen jede etwa 15 cm lang war. An dem einen Ende ist die Versuchsschleife in eine Rohrplatte eingebettet, durch welche die Hohlfaserseelen der Hohlfasern miteinander in Verbindung stehen. Das andere Ende ist zugestopft. Die Hohlfaserseelen der Hohlfasern in jeder Versuchsschleife werdenTest loops were made from ten hollow fibers, each about 15 cm long. At one end, the test loop is embedded in a tube plate through which the hollow fiber cores of the hollow fibers communicate with each other. The other end is stuffed. The hollow fiber cores of the hollow fibers in each test loop become

199 7199 7

B " φ ff B " φ ff

einem Vakuum (etwa 50 bis 100 mm Hg Absolutdruck) während eines Zeitraums von etwa 10 Minuten unterworfen. Jede der Versuchsschleifen wird in eine Beschichtungslosung von etwa 2 Gewichtsprozent nachhärtbarem Polydimethylsiloxan (Sylgard 184; erhältlich von der Firma Dow Corning Corporation) in Isopentan eingetaucht, während das Vakuum während eines Zeitraums von etwa 10 Minuten aufrechterhalten wird, und anschließend aus der Beschichtungslosung entfernt. Das Vakuum wird für etwa 10 Minuten, nachdem die Versuchsschleife aus der Beschichtiungs lösung entfernt wurde, gehalten, und die Versuchsschleifen bei Umgebungsbedingungen des Laboratoriums (20° bis 25°C, etwa 40 bis 60 % relative Feuchtigkeit) getrocknet. Die Permeabilitäten der Versuchsschleifen für Wasserstoff und Methan werden unter Verwendung \ subjected to a vacuum (about 50 to 100 mm Hg absolute pressure) for a period of about 10 minutes. Each of the test loops is dipped in a coating solution of about 2 weight percent post-curable polydimethylsiloxane (Sylgard 184, available from Dow Corning Corporation) in isopentane while maintaining the vacuum for a period of about 10 minutes and then removed from the coating solution. The vacuum is held for about 10 minutes after the test loop has been removed from the coating solution, and the test loops dried at ambient laboratory conditions (20-25 ° C, about 40-60% relative humidity). The permeabilities of the test cycles for hydrogen and methane are \ using

I von im wesentlichen reinen Gasen bei Umgebungstemperatur II of substantially pure gases at ambient temperature I

des Laboratoriums (etwa 20° bis 25°C) bestimmt, wobei die jof the laboratory (about 20 ° to 25 ° C), the j

äußere Beschickungsoberfläche (Mantelseite) der Hohlfasern fouter charging surface (shell side) of the hollow fibers f

j auf einem Druck von etwa 70 Atmosphären absolut, und die Ij at a pressure of about 70 atmospheres absolute, and the I

Hohlfaserseele-Seite der Hohlfasern auf einem Druck von etwa 1 Atmosphäre absolut war. Die bestimmten Permeabilitäten j variieren gewöhnlich etwas von Versuchsschleife zu Versuchs- i schleife, und manche Variationen können auf Undichtigkeiten j in der Rohrplatte, Beschädigung der Hohlfaser bei der Handhabung, oder dergleichen, zurückzuführen sein. Die durchschnittliche Wasserstoff-Permeabilität liegt oftmals imHollow fiber core side of the hollow fibers at a pressure of about 1 atmosphere was absolute. The particular permeabilities j usually vary somewhat from trial loop to trial loop, and some variations may be due to leaks j in the tube plate, damage to the hollow fiber during handling, or the like. The average hydrogen permeability is often in the range

__ 219976__ 219976

Bereich von etwa 75 bis 150 GPU (lxlO6 χ cm3(STP)/cm2-seccm Hg), und die durchschnittliche Methan-Permeabilität liegt oftmals im Bereich von etwa 1 bis 2 GPU. Das Verhältnis der Permeabilitäten (Trennfaktor) für Wasserstoff über Methan beträgt oftmals etwa 50 bis 60. Der Druck beim Versagen derRange from about 75 to 150 GPU (lxlO 6 χ cm 3 (STP) / cm 2 -seccm Hg), and the average methane permeability is often in the range of about 1 to 2 GPU. The ratio of permeabilities (separation factor) for hydrogen over methane is often about 50 to 60. The pressure at the failure of the

Hohlfaser wurde als zu über 110 kg/cm (1600 pounds perHollow fiber was reported to be over 110 kg / cm (1600 pounds per

square inch) bestimmt.square inch).

Beispiel 2Example 2

Eine entgaste Polymerlösung mit einem Gehalt von 32 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und einem flüssigen Träger, bestehend aus 1-Formylpiperidin und Formamid wurde durch eine Spinndüse (Strahl) des in Beispiel 1 beschriebenen Typs zu einer Hohlfaser-Membran gemäß dem in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Verfahren versponnen. Die Temperatur der Polymerlösung (Spinnlösung) für die Versuche 885-1, 533-1-7 und 537-1 wurde nicht direkt gemessen und kann 60° bis 70°C betragen. Als Einspritzflüssigkeit wurde entionisiertes Wasser verwendet und in einer Rate vorgesehen, die ausreicht, um den Innendurchmesser der Hohlfaser aufrechtzuerhalten. Das Koagulationsbad enthält Wasser und die Konzentration an 1-Formylpiperidin wird in dem Koagulationsbad durch Abziehen von Badflüssigkeit auf einem Wert von unterhalb etwa 1 Gewichtsprozent gehalten. Die Hohlfaser wird in das Koagulationsbad über einen Abstand von etwa 1 m eingetaucht. DieA degassed polymer solution containing 32 percent by weight polysulfone P-35OO and a liquid carrier consisting of 1-formylpiperidine and formamide was spun through a spinneret (jet) of the type described in Example 1 to give a hollow fiber membrane according to Table I below spun. The temperature of the polymer solution (spinning solution) for the experiments 885-1, 533-1-7 and 537-1 was not measured directly and can be 60 ° to 70 ° C. Deionized water was used as injection fluid and provided at a rate sufficient to maintain the inside diameter of the hollow fiber. The coagulation bath contains water and the concentration of 1-formylpiperidine is maintained in the coagulation bath by drawing off bath fluid at a level of less than about 1 percent by weight. The hollow fiber is immersed in the coagulation bath over a distance of about 1 m. The

T a b e 1 leT a b e 1 le

1-Foriiylpi- peridin-Konz. in flüssigan Träger (Gew.-%)1-formylpiperidine conc. in liquid carrier (% by weight) •i• i Strahlab messung AD (μ), ID (μ) Kapillare (μ)Beam dimension AD (μ), ID (μ) Capillary (μ) Strahl dehnungBeam stretching Spinn- lösungs- rate (ml/min)Spinning solution rate (ml / min) Spinn geschwin digkeit (ifi/min)Spinning speed (ifi / min) Spinn- lösungs- tenp. an der Düse (0C)Spinning solution p at the nozzle ( 0 C) Abstand dar Düse van Koagula- tionsbad (can)Distance from nozzle of coagulation bath (can) Temperaturtemperature l.Go- dat- badl.Goth bath 0C 0 C .3.Go- det- bad.3.Goddash 92,592.5 Faser- Diitensionen* AD (μ)/ID (y)Fiber Diitensions * AD (μ) / ID (y) 457/127/76457/127/76 0,960.96 66 36,636.6 Etwa 60°About 60 ° 12,712.7 Koagu lations- badCoagulation bath 44 2.Go- det- bad2.Godd bath RTRT J ers. : Nr.Yes. : No. 92,592.5 416/134416/134 457/127/76457/127/76 0,960.96 66 38,138.1 Etwa 60°About 60 ° 12,712.7 33 4.4th RTRT RTRT 85-185-1 92,592.5 410/136410/136 457/127/76457/127/76 0,960.96 66 38,138.1 Etwa 60°About 60 ° 12,712.7 33 33 RTRT RTRT 33-1-733-1-7 92,592.5 416/136416/136 533/203/127533/203/127 1,151.15 7,17.1 42,742.7 53°53 ° 10,210.2 33 1-31-3 RTRT RTRT 37-137-1 9090 425/150425/150 533/203/102533/203/102 0,980.98 8,38.3 42,742.7 53°53 ° 10,210.2 22 11 1,5-201.5-20 RTRT 93-4-693-4-6 9090 456/150456/150 533/203/102533/203/102 0,980.98 8,38.3 42,742.7 55°55 ° 10,210.2 11 11 RTRT RTRT 95-195-1 8787 448/148448/148 533/203/102533/203/102 0,98 .0.98. 8,38.3 42,742.7 52°52 ° 10,210.2 11 33 RTRT RTRT 95-295-2 8787 456/152456/152 533/203/102533/203/102 0,980.98 8,38.3 42,7'42.7 ' 54°54 ° 10,210.2 33 33 RTRT RTRT 94-1 .94-1. 9090 448/149448/149 457/127/76457/127/76 0,770.77 6 6 30,530.5 55°55 ° 5,15.1 33 11 RTRT 1111 94-2 '94-2 ' 9090 479/217479/217 457/127/76457/127/76 0,770.77 66 30,530.5 65°65 ° 5,15.1 11 11 1111 1111 04-304-3 92,592.5 445/205445/205 635/178/102635/178/102 1,751.75 7,17.1 42,742.7 64°64 ° 10,210.2 11 33 1111 RTRT 04-604-6 406/146406/146 22 RTRT 93-293-2

* Vor dem Trocknen* Before drying

Ί03Ί03

Verweilzeit der Hohlfaser in jedem der drei Waschbäder (erstes, zweites und drittes Godetbad) ist folgende:Residence time of the hollow fiber in each of the three wash baths (first, second and third Godet bath) is as follows:

Ungefähre Spinngescihwindigkeit Ungefähre Verweilzeit in jedem Waschbad (m/mln) · (see)Approximate spin speed Approximate dwell time in each wash (m / mln) · (see)

30.5 56,930.5 56.9

36.6 47,4 38,1 45,536.6 47.4 38.1 45.5

42.7 40,642.7 40.6

Die Hohlfaser wird auf eine Bobine aufgewickelt, wobei sie in feuchtem Zustand gehalten wird und die Bobine in kaltem fließenden Leitungswasser etwa 16 bis 24 Stunden gewaschen, und anschließend in einer mit Wasser gefüllten Bütte 7 Tage gelagert. Die Hohlfaser wird dann unter Umgebungsbedingungen des Laboratoriums (22° bis 25°C und etwa 40 % bis 60 % relative Feuchtigkeit) getrocknet, zu Versuchsschleifen geformt, beschichtet und untersucht, wie dies in Beispiel 1 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß eine lgewichtsprozentige Sylgard 184-Lösung.angewandt wurde und zwanzig Hohlfasern in der Versuchsschleife eingesetzt wurden.Das beobachtete Verhalten der Hohlfaser ist in der nachfolgenden Tabelle II angegeben. ' .The hollow fiber is wound on a bobbin, keeping it in a wet state, and the bobbins are washed in cold running tap water for about 16 to 24 hours, and then stored in a water-filled tub for 7 days. The hollow fiber is then dried under ambient conditions of the laboratory (22 ° to 25 ° C and about 40% to 60% relative humidity), formed into test loops, coated and tested as described in Example 1, except that a weight percent Sylgard 184 solution was used and twenty hollow fibers were used in the test loop. The observed behavior of the hollow fiber is given in Table II below. '.

Tabelletable

Permeabilität, (GPU4**) Wasserstoff Methan Permeability, (GPU 4 **) hydrogen methane

Trennfaktor Annähernder Druck beim Zusammenbrechen (kg/cm^)Separation factor Approximate pressure at collapse (kg / cm ^)

533-1-7533-1-7

893-4-6893-4-6

124 187 157 132124 187 157 132

98 11798 117

97 13097 130

89 142 13189 142 131

4,24.2

2,72.7

2,42.4

0,970.97

1,531.53

1,21.2

1,71.7

1,21.2

2,32.3

8,88.8

70 45 58 56 101 77 83 78 74 63 15 140 125 125 125 155 155 110 15570 45 58 56 101 77 83 78 74 63 15 140 125 125 125 155 155 110 155

70-1lO 70-HO 12570-110 70-HO 125

Basierend auf der Faserdimension vor dem TrocknenBased on the fiber dimension before drying

- 219976- 219976

Beispiel 3Example 3

Das Verfahren von Beispiel 2 wird im wesentlichen wiederholt mit folgenden Ausnahmen. Die entgaste Polymerlösung besteht im wesentlichen aus 35 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und 64 Gewichtsprozent 1-Formylpiperidin, die Spinndüse hat einen Außendurchmesser von 533 Mikron, einen Innendurchmesser von 203 Mikron und einen Einspritzkapillare-Durchmesser von 127 Mikron. Die Spinndüse ist etwa 10f2 cm oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Koagulationsbad angeordnet, die Polymerlösungsbeschickungsrate zu der Spinndüse beträgt etwa 11,8 cm pro Minute, und die Spinngeschwindigkeit etwa 42,7 m pro Minute. Die Temperatur der aus der Spinndüse extrudierten Polymerlösung ist etwa 54°C. Das Koagulationsbad ist auf einer Temperatur von etwa 1 bis 2°Cj das erste Godetbad hat etwa 1° bis 2°C,und die zweiten und dritten Godetbäder etwa 20°C. Die Verweilzeit der Hohlfaser in jedem der Godetbäder beträgt etwa 40,6 Sekunden. Die Hohlfaser hat vor dem Trocknen einen Außendurchmesser von 445 Mikron und einen Innendurchmesser von 166 Mikron. .- Eine Raster-Elektronenmikroskop-Photographie einer getrockne- -*\ ten Hohlfaser gemäß diesem Beispiel ist in Fig. 2 abgebildet. Der von der Hohlfaser gezeigte Druck beim Zusammenbrechen beträgt etwa 170 kg/cm . Die Hohlfaser wird zu Versuchsschleifen geformt, beschichtet (ausgenommen, daß eine 2gewichtsprozentige Sylgard 184-Lösüng verwendet wird) undThe procedure of Example 2 is substantially repeated with the following exceptions. The degassed polymer solution consists essentially of 35 weight percent polysulfone P-35OO and 64 weight percent 1-formylpiperidine, the spinneret has an outside diameter of 533 microns, an inside diameter of 203 microns and an injection capillary diameter of 127 microns. The spinneret is located about 10 f 2 cm above the liquid level in the coagulation bath, the polymer solution feed rate to the spinneret is about 11.8 cm per minute, and the spinning speed is about 42.7 m per minute. The temperature of the polymer solution extruded from the spinneret is about 54 ° C. The coagulation bath is at a temperature of about 1 to 2 ° Cj the first Godet bath has about 1 ° to 2 ° C, and the second and third Godet baths about 20 ° C. The residence time of the hollow fiber in each of the Godet baths is about 40.6 seconds. The hollow fiber has an outer diameter of 445 microns and an inner diameter of 166 microns before drying. A scanning electron microscope photograph of a dried hollow fiber according to this example is shown in FIG. The collapse pressure shown by the hollow fiber is about 170 kg / cm. The hollow fiber is formed into test loops, coated (except that a 2% by weight Sylgard 184 solution is used) and

untersucht, wie dies in Beispiel 1 beschrieben wurde. Die Wasserstoff- und Methan-Permeabilitäten der unbeschichteten Hohlfaser betragen etwa 39 GPU und 2,1 GPU. Eine ähnlich hergestellte Hohlfaser mit der Ausnahme, daß die Temperatur des Koagulationsbades etwa 5°C betrug, hat einen Innendurchmesser (naß) von etwa 190 Mikron, und zeigt einenexamined as described in Example 1. The hydrogen and methane permeabilities of the uncoated hollow fiber are about 39 GPU and 2.1 GPU. A similarly prepared hollow fiber except that the temperature of the coagulation bath was about 5 ° C has an inside diameter (wet) of about 190 microns, and shows one

Druck beim Zusammenbrechen von etwa 100 bis 150 kg/cm , und besitzt beschichtet und in Versuchsschleifen eine Wasserstoff-Permeabilität von etwa 100 GPU und eine Methan-Permeabilität von etwa 3,3 GPU.Pressure at collapse of about 100 to 150 kg / cm, and has coated and in experimental loops, a hydrogen permeability of about 100 GPU and a methane permeability of about 3.3 GPU.

Beispiel 4Example 4

Das Verfahren von Beispiel 2 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Eine entgaste Polymerlösung von 36 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und 64 Gewichtsprozent einer Mischung von 87 Gewichtsteilen 1-Formylpiperidin und 13 Gewichtsteilen Formamid wird bei einer Temperatur von etwa 52°C durch eine Spinndüse mit einem Außendurchmesser von 457 Mikron, einem Innendurchmesser von .127 Mikron und einem Einspritzkapillar-Durchmesser von 76 Mikron bei einer Rate von 5 cm /Minute versponnen. Die Spinndüse ist 10,2 cm von dem Flüssigkeitsspiegel in dem Koagulationsbad entfernt angeordnet. Die Spinngeschwindigkeit beträgt etwa 30,5 m/Minute. Das Koagulationsbad und das erste Godetbad haben eine Temperatur von etwa 3°C?J und dasThe procedure of Example 2 is essentially repeated, but with the following exceptions. A degassed polymer solution of 36 weight percent polysulfone P-35OO and 64 weight percent of a mixture of 87 weight parts of 1-formylpiperidine and 13 weight parts of formamide is passed through a spinneret having an outside diameter of 457 microns, an inside diameter of .127 microns, at a temperature of about 52 ° C and a 76 micron injection capillary diameter at a rate of 5 cm / minute. The spinneret is located 10.2 cm from the liquid level in the coagulation bath. The spinning speed is about 30.5 m / minute. The coagulation bath and the first Godet bath have a temperature of about 3 ° C ? J and that

219976219976

zweite und dritte Godetbad befinden sich bei etwa Raumtemperatur. Die Verweilzeit in jedem der drei Godetbäder beträgt etwa 56,9 Sekunden. Die Hohlfaser wird in Wasser in einer Lagerungsbütte für Zeiträume von 1, 2 und 24 Tagen, anstelle von 7 Tagen, gelagert und Proben der Hohlfasern auf ihre Wasserstoff- und Methan-Permeabilitäten, ihre Drucke beim Zusammenbrechen, und den Lösungsmittelgehalt nach jeder der Lagerperioden, untersucht. Die Wasserstoff- und Methan-Permeabilitäten einer Versuchsschleife, welche die Probe der unbeschichteten Hohlfaser enthält, werden für die 1 Tag gelagerte Hohlfaser unter Anwendung eines mantelseitigen Druckes von etwa 7,8 Atmosphären absolut und eines Hohlfaserseelen-Druckes von etwa 4,4 Atmosphären absolut und für die beschichteten Hohlfasern, die 1, und 24 Tage lang gelagert worden waren, unter Verwendung eines mantelseitigen Druckes von etwa 70 Atmosphären absolut, und eines Hohlfaserseelen-Druckes von etwa 1 Atmosphäre absolut bestimmt. Die Hohlfaser hat, wenn sie trocken ist, einen Außendurchmesser von 456 Mikron und einen Innendurchmesser von 188 Mikron. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III niedergelegt.second and third godet baths are at about room temperature. The residence time in each of the three Godet baths is about 56.9 seconds. The hollow fiber is stored in water in a storage chest for periods of 1, 2 and 24 days, rather than 7 days, and samples of the hollow fibers for their hydrogen and methane permeabilities, their collapse pressures, and solvent content after each of the storage periods. examined. The hydrogen and methane permeabilities of a test loop containing the sample of uncoated hollow fiber are determined for the 1 day hollow fiber using a shell side pressure of about 7.8 atmospheres absolute and a hollow fiber core pressure of about 4.4 atmospheres absolute and for the coated hollow fibers that had been stored for 1 and 24 days using a shell side pressure of about 70 atmospheres absolute, and a hollow fiber soul pressure of about 1 atmosphere absolute. The hollow fiber, when dry, has an outer diameter of 456 microns and an inner diameter of 188 microns. The results are set forth in Table III below.

Tabelle IIITable III

Tage in der Lagerbüttes 1 2 24Days in Lagerbüttes 1 2 24

Unbeschichtet, H^-Permeabi-Uncoated, H ^ -permeabi-

lität (GPU) ....Τ ....... 457quality (GPU) .... Τ ....... 457

Unbeschichtet, CH.-Permeabllität (GPU) 167  Uncoated, CH Permeablity (GPU) 167

Beschichtet, H^-Permeabi-Coated, H ^ -Permeabi-

lität (GPU) 93 102 114quality (GPU) 93 102 114

Beschichtet, CH.-Permeabilität (GPU) .... 2,8 3,3 1,9Coated, CH. Permeability (GPU) .... 2.8 3.3 1.9

Druck beim ZusammenbrechenPressure on collapse

(kg/cm2) 140 140 170(kg / cm 2 ) 140 140 170

1-Formylpiperidin in Faser1-Formylpiperidine in fiber

(Gewichtsprozent) 2,25 1,46 0,95(Weight percent) 2.25 1.46 0.95

Bei s ρ i e 1 5At s ρ ie 1 5

Das Verfahren von Beispiel 4 wird im wesentlichen wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Spinngeschwindigkeit etwa-45,7 m/Minute und die Verweilzeit in jedem der Godetbäder etwa 38 Sekunden beträgt. Bei einem Versuch wurde ein Kamin zwischen der Spinndüse und dem Flüssigkeitsspiegel in dem Koagulationsbad derart angeordnet,, daß eine gesättigte Atmosphäre innerhalb des Kamins vorhanden war. Die Spinndüse war 10,2 cm von dem Flüssigkeitsspiegel in dem Koagulations bad entfernt. Ein anderer Versuch wurde im wesentlichen in identischer Weise durchgeführt, mit der Ausnahme, daß keinThe procedure of Example 4 is essentially repeated, except that the spinning speed is about -45.7 m / minute and the residence time in each of the Godet baths is about 38 seconds. In one experiment, a chimney was placed between the spinneret and the liquid level in the coagulation bath so that there was a saturated atmosphere inside the chimney. The spinneret was 10.2 cm away from the liquid level in the coagulation bath. Another attempt was conducted in substantially identical fashion, except that no

- -tie -' - -tie - '

Kamin verwendet wurde und die Spinndüse 5,1 cm oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Koagulationsbad angeordnet war. Hohlfaser-Proben wurden zu Versuchsschleifen geformt, beschichtet und die Wasserstoff- und Methan-Permeabilitäten nach 7tägiger Lagerung in Wasser bestimmt. Die Ergebnisse waren die folgenden:Fireplace was used and the spinneret was located 5.1 cm above the liquid level in the coagulation bath. Hollow fiber samples were formed into experimental loops, coated and the hydrogen and methane permeabilities determined after 7 days storage in water. The results were the following:

Kaminfireplace

Kein KaminNo fireplace

H2-Permeabilität (GPU) CH4-Permeabilität (GPU) Außendurchmesser (Mikron) Innendurchmesser (Mikron)H 2 Permeability (GPU) CH 4 Permeability (GPU) Outside Diameter (Micron) Inside Diameter (Micron)

129129 123123 1,51.5 1,31.3 370370 364364 171171 165165

Beispiel 6Example 6

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Eine entgaste Polymerlösung, bestehend aus 38 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und 62 Gewichtsprozent flüssigen Träger von 87 Gewichtsteilen 1-Formylpiperidin und 13 Gewichtsteilen Formamid wird bei etwa 700C durch eine Spinndüse mit einem Außendurchmesser von 635 Mikron, einem Innendurchmesser von 228 Mikron und einem Einspritzkapillare-Durchmesser von 152 Mikron beiThe procedure of Example 2 was substantially repeated, but with the following exceptions. A degassed polymer solution consisting of 38 weight percent polysulfone P-35OO and 62 weight percent liquid carrier of 87 weight parts of 1-formylpiperidine and 13 weight parts of formamide is passed through a spinneret having an outside diameter of 635 microns, an inside diameter of 228 microns, and at about 70 ° C Injection capillary diameter of 152 microns at

einer Rate von 6 cm /Minute versponnen. Die Spinndüse ist etwa 2,5 cm oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Koagulationsbad angeordnet, und die Spinngeschwindigkeit beträgt etwa 30,5 m/Minute« Das Koaguiationsbad und das erste Godetbad haben eine Temperatur von etwa 3°C, und die zweiten und dritten Godetbäder eine Temperatur von etwa Raumtemperatur. Die Verweilzeiten der Hohlfaser in jedem der drei Godetbäder betragen etwa 56,9 Sekunden. Das Koagulationsbad enthält 7,5 Gewichtsprozent Essigsäure. Die getrockneten Hohlfasern haben einen Außendurchmesser von 444 Mikron und einen Innendurchmesser von 171 Mikron, Die Hohlfaser zeigt einen Druck beim Zusammenbrechen von etwa 180 kg/cm . Proben der Hohlfaser wurden zu Versuchsschleifen verarbeitet und die Wasserstoff- und Methan-Permeabilitäten sowohl vor und nach dem Beschichten bestimmt (die unbeschichteten Permeabilitäten wurden bei einem Manteldruck von etwa 7,8 Atmosphären absolut und einem Druck in der Hohlfaserseele von etwa 1 Atmosphäre absolut bestimmt). Die Ergebnisse, ßind folgende:spun at a rate of 6 cm / minute. The spinneret is placed about 2.5 cm above the liquid level in the coagulation bath, and the spinning speed is about 30.5 m / minute. The coagulation bath and the first Godet bath have a temperature of about 3 ° C, and the second and third Godet baths a Temperature of about room temperature. The residence times of the hollow fiber in each of the three Godet baths are about 56.9 seconds. The coagulation bath contains 7.5% by weight of acetic acid. The dried hollow fibers have an outside diameter of 444 microns and an inside diameter of 171 microns. The hollow fiber shows a collapse pressure of about 180 kg / cm. Samples of the hollow fiber were processed into experimental loops and the hydrogen and methane permeabilities were determined both before and after coating (the uncoated permeabilities were determined absolutely at a shell pressure of about 7.8 atmospheres absolute and a pressure in the hollow fiber core of about 1 atmosphere absolute). , The results are as follows:

Unbeschichtet BeschichtetUncoated Coated

^-Permeabilität (GPU) CH4-Permeabilität (GPU)^ Permeability (GPU) CH 4 Permeability (GPU)

409 107409 107

136 2,1136 2.1

Beispiel 7Example 7

. Das Verfahren von Beispiel 6 wird im wesentlichen wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Spinndüse einen Außendurchmesser von 483 Mikron, einen Innendurchmesser von 152 Mikron und einen Einspritzkapillare-Durchmesser von 76 Mikron aufweist und die Hohlfasern in einer Bütte unter verschiedenen Bedingungen, wie sie in der nachfolgenden Tabelle IV angegeben worden sind, gelagert werden., The procedure of Example 6 is essentially repeated except that the spinneret has a 483 micron OD, a 152 micron ID, and a 76 micron injection capillary diameter, and the hollow fibers in a vat under various conditions as described in US Pat the following Table IV are stored.

Beispiel 8Example 8

Das Verfahren von Beispiel 2 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Die Polymerlösung enthält 32 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und 68 Gewichtsprozent eines flüssigen Trägers mit 85 Gewichtsteilen 1-Forny!piperidin und 15 Gewichtsteilen Äthyienglykol, und wird bei etwa 70°C durch eine Spinndüse mit einem Außendurchmeseer von 635 Mikron, einem Innendurchmesser von 229 Mikron, und einem Einspritzkapillare-Durchmesser von 152 Mikron mit einer Rate von 7,2 cm /Minute versponnen. Die Spinngeschwindigkeit beträgt etwa 42,7 m/Minute. Die Spinndüse ist etwa 10,2 cm von dem Flüssigkeitsspiegel in dem Koagulationsbad entfernt angeordnet. Das Koagulationsbad und das erste Godetbad haben eine Temperatur von etwa 3°C, und das zweite und dritte Godetbad haben eine Temperatur von etwa Raumtemperatur. Die Verweilzeit der Hohlfaser in jedem derThe procedure of Example 2 is essentially repeated, but with the following exceptions. The polymer solution contains 32 weight percent polysulfone P-35oo and 68 weight percent of a liquid carrier with 85 parts by weight of 1-For ny! Piperidine and 15 parts by weight Äthyienglykol, and is at about 70 ° C through a spinneret with a Außendurchmeseer of 635 microns, an inside diameter of 229 Micron, and a 152 μm injection capillary diameter spun at a rate of 7.2 cm / minute. The spinning speed is about 42.7 m / minute. The spinneret is located about 10.2 cm from the liquid level in the coagulation bath. The coagulation bath and the first Godet bath have a temperature of about 3 ° C, and the second and third Godet baths have a temperature of about room temperature. The residence time of the hollow fiber in each of the

Tabelletable

IVIV

Tage der Lagerung in BütteDays of storage in Bütte

Gelagert in WasserStored in water

Gelagert in Wasser: Isopropanol 5:5 (gewichtsmäßig)Stored in water: isopropanol 5: 5 (by weight)

ruck beim -Zusammenbrechen, kg/cm2 jerk when collapsing, kg / cm 2

ruck beim Zusammenbrechen, kg/cm''jerk at collapse, kg / cm ''

sw.-% 1-Formylpiperidin in Fasersw. -% 1-Formylpiperidine in fiber

2w„-% 1-Formy!piperidin in Faser2w "-% 1-Formyl piperidine in fiber

ußendurchmesser, Mikron iriendurchmesser, MikronOuter diameter, micron diameter, micron

H2CH4H 2CH 4

CH. CH .

175175

2828 175175 759759 0,850.85 UnbeschichtetUncoated 77 2,452.45 262262 0,350.35 23302330 2828 1,931.93 854854 427427 10601060 .-.- 439439 321321 125125 -- TT 131131 Permeabilitäten, (GPU)Permeabilities, (GPU) -- Beschichtetcoated 243243 77 9,279.27 77 108108 2828 2424 2828 Permeabilitäten, (GPU)Permeabilities, (GPU) Beschichtet UnbeschichtetCoated Uncoated 205205 5,75.7 140140 3,13.1

-" 2 19976- "2 19976

drei Godetbäder beträgt etwa 40,6 Sekunden. Der Außendurchmesser der Hohlfaser ist etwa 456 Mikron und der Innendurchmesser etwa 205 Mikron. Die Wasserstoff-Permeabilität der beschichteten Hohlfaser beträgt etwa 64 GPU und die Kohlenmonoxid-Permeabilität etwa 0,65 GPU,three godet baths is about 40.6 seconds. The outside diameter of the hollow fiber is about 456 microns and the inside diameter is about 205 microns. The hydrogen permeability of the coated hollow fiber is about 64 GPU and the carbon monoxide permeability is about 0.65 GPU,

Beispiel 9Example 9

Das Verfahren von Beispiel 2 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit den folgenden Ausnahmen. Die Polymerlösung enthält 32 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und 68 Gewichtsprozent flüssigen Träger mit 90 Gewichtsteilen 1-Formylpiperidin, 5 Gewichtsteilen Äthylenglykol und 5 Gewichtsteilen Wasser. Die Polymerlösung wird bei 65° bis 70°C durch eine Spinndüse versponnen, die einen Außendurchmesser von 508 Mikron, einen Innendurchmesser von 152 Mikron und einen Einspritzkapillare-Durchmesser von 102 Mikron aufweist. Die Spinngeschwindigkeit beträgt 43,5 m/Minute. Die Spinndüse ist etwa 17 cm von dem Flüssigkeitsspiegel in dem Koagulationsbad entfernt angeordnet. Das Koagulationsbad und das erste Godetbad haben eine Temperatur von etwa 5°C, und das zweite und dritte Godetbad jeweils eine Temperatur von etwa Raumtemperatur. Die Verweilzeit der Hohlfaser in jedem der drei Godetbäder beträgt etwa 38 Sekunden. Der Außendurchmesser der Hohlfaser ist etwa 450 Mikron und der Innendurchmesser etwa 236 Mikron. Die Wasserstoff-PermeabilitätThe procedure of Example 2 is essentially repeated, but with the following exceptions. The polymer solution contains 32 weight percent polysulfone P-35OO and 68 weight percent liquid carrier with 90 weight parts of 1-formylpiperidine, 5 weight parts of ethylene glycol and 5 weight parts of water. The polymer solution is spun at 65 ° to 70 ° C through a spinneret having an outer diameter of 508 microns, an inner diameter of 152 microns and an injection capillary diameter of 102 microns. The spinning speed is 43.5 m / minute. The spinneret is located about 17 cm from the liquid level in the coagulation bath. The coagulation bath and the first Godet bath have a temperature of about 5 ° C, and the second and third Godet bath each have a temperature of about room temperature. The residence time of the hollow fiber in each of the three godet baths is about 38 seconds. The outside diameter of the hollow fiber is about 450 microns and the inside diameter about 236 microns. The hydrogen permeability

der beschichteten Hohlfaser beträgt etwa 100 GPU, und die Kohlenmonoxid-Permeabilität etwa 2,3 GPU. Die Permeabilitäten wurden unter Verwendung einer Gasmischung von etwa 25 Molprozent Wasserstoff und 75 Molprozent Kohlenmonoxid unter Verwendung eines mantelseitigen Drucks von etwa 150 cm Quecksilber absolut und Laboratoriumsvakuum in der Hohlfaserseele der Hohlfaser bestimmt.the coated hollow fiber is about 100 GPU, and the carbon monoxide permeability is about 2.3 GPU. The permeabilities were determined using a gas mixture of about 25 mole percent hydrogen and 75 mole percent carbon monoxide using a shell side pressure of about 150 centimeters of mercury absolute and laboratory vacuum in the hollow fiber core of the hollow fiber.

Beispiel 10Example 10

Das Verfahren von Beispiel 2 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit den folgenden Ausnahmen. Die Polymerlösung wird aus 32 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und 68 Gewichtsprozent flüssigem Träger mit 80 Gewichtsteilen 1-Formy!piperidin, 10 Gewichtsteilen Äthylenglykol und 10 Gewichtsteilen Aceton hergestellt. Die Konzentration des Acetons wird nach dem Entgasen nicht bestimmt. Die Polymerlösung wird bei etwa 80°C durch eine Spinndüse mit einem Aussendurchmesser von 635 Mikron, einem Innendurchmesser von 228 Mikron und einem Einspritzkapillare-Durchmesser von 152 Mikron versponnen. Die Spinngeschwindigkeit beträgt 26,2 m/ Minute. Die Spinndüse ist etwa 20,3 cm von dem Flüssigkeitsspiegel in dem Koagulationsbad entfernt angeordnet. Das Koagulationsbad und das erste Godetbad haben eine Temperatur von etwa O0C, und das zweite und dritte Godetbad jeweils eine Temperatur von etwa 14°C. Die Verweilzeit der HohlfaserThe procedure of Example 2 is essentially repeated, but with the following exceptions. The polymer solution is prepared from 32 weight percent polysulfone P-35OO and 68 weight percent liquid carrier with 80 weight parts of 1-formylpiperidine, 10 weight parts of ethylene glycol and 10 weight parts of acetone. The concentration of acetone is not determined after degassing. The polymer solution is spun at about 80 ° C through a spinneret having an outside diameter of 635 microns, an inside diameter of 228 microns and an injection capillary diameter of 152 microns. The spinning speed is 26.2 m / minute. The spinneret is located about 20.3 cm from the liquid level in the coagulation bath. The coagulation bath and the first Godet bath have a temperature of about 0 ° C., and the second and third Godet baths each have a temperature of about 14 ° C. The residence time of the hollow fiber

. 21997η, 21997η

in jedem der drei Godetbäder beträgt etwa 66 Sekunden. Die Hohlfaserseele der Hohlfaser ist exzentrisch und der Außendurchmesser der Hohlfaser (naß) ist etwa 342 Mikron, und der Innendurchmesser etwa 165 Mikron. Die Wasserstoff-Permeabilität der unbeschichteten Hohlfaser beträgt etwa 225 GPU, und nach dem Beschichten etwa 82 GPU, und die Methan-Permeabilität der unbeschichteten Hohlfaser etwa 50 GPU, und nach dem Beschichten etwa 1,6 GPU.in each of the three godet baths is about 66 seconds. The hollow fiber core of the hollow fiber is eccentric and the outer diameter of the hollow fiber (wet) is about 342 microns, and the inner diameter about 165 microns. The hydrogen permeability of the uncoated hollow fiber is about 225 GPU, and after coating about 82 GPU, and the methane permeability of the uncoated hollow fiber about 50 GPU, and after coating about 1.6 GPU.

Beispiel 11Example 11

Das Verfahren von Beispiel 2 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Die Polymerlösung enthält 40 Gewichtsprozent Polysulfon P-1700 (ein Polysulfon mit niedrigerem Molekulargewicht, jedoch sonst ähnlich dem Polysulfon P-35OO; verfügbar über die Firma Union Carbide Company) und 60 Gewichtsprozent eines flüssigen Trägers mit 87 Gewichtsteilen 1-Formylpiperidin und 13 Gewichtsteilen Formamid. Die Polymerlösung wird bei etwa 70°C durch eine Spinndüse mit einem Außendurchmesser von 635 Mikron, einem Innendurchmesser von 229 Mikron und einem Einspritzkapillare-Durchmesser von 152 Mikron bei 9 cm /Minute versponnen. Die Spinndüse ist etwa 7,6 cm von dem Flüssigkeitsspiegel in dem Koagulationsbad entfernt angeordnet. Die Spinngeschwindigkeit beträgt etwa 30,5 m/Minute. Das Koagulationsbad und das erste Godetbad haben eine Temperatur von etwaThe procedure of Example 2 is essentially repeated, but with the following exceptions. The polymer solution contains 40 weight percent polysulfone P-1700 (a lower molecular weight polysulfone, but otherwise similar to polysulfone P-35OO available from Union Carbide Company) and 60 weight percent of a liquid carrier containing 87 weight parts of 1-formylpiperidine and 13 weight parts of formamide. The polymer solution is spun at about 70 ° C through a spinneret having an outside diameter of 635 microns, an inside diameter of 229 microns and an injection capillary diameter of 152 microns at 9 cm / minute. The spinnerette is located about 7.6 cm from the liquid level in the coagulation bath. The spinning speed is about 30.5 m / minute. The coagulation bath and the first Godet bath have a temperature of about

4°C, und das zweite und dritte Godetbad jeweils eine Temperatur von etwa Raumtemperatur, Die Verweilzeit der Hohlfaser in jedem der drei Godetbäder beträgt etwa 56,S Sekunden. Der Außendurchmesser der Hohlfaser ist etwa 4.39 MikronThe residence time of the hollow fiber in each of the three Godet baths is about 56, s seconds. The outside diameter of the hollow fiber is about 4.39 microns

und der Innendurchmesser etwa 154 Mikron. Die Hohlfaserand the inner diameter about 154 microns. The hollow fiber

weist einen Druck beim Zusammenbrechen von etwa 175 kg/cm auf. Proben der Hohlfasern wurden in Wasser während T, oder 22 oder 23 Tagen gelagert, getrocknet und zu Versuchsschleifen angeordnet. Die Versuchsschleifen wurden in mehreren Weisen behandelt. Manche Testschleifen wurden mit Isopentan vor dem Beschichten gespült. Bei diesem Verfahren wurden die Hohlfaserseelen der Hohlfasern einem Vakuum für .etwa 10 Minuten unterworfen, bei Raumtemperatur (etwa 22 bis 25°C) für einen Zeitraum von 10 Minuten in Isopentan eingetaucht, wobei das Vakuum auf der Seite der Hohlfaserseele der Hohlfasern aufrechterhalten wurde, und anschliessend aus dem Isopentan entfernt und das Vakuum während eines Zeitraums von weiteren 10 Minuten aufrechterhalten. Die Versuchsschleifen (beschichtet und unbeschichtet) wurden auch in einem geschlossenen Behälter mit gasförmigem Ammoniak bei Raumtemperatur und einem Druck von etwa 18 kg/cm aufgehängt. Sowohl die beschichteten, als auch die unbeschichteten Hohlfasern wurden dieser Ammoniak-Behandlung unterworfen. Die Permeabilitäten der Hohlfaser für Wasserstoff und Methan wurden unter Verwendung verschiedener man-has a collapse pressure of about 175 kg / cm. Samples of the hollow fibers were stored in water for T, or 22 or 23 days, dried and placed in trial loops. The trial loops were treated in several ways. Some test loops were rinsed with isopentane before coating. In this process, the hollow fiber cores of the hollow fibers were subjected to vacuum for about 10 minutes, immersed in isopentane at room temperature (about 22 to 25 ° C) for a period of 10 minutes, maintaining the vacuum on the side of the hollow fiber core of the hollow fibers, and then removed from the isopentane and maintaining the vacuum for a further 10 minutes. The test loops (coated and uncoated) were also suspended in a closed container with gaseous ammonia at room temperature and a pressure of about 18 kg / cm. Both the coated and uncoated hollow fibers were subjected to this ammonia treatment. The permeabilities of the hollow fiber for hydrogen and methane were measured using various man-

11?11?

telseitiger Drucke bestimmt. Der Druck auf der Seite der • Hohlfaserseele beträgt etwa 1 Atmosphäre absolut. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle V. niedergelegt.telseitiger prints determined. The pressure on the side of the hollow fiber core is about 1 atmosphere absolute. The results are set forth in Table V. below.

Beispiel 12Example 12

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Die Pctymerlösung enthält 34 Gewichtsprozent Polysulfon P-35OO und 66 Gewichtsprozent eines flüssigen Trägers, bestehend aus einer Mischung von 42,4 g im wesentlichen wasserfreiem Lithiumchlorid pro 1000 ml einer Lösung mit 1-Formylpiperidin. Die Polymerlösung wird bei etwa 70° bis 80°C durch eine Spinndüse mit einem Außendurchmesser von 635 Mikron, einem Innendurchmesser von 228 Mikron und einem Einspritzkapillare-Durchmesser von 152 Mikron versponnen. Die Spinndüse ist 3,5 cm oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Koagulationsbad entfernt angeordnet. Die Spinngeschwindigkeit beträgt etwa 20 m/Minute. Das Koagulationsbad hat eine Temperatur von 5 C, das erste Godetbad von 5°C und das zweite und dritte Godetbad jeweils Temperaturen von etwa Raumtemperatur. Die Verweilzeit in jedem der drei Godetbäder beträgt etwa 86 Sekunden. Der Außendurchmesser der Hohlfaser ist etwa 685 Mikron und der Innendurchmesser etwa 380 Mikron. Die Permeabilitäten wurden unter Verwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens bestimmt. Die beschichtete Was-The procedure of Example 2 was substantially repeated, but with the following exceptions. The polymer solution contains 34% by weight of polysulfone P-35OO and 66% by weight of a liquid carrier consisting of a mixture of 42.4 g of substantially anhydrous lithium chloride per 1000 ml of a solution of 1-formylpiperidine. The polymer solution is spun at about 70 ° to 80 ° C through a spinneret having an outer diameter of 635 microns, an inner diameter of 228 microns, and an injection capillary diameter of 152 microns. The spinneret is located 3.5 cm above the liquid level in the coagulation bath. The spinning speed is about 20 m / minute. The coagulation bath has a temperature of 5 C, the first Godet bath of 5 ° C and the second and third Godet bath each temperatures of about room temperature. The residence time in each of the three Godet baths is about 86 seconds. The outside diameter of the hollow fiber is about 685 microns and the inside diameter is about 380 microns. The permeabilities were determined using the method described in Example 9. The coated water

Tabelletable

Artmoniak- Behandlung (Tage)Artmoniac treatment (days) Lagerzeit - in Bütte (Tage)Storage time - in Bütte (days) UnbeschichtetUncoated Isopentan- SpülungIsopentane rinse Beschichtetcoated -- Beschichtet nach Iscpentan- SpülungCoated after Iscpentan rinse - Beschichtet nach Iscpentan- Spülung Permeabilität, (GPU) bei 68 atCoated after Iscpentane Flush Permeability (GPU) at 68 at > > 00 77 Permeabilität, (GPU) bei 7,8. at*Permeability (GPU) at 7.8. at* Permeabilität, (GPU) bei 7,8 atPermeability, (GPU) at 7.8 at Permeabilität, (GPU) bei 7,8 at 68 atPermeability, (GPU) at 7.8 at 68 at -- Permeabilität, (GPU) bei 7,8 at 68 atPermeability, (GPU) at 7.8 at 68 at 1 Tag 3 Tage Arrrnoniak- Arrrocsiiak- Bhdlg. Shdlg.1 day 3 days Arrrnoniak- Arrrocsiiak- Bhdlg. Shdlg. 00 77 626626 270270 -- 143143 178178 H2 H 2 0 '0 ' 2222 213213 2323 -- 2,42.4 3,53.5 _ __ _ CH4 CH 4 00 2222 380380 193193 193193 161 140161 140 _ __ _ H2 . H 2. 00 2323 9494 1919 4,04.0 - .-. 2,2 2,32,2 2,3 -- CH4 CH 4 00 2323 518518 246246 -- 2929 131 127131 127 68 6268 62 H2 H 2 * . 3*. 3 2323 143143 4040 -- 0,20.2 2,6 1,92.6 1.9 l»0 1,3l »0 1,3 CH4 CH 4 33 2323 3939 3434 3030 -  - _ . -_. - H2 H 2 0,180.18 1,91.9 0,260.26 — —- - CH4 CH 4

Alle Drucke sind Absolutdrucke an der AußenoberflächeAll prints are absolute pressures on the outer surface

219976219976

serstoff-Permeabilität beträgt etwa 80 GPU, und die beschichtete Kohlenmonoxid-Permeabilität etwa 2,9 GPU. Die Hohlfaser hat eine feine, kugelartige Struktur, wie dies aus Raster-Elektronenmikroskop-Photographien zu ersehen.The hydrogen permeability is about 80 GPU and the coated carbon monoxide permeability is about 2.9 GPU. The hollow fiber has a fine, spherical structure as seen in scanning electron microscope photographs.

ist, und besitzt nach BET-Analyse eine innere Oberflächeis, and has an inner surface according to BET analysis

von etwa 75 m /g.of about 75 m / g.

Beispiel 13Example 13

Das Verfahren.von Beispiel 2 wurde im wesentlichen wieder- . holt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Die entgaste Polymerlösung enthielt 32 Gewichtsprozent Poly(phenylenäther)-sulfon, das von der Firma ICI, Ltd., Großbritannien, auf den Markt gebracht wird, und 68 Gewichtsprozent eines flüssigen Trägers, der aus 90 Gewichtsprozent 1-Formy!piperidin und 10 Gewichtsprozent Formamid besteht. Die Spinndüse hatte einen Außendurchmesser von 533 Mikron, einen Innendurchmesser von 203 Mikron und einen Einspritzkapillare-Durchmesser von 134 Mikron. Die Rate der Polymerlösung durch die Spinndüse betrug etwa 7,1 cm /Minute und die Aufwickelgeschwindigkeit etwa 42,4 m/Minute. Die Temperatur des Koagulationsbades und des ersten Waschbades betrugen etwa 1° bis 2°C, und die Temperaturen des zweiten und dritten Waschbades jeweils etwa 19°C. Die annähernde Temperatur der Polymerlösung variierte von etwa 40° bis 55°C, und die Hohlfaser hatte vor dem Trocknen einen Außendurchmesser von etwa 435 Mi-The procedure of Example 2 was essentially repeated. brings, but with the following exceptions. The degassed polymer solution contained 32% by weight of poly (phenylene ether) sulfone marketed by ICI, Ltd., United Kingdom, and 68% by weight of a liquid carrier consisting of 90% by weight of 1-formylpiperidine and 10% by weight of formamide consists. The spinneret had an outside diameter of 533 microns, an inside diameter of 203 microns and an injection capillary diameter of 134 microns. The rate of polymer solution through the spinneret was about 7.1 cm / minute and the take up speed about 42.4 m / minute. The temperature of the coagulation bath and the first wash bath was about 1 ° to 2 ° C, and the temperatures of the second and third wash baths each about 19 ° C. The approximate temperature of the polymer solution varied from about 40 ° to 55 ° C and the hollow fiber had an outer diameter of about 435 μm before drying.

krön und einen Innendurchmesser von etwa 150 Mikron; jedoch hatte eine Probe eine Hohlfaserseele von ovaler Gestalt. Das beobachtete Verhalten der Hohlfaser-Membranen wird in der nachfolgenden Tabelle VI wiedergegeben.crown and an inner diameter of about 150 microns; however, a sample had a hollow fiber core of oval shape. The observed behavior of the hollow fiber membranes is shown in Table VI below.

Tabelle VITable VI

UngefähreApproximate Permeabilitäten (GPU*)Permeabilities (GPU *) 120 140 50120 140 50 Beschichtet (68) .Coated (68). CH4 CH 4 opxnnjLO^ sungsternp.opxnnjLO ^ sungsternp. ünbeschichtet (7,8)uncoated (7,8) «2"2 1,3 1,0 0,31.3 1.0 0.3 Vers. Nr.Verse no. (°C) (° C) * · H2 H 2 41 47 3541 47 35 55 50 4055 50 40 325 400 • 170325 400 • 170 1 2 31 2 3

* Alle Permeabilitäten wurden mit einem Druck in der Hohlfaserseele von etwa 1 Atmosphäre absolut durchgeführt. Die mantelseitigen Drucke sind in Atmosphären absolut in Klammern angegeben. · * All permeabilities were performed at a pressure in the hollow fiber core of about 1 atmosphere absolute. The shell-side prints are given absolutely in brackets in atmospheres. ·

Beispiel 14Example 14

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Die entgaste Polymerlösung enthält 32 Gewichtsprozent Polysulfon (P-35OO) und 68 Gewichtsprozent eines flüssigen Trägers, der aus etwa Gewichtsprozent 1-Acetylpiperidin und 10 Gewichtsprozent Formamid besteht. Die Spinndüse hat einen AußendurchmesserThe procedure of Example 2 was substantially repeated, but with the following exceptions. The degassed polymer solution contains 32 weight percent polysulfone (P-35OO) and 68 weight percent of a liquid carrier consisting of about 1 weight percent acetylpiperidine and 10 weight percent formamide. The spinneret has an outer diameter

- ί»- 2 1997- ί »- 2 1997

von 584 Mikron, einen Innendurchmesser von 178 Mikron und einen Einspritzkapillare-Durchmesser von 101 Mikron. Die Spinndüse ist etwa 5 cm oberhalb des Spiegels des flüssigen Koaguliermittels ,angeordnet und auf einer Temperatur von etwa 57°C gehalten. Die Aufwickelgeschwindigkeit beträgt etwa 42,4 m/Minute..Das Koagulationsbad und das erste Waschbad haben Temperaturen von jeweils etwa 2°C, und das zweite und dritte Waschbad haben beide Temperaturen von etwa 16 C. Weitere Einzelheiten sind der nachfolgenden Tabelle VII zu entnehmen.of 584 microns, an inner diameter of 178 microns and an injection capillary diameter of 101 microns. The spinneret is located about 5 cm above the level of the liquid coagulant and maintained at a temperature of about 57 ° C. The coagulation bath and the first wash bath each have temperatures of about 2 ° C, and the second and third wash baths both have temperatures of about 16 C. Further details are given in Table VII below ,

Beispiel 15Example 15

Eine Hohlfaser wird gemäß dem Verfahren hergestellt, wie es im wesentlichen dem Versuch Nr. 533-1 des Beispiels 2 entspricht, mit der Ausnahme, daß die Hohlfaser über 7 Tage lang in Wasser gelagert wurde. Proben der Hohlfaser wurden in einer temperatur- und feuchtigkeitsgeregelten Atmosphäre (Luft) unter verschiedenen Bedingungen getrocknet und anschließend zu Versuchsschleifen verarbeitet. Die Wasserstoff- und Methan-Permeabilitäten von beschichteten und unbeschichteten Hohlfasern wurden bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle VIII angegeben.A hollow fiber is prepared according to the method substantially similar to Experiment No. 533-1 of Example 2, except that the hollow fiber was stored in water for 7 days. Samples of the hollow fiber were dried in a temperature- and humidity-controlled atmosphere (air) under various conditions and then processed into experimental loops. The hydrogen and methane permeabilities of coated and uncoated hollow fibers were determined. The results are given in Table VIII below.

Beispiel 16 Das Verfahren von Beispiel 1 wird im wesentlichen wiederholt, Example 16 The procedure of Example 1 is essentially repeated,

Tabelle VIITable VII

Versuch Spinnlösungsrate Nr. (ml/min)Experiment Dust Dissolution Rate No. (ml / min)

Wassereinspritzungwater injection

Rate (ml/min)Rate (ml / min)

Druck (itimHg)Pressure (itimHg)

Faserdimensionen*Fiber dimensions *

Permeabilitäten, (GPU) ** Beschichtet (68)Permeabilities (GPU) ** Coated (68)

CHCH

8,4 9,9 8,48.4 9.9 8.4

0,750.75

0,750.75

0,60.6

455/150 500/150 465/130455/150 500/150 465/130

7070 0,90.9 7373 0,70.7 5353 1,41.4

*. Vor dem Trocknen .*. Before drying.

**' Alle Permeabilitäten wurden mit einem innenseitigen Druck von etwa 1 at absolut bestimmt. Die Drucke an der Außenoberfläche sind in Klammern angegeben.** 'All permeabilities were determined with an inside pressure of about 1 at absolute. The prints on the outside surface are shown in parentheses.

Tabelletable

VIIIVIII

Permeabilitäten, (GPU) *Permeabilities, (GPU) *

Trocknungs temperatur <°C)Drying temperature <° C) Relative Feuchtigkeit (%)Relative humidity (%) Absolute Feuchtigkeit (g/ni3)Absolute humidity (g / ni 3 ) 1010 5050 4,74.7 1515 7777 ; 9,8  ; 9.8 2222 5050 9,89.8 2525 5050 11,511.5 3535 2525 9,89.8 4040 5050 2626 6060 5050 6565 8080 5050 147147

UnbeschichtetUncoated

Beschichtet ϊο CH, Coated ϊο CH,

739 (7,8) 205 (34) 4/7 (68)739 (7,8) 205 (34) 4/7 (68)

730 (7,8) 126 (68) 2,8 (68)730 (7.8) 126 (68) 2.8 (68)

795 (7,8) 163 (34) 4,1 (68)795 (7.8) 163 (34) 4.1 (68)

1128 (7,8) 413 (7,8) 160 (34) 4,0 (68)1128 (7.8) 413 (7.8) 160 (34) 4.0 (68)

• - 771 (7,8) 158 (34) 3,6 (68)• - 771 (7.8) 158 (34) 3.6 (68)

1343 (7,8) 496 (7,8) 138 (68) 2,7 (68)1343 (7.8) 496 (7.8) 138 (68) 2.7 (68)

603 (7,8) 193 (7,8) 94 (68) 1,1 (68)603 (7.8) 193 (7.8) 94 (68) 1.1 (68)

252 (7,8) 62 (7,8) 68 (68) 0,6 (68)252 (7.8) 62 (7.8) 68 (68) 0.6 (68)

Alle Permeabilitäten wurden mit einem innenseitigen Druck von etwa 1 at absolut bestimmt. Die Drucke an der Außenoberfläche sind in Klammern angegeben.All permeabilities were determined absolutely with an inside pressure of about 1 at. The prints on the outside surface are shown in parentheses.

jedoch mit folgenden Ausnahmen. Das Polysulfon wird etwa 2 Tage lang bei atmosphärischem Druck in einer trockenen Luftatmosphäre mit Zwangsumwälzung getrocknet. Die Entgasung der Polymerlösung wird bei atmosphärischem Druck unter einer Atmosphäre von trockener Luft durchgeführt.but with the following exceptions. The polysulfone is dried for about 2 days at atmospheric pressure in a dry air atmosphere with forced circulation. The degassing of the polymer solution is carried out at atmospheric pressure under an atmosphere of dry air.

Die Polymerlösung wird durch die Spinndüse bei etwa 8,1 cm / Minute und einer Aufwickelgeschwindigkeit von etwa 42,4 m/ Minute extrudiert. Der Außendurchmesser der nassen Hohlfaser beträgt etwa 450 Mikron und der Innendurchmesser etwa 155 Mikron. Wenn die Hohlfaser-Hanks zum Trocknen aufgehängt sind, bleiben die Hohlfasern zur Schleife verbunden, d.h. sie sind am Boden nicht offen. Die getrockneten Hohl-.faser-Membranen haben einen Außendurchmesser von etwa 400 Mikron und einen Innendurchmesser von etwa 140 Mikron.The polymer solution is extruded through the spinneret at about 8.1 cm / minute and a wind-up speed of about 42.4 m / minute. The outside diameter of the wet hollow fiber is about 450 microns and the inside diameter is about 155 microns. When the hollow fiber hanks are hung to dry, the hollow fibers remain connected to the loop, i. they are not open on the ground. The dried hollow fiber membranes have an outer diameter of about 400 microns and an inner diameter of about 140 microns.

Beispiel 17Example 17

Das Verfahren von Beispiel 12 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Die Polymerlösung enthält 34 Gewichtsprozent eines in Suspension polymerisierten Copolymeren von 33 Gewichtsprozent Acrylnitril und 67 Gewichtsprozent Styrol in 66 Gewichtsprozent eines flüssigen Trägers mit einem Gehalt von 75 Gewichtsprozent 1-Formylpiperidin und 25 Gewichtsprozent Formamid. Die Spinndüse ist etwa 0,6 cm oberhalb des Spiegels des flüssigen Koaguliermittels angebracht und die AufwickelgeschwindigkeitThe procedure of Example 12 is essentially repeated, but with the following exceptions. The polymer solution contains 34% by weight of a suspension polymerized copolymer of 33% by weight of acrylonitrile and 67% by weight of styrene in 66% by weight of a liquid carrier containing 75% by weight of 1-formylpiperidine and 25% by weight of formamide. The spinneret is mounted about 0.6 cm above the level of the liquid coagulant and the take-up speed

2 1997Λ2 1997Λ

beträgt etwa{L3 bis 14 m/Minute. Das Koagulationsbad und das erste Waschbad haben eine Temperatur von etwa 2° bis 3°C, und das zweite und dritte Waschbad jeweils eine Temperatur von etwa 17°C. Die Hohlfasern werden getrocknet und in Methanol oder Pentan eingetaucht und anschließend zur Erzielung von Dampf bei niedrigem Partialdruck exponiert. Die Hohlfaser-Membranen werden dann mit einer Lösung von etwa 3 Gewichtsprozent Sylgard in Pentan beschichtet. Die beschichtete Wasserstoff-Permeabilität beträgt etwa 20 bis 40 GPU, und der Trennfaktor für Viasserstoff über Kohlenmonoxid ist etwa 20 TdIs 40.is about {L3 to 14 m / minute. The coagulation bath and the first washing bath have a temperature of about 2 ° to 3 ° C, and the second and third washing bath each have a temperature of about 17 ° C. The hollow fibers are dried and dipped in methanol or pentane and then exposed to low partial pressure steam. The hollow fiber membranes are then coated with a solution of about 3 weight percent Sylgard in pentane. The coated hydrogen permeability is about 20 to 40 GPU and the separation factor for hydrogen over carbon monoxide is about 20 TdIs 40.

Beispiel 18Example 18

Das Verfahren von Beispiel 12 wird im wesentlichen wiederholt, jedoch mit folgenden Ausnahmen. Die Polymerlösung enthält 30 Gewichtsprozent eines methylbromierten Poly(phenylenoxids) (etwa 45 Molprozent bromiert) in 70 Gewichtsprozent 1-Formylpiperidin. Die Spinndüse ist etwa 2,6 cm oberhalb des Spiegels des flüssigen Koaguliermittels angeordnet, und die Aufwickelgeschwindigkeit beträgt etwa 13 bis 14 m/ Minute. Das Koagulationsbad und das erste Waschbad haben eine Temperatur von etwa 46° bis 48°C, und das zweite und dritte Waschbad jeweils Temperaturen von etwa 14°C. Sofern beschichtet, besitzen die Hohlfaser-Membranen eine Wasserstoff-Permeabilität von etwa 90 bis 100 GPU und einen Trennfaktor für Wasserstoff über Kohlenmonoxid von*etwa 13.The procedure of Example 12 is essentially repeated, but with the following exceptions. The polymer solution contains 30 weight percent of a methyl brominated poly (phenylene oxide) (about 45 mole percent brominated) in 70 weight percent 1-formylpiperidine. The spinnerette is located about 2.6 cm above the level of the liquid coagulant and the take up speed is about 13 to 14 m / minute. The coagulation bath and the first wash bath have a temperature of about 46 ° to 48 ° C, and the second and third wash baths each have temperatures of about 14 ° C. When coated, the hollow fiber membranes have a hydrogen permeability of about 90 to 100 GPU and a hydrogen separation factor over carbon monoxide of about 13.

Claims (34)

Erf.indungsanspruch He f. I ndungsanspruch 1. Verfahren zur Herstellung einer anisotropen Membran, bei welchem eine Polymerlösung eines membranbildenden Polymeren in einem, ein Lösungsmittel für das membranbildende Polymere enthaltenden flüssigen Träger in Form einer Vorstufe vorgesehen ist, und dann in einem flüssigen, Wasser enthaltenden Koaguliermittel koaguliert wird, gekennzeichnet dadurc h, daß der flüssige Träger ein N-acyliertes, heterocyclisches Lösungsmittel der nachfolgenden allgemeinen FormelA process for producing an anisotropic membrane in which a polymer solution of a membrane-forming polymer is provided in a liquid carrier containing a solvent for the membrane-forming polymer in the form of a precursor and then coagulated in a liquid coagulant containing water, characterized in that the liquid carrier is an N-acylated, heterocyclic solvent of the following general formula X N—C-RX N-C-R einschließt, in welcher X -CH2-, -N(R1)- oder -0-, R Wasserstoff, Methyl oder Äthyl, und R1 Wasserstoff oder Methyl sind. .wherein X is -CH 2 -, -N (R 1 ) - or -O-, R is hydrogen, methyl or ethyl, and R 1 is hydrogen or methyl. , 2. Verfahren nach Punkt 1 zur Herstellung einer anisotropen Hohlfaser-Membran, gekennzeichnet dadurch, daß man2. The method of item 1 for the preparation of an anisotropic hollow fiber membrane, characterized in that (a) die Polymerlösung durch eine ringförmige Spinndüse(a) the polymer solution through an annular spinneret unter Bildung einer Hohlfaser-Vorstufe extrudiert und die Polymerlösung während der Extrusion auf einer Temperatur hält, die ausreicht, um das Polymere im wesentlichen inextruding to form a hollow fiber precursor and maintaining the polymer solution at a temperature sufficient to substantially expose the polymer during extrusion Lösung zu halten,To keep the solution (b) eine Flüssigkeit in die Hohlfaserseele der Hohlfaser-Vorstufe, so wie sie aus der Spinndüse extrudiert wird, einspritzt, wobei die Einspritzflüssigkeit mit dem flüssigen Träger mischbar ist und mit einer Rate eingespritzt wird, die ausreicht, die Seele der Hohlfaser-Vorstufe offenzuhalten,(b) injecting a liquid into the hollow fiber precursor hollow fiber core as extruded from the spinneret, wherein the injection liquid is miscible with the liquid carrier and injected at a rate sufficient to keep the hollow fiber precursor core open . (c) die Außenseite der Hohlfaser-Vorstufe mit dem flüssigen Koaguliermittel, das im wesentlichen aus Wasser besteht und weniger als etwa 5 Gewichtsprozent des flüssigen Trägers enthält, in Kontakt bringt, wobei das flüssige Koagulierxnittei mit dem flüssigen Träger und der Einspritzflüssigkeit mischbar ist, und der Kontakt ausreicht, um das Polymere in der Hohlfaser-Vorstufe bei den Bedingungen des flüssigen Koaguliermittels unter Bildung einer Hohlfaser zu koagulieren, und(c) contacting the outside of the hollow fiber precursor with the liquid coagulant consisting essentially of water and containing less than about 5% by weight of the liquid carrier, the liquid coagulant being miscible with the liquid carrier and the injection liquid, and the contact is sufficient to coagulate the polymer in the hollow fiber precursor under the conditions of the liquid coagulant to form a hollow fiber, and (d) die Hohlfaser mit Nicht-Lösungsmittel für das Polymere zur Herabsetzung des Gehaltes an flüssigem Träger in der Hohlfaser auf weniger als etwa 5 Gewichtsprozent, .bezogen auf das Gewicht des Polymeren in der Hohlfaser, wäscht. '(d) washing the hollow fiber with non-solvent for the polymer to reduce the level of liquid carrier in the hollow fiber to less than about 5 weight percent, based on the weight of the polymer in the hollow fiber. ' 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das N-acylierte, heterocyclische Lösungsmittel zumindest eines der nachfolgend aufgeführten, nämlich3. The method according to item 1, characterized in that the N-acylated, heterocyclic solvent at least one of the listed below, namely ΛΧΧΛΧΧ 1-Formylpiperidin, X-Acety!piperidin, 1-Formylrnorpholin und 1-Acetylmorpholin, enthält.1-formylpiperidine, X-acetylpiperidine, 1-formylrnorpholine and 1-acetylmorpholine. 4. Verfahren nach einem der Funkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß bezüglich des Polymeren der flüssige Träger und das polymere System einen zweiten Virialkoef fizienten von bis zu etwa 15x10 Mol. cm*'/ g bei 25°C aufweist.4. The method according to any one of the functons 1 to 3, characterized in that with respect to the polymer, the liquid carrier and the polymeric system, a second Virialkoef factors of up to about 15x10 mol. Cm * '/ g at 25 ° C. 5. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der flüssige Träger eine Verdünnungswärme bei 25°C in dem flüssigen Koaguliermittel von mehr als etwa -3,5 Kilokalorien pro Mol aufweist. 5. A method according to any one of items 1 to 4, characterized in that the liquid carrier has a heat of dilution at 25 ° C in the liquid coagulant of more than about -3.5 kilocalories per mole. 6. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Polymere Polysulfon einschließt.6. The method according to any one of items 1 to 5, characterized in that the polymer includes polysulfone. 7. Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Polymere Polysulfon mit den nachfol gend angegebenen, wiederkehrenden Struktureinheiten7. The method according to item 6, characterized in that the polymer polysulfone with the fol lowing specified, recurring structural units > 1> 1 S-RS-R IlIl 1 21 2 einschließt/ worin R und R gleich oder verschieden sind und allphatische oder aromatische, Hydrocarbyl enthaltende Reste mit 1 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen sind und die SuI-fonylgruppen an ein aliphatisches oder aromatisches Kohlenstoffatom gebunden ist.wherein R and R are the same or different and are all-phatic or aromatic, hydrocarbyl-containing radicals having from 1 to about 40 carbon atoms, and the sulfonyl groups are attached to an aliphatic or aromatic carbon atom. 8. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet8. Method according to item 7, characterized 1212 da du r c h, daß zumindest einer der Reste R und Rsince you r h h, that at least one of the radicals R and R einen aromatischen/ Hydrocarbyl enthaltenden Teil umfaßt.an aromatic / hydrocarbyl-containing part. 9. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Polysulfon eine Struktur der nachfolgenden Formel9. The method according to item 7, characterized in that the polysulfone has a structure of the following formula CH-CH- aufweist, in welcher der Index η einen Wert von etwa 50 bis 80 besitzt.in which the index η has a value of about 50 to 80. 10. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 9, "gekennzeichnet dadurch, daß der flüssige Träger ein Nicht-Lösungsmittel enthält.10. The method according to any one of items 1 to 9, characterized in that the liquid carrier contains a non-solvent. 11. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 10, g e k e η η zeichnet dadurch, daß die gewaschene Hohlfa-11. Method according to one of the items 1 to 10, g e k e η η characterized in that the washed hollow fibers " ^50' '2 19 9 7"^ 50 '' 2 19 9 7 ser bei einer Temperatur getrocknet wird, welche die
Selektivität oder den Durchfluß der Hohlfaser-Membran nicht in unzulässiger Weise nachteilig beeinflußt.
This is dried at a temperature which the
Selectivity or the flow of the hollow fiber membrane is not adversely affected adversely.
12. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 11, gekenn zeichnet dadurch, daß das flüssige Koagulier mittel zumindest etwa 75 Gewichtsprozent Wasser enthält.12. The method according to any one of items 1 to 11, characterized marked characterized in that the liquid coagulant contains at least about 75 weight percent water. 13. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 12, gekenn zeichne, t . dadurch, daß die Temperatur des
flüssigen Koaguliercnittels zumindest etwa -15 C bis unterhalb etwa 2O°C beträgt.
13. Procedure according to one of the items 1 to 12, marked, t. in that the temperature of the
liquid coagulant at least about -15 C to below about 2O ° C.
14. Verfahren nach Punkt 13, gekennzeichne t dadurch, daß die Temperatur des flüssigen Koaguliermittels etwa 0° bis 10°C ist.14. Method according to item 13, characterized in that the temperature of the liquid coagulant is about 0 ° to 10 ° C. 15. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 14, gekenn zeichnet dadurch, daß die ringförmige
Spinndüse oberhalb der Oberfläche des flüssigen Koaguliermittels angeordnet ist.
15. The method according to one of the items 1 to 14, characterized marked characterized in that the annular
Spinneret is disposed above the surface of the liquid Koaguliermittels.
16. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 15, gekenn zeichnet dadurch, daß die Polymerlösung
zumindest etwa 25 Gewichtsprozent Polymeres enthält.
16. The method according to any one of items 1 to 15, characterized marked characterized in that the polymer solution
contains at least about 25 weight percent polymer.
-«ί- 219976- «21- 219976
17. Verfahren nac.h einem der Punkte 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Polymerlösung17. Method nac.h any of the items 1 to 16, characterized in that the polymer solution etwa 28 bis 40 Gewichtsprozent Polymeres enthält.contains about 28 to 40 weight percent of polymer. 18. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Polymerlösung bei der Extrusionstemperatur eine Viskosität von etwa 10 00018. The method according to any one of items 1 to 17, characterized in that the polymer solution at the extrusion temperature has a viscosity of about 10,000 bis 500 000 Centipoise besitzt.to 500 000 centipoise. 19. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 18, gekennzeichnet 'dadurch, daß der flüssige Träger Nicht-Lösungsmittel, und das Nicht-Lösungsmittel zumindest ein solches der Gruppe Formamid, Äthylenglykol und Wasser, enthält.19. The method according to any one of items 1 to 18, characterized 'characterized in that the liquid carrier non-solvent, and the non-solvent at least one of the group formamide, ethylene glycol and water. 20. Anisotrope Membran, gekennzeichnet dadurch, daß sie nach einem der Punkte. 1 bis 19 hergestellt worden ist.'20. Anisotropic membrane, characterized in that it is after one of the points. 1 to 19 has been made. 21. Trockene, integrale, anisotrope Hohlfaser-Membran für die Abtrennung von zumindest einem Gas aus einer Gasmischung, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine in homogener Weise gebildete, dünne, äußere Trennschicht auf einem offenporigen Träger und Polysulfon enthält, wobei ein größerer Volumanteil der Wand der Hohlfaser-Membran aus21. Dry, integral, anisotropic hollow fiber membrane for the separation of at least one gas from a gas mixture, characterized in that it contains a homogeneously formed, thin, outer release layer on an open-pore carrier and polysulfone, wherein a larger volume fraction of the wall the hollow fiber membrane Zellen mit einer mittleren Hauptdimension von weniger als etwa 2 Mikron besteht und in dem offenporigen Träger im wesentlichen keine Makroporen mit einer Hauptdimension von über etwa 3 Mikron und einem Verhältnis von maximaler Länge zu maximaler Breite von mehr als etwa 10 vorhanden sind, die Hohlfaser-Membran ein Verhältnis der Permeabilität von zumindest einem Gas aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, Helium und Ammoniak, zu der Permeabilitätskonstanten des Materials der Hohlfaser-Membran für das Gas von zumindest etwa 5x10 reziproke Zentimeter aufweist, ein Permeabilitätsverhältnis von (I) der Permeabilität eines Gases mit niedrigerem Molekulargewicht, geteilt durch die Permeabilität eines Gases mit höherem Molekulargewicht, zu (II) der Quadratwurzel des Molekulargewichts des Gases mit niedrigerem Molekulargewicht, dividiert durch die Quadratwurzel des Molekulargewichtes des Gases mit höherem Molekulargewicht, von zumindest etwa 6 aufweist, wobei das Gas mit niedrigerem Molekulargewicht Wasserstoff oder Helium und das Gas mit höherem Molekulargewicht ein Gas der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid ist, und eine Permeabilitätskonstante in dem Polysulfon besitzt, die zumindest etwa lOmal kleiner als die Permeabilitätskonstante des Gases mit niedrigerem Molekulargewicht in dem Material ist, und einen Druck beim Zusammenbrechen von zumindest etwa 4(Tc)(t/D) aufweist, wobei Tg die Zugfestigkeit des Polysulfons, t dieCells having a mean major dimension of less than about 2 microns and having substantially no macropores in the open cell support having a major dimension greater than about 3 microns and a maximum length to maximum width ratio greater than about 10, the hollow fiber membrane a ratio of the permeability of at least one of the group consisting of hydrogen, helium and ammonia to the permeability constant of the material of the hollow fiber membrane for the gas of at least about 5x10 reciprocal centimeters, a permeability ratio of (I) the permeability of a gas to lower molecular weight divided by the permeability of a higher molecular weight gas to (II) the square root of the molecular weight of the lower molecular weight gas divided by the square root of the molecular weight of the higher molecular weight gas of at least about 6; LOW molecular weight is hydrogen or helium and the higher molecular weight gas is a gas of the group consisting of nitrogen, carbon monoxide and carbon dioxide and has a permeability constant in the polysulfone which is at least about 10 times smaller than the permeability constant of the lower molecular weight gas in the material, and a collapse pressure of at least about 4 (T c ) (t / D), where T g is the tensile strength of the polysulfone, t - 2 19976 - 2 19976 Wanddicke und D den Außendurchmesser der Hohlfaser-Membran bedeutet.Wall thickness and D is the outer diameter of the hollow fiber membrane. 22. Polysulfön-Hohlfaser-Membran nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß sie im wesentlichen frei von Makroporen ist.22. Polysulfone hollow fiber membrane according to item 21, characterized in that it is substantially free of macropores. 23. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 und 22, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest etwa 90 Volumprozent der Wand der Hohlfaser-Membran aus Zellen mit einer Hauptdimension von kleiner als etwa 2 Mikron bestehen. "23. Hollow fiber membrane according to any one of items 21 and 22, characterized in that at least about 90 vol% of the wall of the hollow fiber membrane consist of cells having a major dimension of less than about 2 microns. " 24. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 23, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest etwa 90 Volumprozent der Wand der Hohlfaser-Membran aus Zellen mit einer Hauptdimension von kleiner als etwa24. hollow fiber membrane according to any one of items 21 to 23, characterized in that at least about 90 vol% of the wall of the hollow fiber membrane of cells having a major dimension of less than about 1 Mikron bestehen.1 micron. 25. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß das mittlere Konfigurationsverhältnis der Segmente der Wand der Hohlfaser-Membran, welche die Zellen mit der größten mittleren Hauptdimensioh, die frei von Makroporen sind, enthalten, zumindest etwa 0,03 beträgt.25. Hollow-fiber membrane according to any one of items 21 to 24, characterized in that the mean configuration ratio of the segments of the wall of the hollow-fiber membrane containing the cells with the largest average Hauptdimensioh, which are free of macropores, at least about 0, 03 is. β. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 25, eken η zeichnet dadurch, daß die Wand sr Hohlfaser-Membran Zellen mit einer Hauptdimension von 2hr als 0,2 Mikron besitzt und das Verhältnis von mittlesr Wanddicke zur mittleren Zellguerschnittsflache der roßten Zellen zumindest etwa 1 reziproken Zentimer be- :ägt.β. Hollow fiber membrane according to any one of items 21 to 25, eken η is characterized in that the wall sr hollow fiber membrane has cells with a major dimension of 2hr than 0.2 microns and the ratio of average wall thickness to central cell cross-sectional area of the large cells at least about 1 reciprocal centimeter. K Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 26, ekennzeichnet dadurch, daß das Poren- »lumen der Wand der Hohlfaser-Membran zumindest etwa id bis zu etwa 70 Volumprozent beträgt. K hollow-fiber membrane according to one of the items 21 to 26, ekennzeichnet in that the pore lumen of the wall of the hollow fiber membrane is at least about id up to about 70 vol%. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 27, ekennzeichnet dadurch, daß das Porenlumen der Wand der Hohlfaser-Membran größer als etv/a 45 | t und bis zu etwa 65 Volumprozent beträgt.. · jHollow-fiber membrane according to one of the items 21 to 27, characterized in that the pore lumen of the wall of the hollow-fiber membrane is larger than etv / a 45 | t and up to about 65 vol% is .. · j Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 28, . iHollow fiber membrane according to one of the points 21 to 28,. i ekennzeichnet dadurch, daß der Druck |characterized by the fact that the pressure | im Zusammenbrechen der Hohlfaser-Membran größer als etwa jin collapse of the hollow fiber membrane greater than about j (Φ) (Tg)(t/D)3 ist, worin φ den Volumenteil des Materials c Hohlfaser-Membran in der Wand der Hohlfaser-Membran Heutet.(Φ) (Tg) (t / D) 3 , where φ is the volume fraction of material c hollow fiber membrane in the wall of the hollow fiber membrane. -«Γ-. 2 1997- "Γ-. 2 1997 30. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 29, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Beziehung von (I) des Quotienten der Differenz zwischen den Permeabilitäten eines leichter hindurchgedrungenen Gases und eines weniger leicht hindurchgedrungenen Gases, geteilt durch die Permeabilität des weniger leicht hindurchgedrungenen Gases, mal (II) dem Verhältnis der Permeabilitätskonstanten des weniger leicht hindurchgedrungenen Gases zur Permeabilitätskonstanten des leichter hindurchgedrungenen Gases von zumindest etwa 0,01 aufweist, wobei das leichter hindurchgedrungene Gas eine Permeabilitätskonstante von zumindest etwa dem 5fachen der Permeabilitätskonstanten des weniger leicht hindurchgedrungenen Gases besitzt und das leichter hindurchgedrungene Gas und das weniger leicht hindurchgedrungene Gas annähernd das gleiche Molekulargewicht aufweisen.A hollow fiber membrane according to any one of items 21 to 29, characterized in that it has a relationship of (I) the quotient of the difference between the permeabilities of a gas permeated more easily and a gas less easily permeated divided by the permeability of the less easily penetrated gas Gas, times (II) the ratio of the permeability constant of the less permeated gas to the permeability constant of the more easily permeated gas of at least about 0.01, the more easily permeated gas having a permeability constant of at least about 5 times the permeability constant of the less permeated gas; the lighter gas permeated and the less easily penetrated gas have approximately the same molecular weight. 31. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 30, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenhaut kleiner als etwa 1000 Angström ist.31. Hollow fiber membrane according to any one of items 21 to 30, characterized in that the outer skin is smaller than about 1000 angstroms. 32. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 31, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenhaut kleiner als etwa 500 Angström ist.32. Hollow fiber membrane according to any one of items 21 to 31, characterized in that the outer skin is smaller than about 500 angstroms. 33. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 32, gekennzeichnet dadurch, daß das Per-'meabilitätsverhältnis zumindest etwa 7,5 beträgt.33. Hollow fiber membrane according to any one of items 21 to 32, characterized in that the per-Meability ratio is at least about 7.5. 34. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 33, gekenn ζ eic h-n.et dadurch, daß sie eine maximale Porengröße von weniger als etwa 150 Angström aufweist. 34. Hollow fiber membrane according to any one of items 21 to 33, characterized in that it has a maximum pore size of less than about 150 angstroms. 35.· Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 34, gekennzeichnet dadurch, daß das PoIysulfon ein Polysulfon mit den wiederkehrenden Struktureinheiten der nachfolgenden allgemeinen Formel35. Hollow fiber membrane according to one of the items 21 to 34, characterized in that the polysulfone is a polysulfone having the recurring structural units of the following general formula 1 21 2 -R1—S—R --R 1 -S-R - IlIl i 2i 2 umfaßt, in welcher R und R gleich oder verschieden sind und aliphatische oder aromatische, Hydrocarbyl enthaltende Reste mit 1 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen bedeuten und die Sulfonylgruppe an ein aliphatisches oder aromatisches Kohlenstoffatom gebunden ist.in which R and R are the same or different and denote aliphatic or aromatic, hydrocarbyl-containing radicals having 1 to about 40 carbon atoms and the sulfonyl group is bonded to an aliphatic or aromatic carbon atom. 3.6. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 35,3.6. Hollow fiber membrane according to one of the points 21 to 35, gekennzeichnet dadurch, daß zumindestcharacterized in that at least 1212 einer der Reste R und R einen aromatischen, Hydrocarbylone of R and R is an aromatic, hydrocarbyl enthaltenden Teil einschließt. .·including part. . · 37. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 36, gekennzeichnet dadurch, daß das PoIysulfon ein Polysulfon einer Struktur der nachfolgenden allgemeinen Formel 37. hollow fiber membrane according to one of the items 21 to 36, characterized in that the Polysulfon a polysulfone of a structure of the following general formula CH.CH. einschließt, in welcher der Index η einen Wert von etwa bis 80 besitzt.in which the index η has a value of about to 80. 38. Hohlfaser-Membran nach einem der Punkte 21 bis 37, gekennzeichnet dadurch, daß das Material der Hohlfaser-Membran eine Zugfestigkeit von zumin-38. Hollow-fiber membrane according to any one of items 21 to 37, characterized in that the material of the hollow-fiber membrane has a tensile strength of at least dest etwa 350 kg/cm aufweist.at least about 350 kg / cm. Hlerzü.„^L:..Seiißn ZeichnungenHlerzü. "^ L: .. Draw drawings
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