DE10057622B4 - Membran aus Polymeren oder Polymergemischen zur Trennung von flüssigen oder gasförmigen Medien - Google Patents

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Abstract

Membran aus Polymeren oder Polymergemischen zur Trennung von flüssigen oder gasförmigen Medien, wobei das Polymer oder das Polymergemisch geschmolzen und mit einem porenbildenden Gas versetzt wird, und wobei aus dem geschmolzenen, mit Gas versetzten Polymer oder Polymergemisch die Formation der Membran erfolgt, wodurch die Membranoberfläche, die dem zu trennenden Medium bei der Ausführung des Trennvorganges ausgesetzt ist, zur Erzeugung- einer turbulenten Strömung wenigstens im oberflächennahen Bereich rauh mit einer Rauhtiefe von > 5 μm bis 97 μm ausgebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Membran aus Polymeren oder Polymergemischen zur Trennung von flüssigen oder gasförmigen Medien.
  • Es ist eine Vorrichtung bekannt (DE-A-198 50 340), mit der grundsätzlich eine solche Membran hergestellt werden kann. Nach wie vor wird allerdings auch heutzutage überwiegend das sog. Phaseninversionsverfahren zur Herstellung von Stofftrennmembranen industriell eingesetzt. Das Phaseninversionsverfahren wird weitgehend beherrscht, so daß es nach wie vor eingesetzt wird. Beim Phaseninversionsverfahren wird das zu verformende Polymer durch ein geeignetes Lösemittel zu einem Polymer-Lösemittel-Sol geeigneter Viskosität gelöst. Durch Änderung thermodynamischer Zustandsgrößen wie der Temperatur oder Änderung der Zusammensetzung wird das System Polymer-Lösemittel-Sol in ein 2-Phasen-System überführt und danach entmischt. Je nach der oberen kritischen Lösungstemperatur oder der unteren kritischen Lösungstemperatur kann eine thermodynamisch stabile homogene Lösung aus Polymer und Lösemittel durch Abkühlung oder Erhitzen entmischt werden. Wenn die sog. Binodale erreicht wird, wird die Lösung in eine polymerreiche, flüssige Phase und eine polymerarme, flüssige Phase überführt. Durch Erreichen der sog. Spinodalen wird die poröse Struktur gebildet. Aus der polymerreichen flüssigen Phase wird die Polymermatrix und aus der polymerarmen flüssigen Phase die Hohlräume gebildet. Statt binärer Systeme können auch ternäre Systeme für das Phaseninversionsverfahren eingesetzt werden. Dabei wird eine binodale Entmischung durch Zugabe eines Nichtlösemittels bzw. Fällmittels erreicht.
  • Das Phaseninversionsverfahren weist jedoch gewisse Beschränkungen auf. Eine der wichtigsten Beschränkungen besteht darin, daß für jedes bei diesem Verfahren verwendete Polymer auch ein entsprechend passendes Lösemittel eingesetzt werden muß. Das Lösemittel hat einen großen Einfluß auf die Membraneigenschaften und muß nach Herstellung entfernt werden. Lösemittel sind aufgrund ihrer starken Wechselwirkung mit den Polymeren nur mit sehr hohem technischen Aufwand aus dem Polymer zu entfernen. Das Phaseninversionsverfahren verlangt zwingend, daß nach der Formierung der Membran die noch im Polymer gelösten Lösemittelanteile entfernt werden. In der Regel wird das Lösemittel direkt nach der Membranbildung durch ein aufwendiges Wasch- und Trocknungsverfahren entfernt. Das Wasch- und Trocknungsverfahren muß sehr sorgfältig durchgeführt werden, da selbst Spurenanteile des Lösemittels in der Membran noch langfristig als Weichmacher wirken. Des weiteren besteht ein Einfluß der Art des verwendeten Lösemittels auf die Struktur und die ge wünschten Transporteigenschaften der Membran. Hinzu kommt, daß die desorbierten Lösemittel in die Umwelt emittieren, was auch unter Umweltschutzgesichtspunkten sehr nachteilig ist. Ursache dieser Emission ist der hohe Lösemittelanteil in der ursprünglichen Polymerlösung. Um eine ausreichende Viskosität des Lösemittel-Polymergemisches für die Verformung zu einer Membran zur Verfügung zu haben, werden i.d.R. Lösemittelanteile von über 70% benötigt.
  • Das bekannte Phaseninversionsverfahren ist somit aus den voraufgeführten Gründen mit vielen Nachteilen behaftet, wobei noch hinzu kommt, daß mittels des Phaseninversionsverfahrens hergestellte Membranen regelmäßig eine glatte Oberfläche aufweisen. Eine glatte Oberflächenstruktur der Membran führt bei einer Überströmung mit einem Medium zu einer sehr geringen Turbulenz des Mediums, was zur Folge haben kann, daß es aufgrund der geringen Turbulenzen an der Oberfläche der Membran, d.h. an der Grenzfläche zwischen der Membran und dem Medium, zu Ablagerungen von Inhaltsstoffen des Mediums und zum Aufbau einer Konzentrationspolarisation und daher zur Reduzierung der wirksamen Membranfläche kommt.
  • In Trennvorrichtungen, die der Stofftrennung eines Mediums dienen, werden die Polymermembranen i.d.R. geeignet voneinander beabstandet gestapelt, wobei die gestapelten Membranen entweder mäanderförmig vom zu trennenden Medium umströmt werden, oder aber parallel überströmt werden oder aber bestimmte Blöcke von Membranen parallel überströmt werden, aber blockweise mäanderförmig nacheinander. Aufgrund der Druckverhältnisse des Mediums in derartigen Vorrichtungen ist es wichtig, daß die Membranen eine hohe Formstabilität aufweisen, da schon geringe Verformungen der Membranen zu einer Beschädigung und einem damit verbundenen Unwirksamwerden führen.
    •
  • Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Polymermembran zu schaffen, die eine lösemittelfreie Herstellung gestattet, wobei die Membran eine hohe Formstabilität aufweist und eine Membranoberfläche, die das die Membran überstreichende Medium dazu veranlaßt, turbulent über die Oberfläche der Membran zu strömen, wobei viele unterschiedliche Polymere bzw. Polymergemische zur Ausbildung der Membran geeignet sein sollen, so daß gezielt Membranen unterschiedlicher Stoffzusammensetzung für bestimmte Anwendungsfälle mit den aufgabengemäßen Eigenschaften in industriellem Maßstab auf reproduzierbare Weise einfach bereitgestellt werden können.
  • Die Aufgabe wird durch eine Membran aus Polymeren oder Polymergemischen zur Trennung von flüssigen oder gasförmigen Medien gelöst, wobei das Polymer oder das Polymergemisch geschmolzen mit einem porenbildenden Gas versetzt wird, und wobei aus dem geschmolzenen, mit Gas versetzten Polymer oder Polymergemisch die Formation der Membran erfolgt, wobei die Membranoberfläche, die dem zu trennenden Medium bei der Ausführung des Trennvorganges ausgesetzt ist, zur Erzeugung einer turbolenten Strömung wenigstens im oberflächennahen Bereich rauh mit einer Rauhtiefe von > 5 μm bis 97 μm ausgebildet wird.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß durch die Rauhigkeit der Oberfläche der Membran eine nachteilige Ablagerung von Inhaltsstoffen des Mediums vermieden wird, d.h. eine instationäre Strömung zwischen Kernströmung des Mediums über der Membran und der sorptions- und diffusionsgesteuerten Strömung an der unmittelbaren Grenzfläche zwischen Membran und Medium begünstigt wird. Durch die einstellbare Rauhigkeit der Oberfläche der Membran ist die Möglichkeit geschaffen, bei geeigneter Strömungsführung in einer Trennvorrichtung einen erheblichen Einfluß auf die Trennleistung der Vorrichtung und Ablagerungsvorgänge zu nehmen, was ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Polymermembran ist. Ein weiterer Effekt, der mit der erfindungsgemäßen Membran erreicht wird, nämlich durch die Rauhigkeit der Oberfläche der Membran, ist der, daß dadurch eine erhebliche Erhöhung der möglichen Druckdifferenzen zwischen dem der Vorrichtung zugeführten, zu trennenden Medium und dem Strom des Permeats erreicht wird, mit der Folge einer Verbesserung der Trennleistung einer mit den erfindungsgemäßen Membranen bestückten Vorrichtung. Es ist sogar möglich, durch die einstellbare Rauhigkeit der Oberfläche der Membran, beispielsweise durch geeignete Temperierung der Düse einer Herstellungsvorrichtung der Membran die Benetzung der Membran durch das zu trennende Medium derart zu steuern, daß der sog. Lotus-Effekt ausgenutzt wird.
  • Die erfindungsgemäß auch erreichbare hohe Rauhigkeit der Oberfläche der erfindungsgemäßen Membran verhindert die Ausbildung einer laminaren Grenzschicht zwischen Membran und beispielsweise einem wäßrigen zu trennenden Medium, d.h., daß eine Konzentrationspolarisation wenn nicht vollständig verhindert, so doch zumindest stark vermindert wird.
  • Die Rauhtiefe der Oberfläche der Membran, die vom zu trennenden Medium überströmt wird, ist > 5 μm bis 97 μm, wobei damit durchschnittliche Höhenunterschiede von > 5 μm bis 97 μm, erfaßt werden, die über eine Membranoberflächenausdehnung von 4,0 mm gemessen werden.
  • Grundsätzlich sind alle zur Ausbildung von Stofftrennmembranen, ob nun als Flachmembranen oder Hohlfadenmembranen, geeignete Polymere bzw. Polymergemische zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Membran geeignet, beispielsweise vorzugsweise alle amorphen Polymere bzw. amorphen Polymergemische, wie Polycarbonat, Polysulfon und Polyethersulfon.
  • Es sind aber auch vorteilhafterweise thermoplastische, teilkristalline Polymere bzw. Polymergemische zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Membran verwendbar, wobei die Art des Polymers bzw. Polymergemisches für die Ausbildung der Membran in Abhängigkeit des zu trennenden Mediums sowie der Parameter wie Temperatur des Mediums, Druck des Mediums, des Aufbaus der Vorrichtung, mit der die Trennung eines Mediums unter Zuhilfenahme der erfindungsgemäßen Membran erfolgt, und der Stömungsgeschwindigkeit des zu trennenden Mediums usw. in der Trennvorrichtung ausgewählt wird.
  • Die erfindungsgemäße Membran sollte dabei einem Berstdruck von mindestens 90 bar standhalten und einem Implosionsdruck von wenigstens 70 bar.
    •
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben. Darin zeigen:
  • 1 in Form eines Blockschaltbildes den schematischen Aufbau einer Vorrichtung, mit der eine Membran gem. der Erfindung hergestellt werden kann,
  • 2a eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer erfindungsgemäßen Membran, wobei das Polymer Polyethersulfon ist,
  • 2b eine Rauhtiefenprofilkurve der in 2a dargestellten Membran,
  • 3 eine Membran in der Darstellung von 2, bei der das Polymer Polycarbonat ist,
  • 4a eine mit dem im Stand der Technik bisher verwendeten Phaseninversionsverfahren hergestellte Membran in der Darstellung einer Rasterelektronenmikroskopaufnahme, wobei das Polymer Polyethersulfon ist, und
  • 4b eine Rauhtiefenprofilkurve der in 4a dargestellten Membran,
  • 5 eine Membran gem. 4, bei der das Polymer Polypropylen ist.
  • Alle in den 2 bis 5 dargestellten Membranen sind sog. Hohlfadenmembranen.
  • Die in 1 dargestellte Vorrichtung erlauben die Herstellung sowohl flach ausgebildeter erfindungsgemäßer Membranen, d.h. sog. Flachmembranen, als auch die Herstellung erfindungsgemäßer Hohlfadenmembranen.
  • Die erfindungsgemäße Membran kann mit einer Vorrichtung 10 ausgeführt werden, wie sie in 1 dargestellt ist. Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE-OS 198 50 340 beschrieben worden, auf die, was den Aufbau und die Funktion dieser Vorrichtung 10 angeht, in vollem Umfang Bezug genommen wird.
  • Die Vorrichtung 10 umfaßt im wesentlichen eine Extrudereinrichtung 11, die durch einen langgestreckten Extruderkörper gebildet wird, in dem auf an sich bekannte Weise Scher-/Knet-/Homogenisierungseinrichtungen 16 angeordnet sind, beispielsweise nach Art eines an sich bekannten Schneckenförderers, mit dem von einem in der Extrudereinrichtung ausgebildeten trichterförmigen Einlaß 110 der Extrudereinrichtung 11 zugeführte Mittel, im vorliegenden Falle in Form eines Polymers oder Polymergemisches 13, innerhalb der Extrudereinrichtung 11 zu einem dem Einlaß 110 entgegengesetzt angeordneten Auslaß 111 gefördert werden. Dazu weist die Vorrichtung 10 einen Antriebsmotor 19 auf und gegebenenfalls ein Getriebe 20, über das die Scher-/Kneteinrichtung bzw. Scher-/Kneteinrichtungen 16 drehbar mit dem Antriebsmotor 19 gekoppelt sind. Das Getriebe 20 kann beispielsweise ein Planetengetriebe sein.
  • Um den langgestreckten Körper der Extrudereinrichtung 11 herum sind Temperierungseinrichtungen 18 angeordnet, die Kühleinrichtungen und Erwärmungseinrichtungen sein können.
  • Im mittleren Teil der Extrudereinrichtung 11 ist eine Zufuhröffnung für Gas 14 in die Extrudereinrichtung 11 hinein vorgesehen.
  • Unmittelbar an den Auslaß 111 der Extrudereinrichtung 11 anschließend ist eine Pumpe 17, hier in Form einer Zahnradschmelzepumpe, angeordnet. Die Extruderein richtung 11 bildet zusammen mit der Pumpe 17 einen ersten Teil 150 der Verfahrensstrecke 15 des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Der Pumpe 17 nachfolgend wird ein zweiter Teil 151 der Verfahrensstrecke 15 gebildet, und zwar durch einen Kopf 22, an dessen austrittsseitigem Ende eine formgebende Einrichtung bzw. Düse 12 angeordnet ist, mit der beispielsweise Formkörper in Form von Flachmembranen, Hohlfadenmembranen, aber auch anderen gewünschten Formkörpern, hergestellt werden. Der Austritt des Formkörpers/Erzeugnisses 21 aus der Vorrichtung 10 am Ende der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch Pfeil 21 symbolisiert. Auch der Kopf 22 kann Temperierungseinrichtungen 18 umfassen, mit denen das sich im Innenraum des Kopfes 22 befindliche gasangereicherte Polymer- bzw. Polymergemisch 13 geeignet temperiert werden kann.
  • Das Herstellungsverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlfadenmembranen oder auch der erfindungsgemäßen Flachmembranen läuft nun unter Verwendung der vorbeschriebenen Vorrichtung 10 wie folgt ab:
    Ein Polymer bzw. Polymergemisch 13, das beispielsweise in Form eines Granulats vorliegt, wird über den trichterförmigen Einlaß 110 in die zum ersten Teil 150 der Verfahrensstrecke 15 gehörende Extrudereinrichtung 11 eingegeben, wobei in diesem Teil 150 zunächst über die Temperierungsmittel 18 das Polymer bzw. die Polymermischung 13 geschmolzen wird. Die Schmelztemperatur beträgt beispielsweise bei einem Polymer wie Polycarbonat 290°C. Durch den Antriebsmotor 19 angetrieben, wird mittels des beispielsweise in Form der Scher-/Knet-/Misch-Homogenisierungseinrichtung 16 ausgebildeten Schneckenförderers das geschmolzene Polymer bzw. Polymergemisch in den Bereich der Extrudereinrichtung 11 gefördert, in dem Gas 14 unter hohem Druck, beispielsweise 150 bar, eingeführt wird.
  • Durch die rotierende Scher-/Knet-/Misch-Homogenisierungseinrichtung 16 wird verhindert, daß sich das Gas oberhalb der Schmelze des Polymers bzw. Polymergemisches 13 absetzt. Vielmehr wird durch die rotierende Scher-/Knet-/Homogenisierungseinrichtung 16 das Gas 14, das beispielsweise CO2 sein kann, optimal in die Schmelze eingemischt, so daß es dort zu einer nahezu vollständigen Lösung des Gases in der Schmelze kommt. Durch die am zum Gaszuführungsort an der Extrudereinrichtung 11 nachfolgend angeordneten weiteren Temperierungsmittel 18 wird die Temperatur der gasangereicherten Schmelze in der Extrudereinrichtung 11 gegenüber der ursprünglichen Schmelztemperatur ggf. abgesenkt und bis zum Auslaß 111 im wesentlichen konstant gehalten, wobei die Absenkung der Temperatur beispielsweise gegenüber der Schmelztemperatur von 290°C auf 225°C bei einem durch Polycarbonat gebildeten Polymer erfolgt. Im letzten Abschnitt des ersten Teils 150 der Verfahrensstrecke findet mittels der Pumpe 17 (Zahnradschmelzepumpe), die für den nachfolgenden zweiten Teil 151 der Verfahrensstrecke 15 eine Druckbarriere bildet, eine beträchtliche Erhöhung des Drucks der gasangereicherten Polymer- bzw. Polymergemischschmelze statt, d.h. im hier rohrförmig ausgebildeten Kopf 22. Im Kopf 22 findet aufgrund der Druckerhöhung eine nochmalige Steigerung der Lösung des Gases in der Polymer- bzw. in der Polymergemischschmelze statt. Das hat zur Folge, daß über die auch im zweiten Teil 151 der Verfahrensstrecke 15, d.h. im rohrförmigen Kopf 22, angeordneten Temperierungseinrichtungen 18 eine Verminderung der Temperatur der gasangereicherten Schmelze aus Polymer bzw. Polymergemisch 13 vorgenommen werden kann.
  • Bedingt durch die Tätigkeit der Pumpe 17 wird die sich im Kopf 22 auf bis zu 1.500 bar und mehr druckbeaufschlagte, gasangereicherte Polymer- bzw. Polymergemischschmelze 13 aus der formgebenden Einrichtung 12 herausgedrückt, wobei die gasangereicherte Polymer- bzw. Polymergemischschmelze 13 aus der formgebenden Einrichtung bzw. Düse 12 der Polymer- bzw. Polymergemischschaum, durch geeignete Formgebung durch die formgebende Einrichtung 12, beispielsweise als Flachmembran oder Nohlfadenmembran, austritt.
  • Alle Drücke und alle Temperaturen des Polymers bzw. des Polymergemisches 13 einschließlich des Gases 14 sind durch die vorerwähnten vorrichtungsseitigen Druckmittel wie Pumpe 17, die Scher-/Knet-/Homogenisierungseinrichtung 16 sowie die Temperierungsmittel 18 (Kühlung, Erwärmung) geeignet an das verwendete Polymer bzw. das verwendete Polymergemisch 13 anpaßbar und optimierbar.
  • Zusätzlich zu der bekannten Vorrichtung ist bei der Vorrichtung 10, mit der die erfindungsgemäße Membran hergestellt wird, die unmittelbare Düse bzw. die formgebende Einrichtung 12 temperierbar, wodurch im wesentlichen die Rauhheit der Oberfläche der mit der Vorrichtung 10 herstellbaren Membran gezielt einstellbar ist.
  • Beispiel 1 (Polyethersulfon)
  • Die thermische Extrusion in der oben beschriebenen Vorrichtung 10 mittels eines Doppelschneckenextruders unter Zugabe von CO2 als Schäumungsmittel erzeugt die gewünschte Membran. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von oben allgemein beschriebenem Verfahren auf folgende Weise: Um das durch eine Dosierapparatur zugegebene Polyethersulfon aufzuschmelzen, werden die verschiedenen Heizzonen entsprechend der vorgegebenen Schmelztemperatur des Polyethersulfons aufgeheizt. Die Schmelztemperatur der Extruderzonen I bis VIII haben folgende Ist-Werte: 90°C/355°C/355°C/355°C/355°C/355°C/355°C/355°C. Nach der Injektion des Kohlendioxids CO2 als Treibmittel müssen die Temperaturzonen V bis VIII schrittweise auf Temperaturen von 300°C reduziert werden, um eine hinreichende Löslichkeit des Treibmittels zu erzielen. Die zugefügte Treibmittelmenge liegt bei diesem Beispiel bei 3.5 ± 0.5 Gew.%. Die nachfolgende Temperaturzone IX heizt die Schmelzepumpe. Hier bleibt die Temperatur unverändert bei 330°C. Dies ist erforderlich, um die Förderleistung der Schmelzepumpe in Abhängigkeit von der Viskosität der Polymerschmelze beim Durchgang durch die Schmelzepumpe zu erhalten. Bei einer Temperatur unterhalb 330°C ist die Viskosität der Polymerschmelze so hoch, daß der Förderstrom vor der Schmelzepumpe zum Abreißen neigt. Die Temperaturen der weiteren drei Temperaturzonen X und XI einschließlich der Düsentemperaturzone XII müssen von der Starttemperatur (zu Beginn des Extrusionsvorganges) bei 355°C um mindestens 45°C bis zur optimalen Löslichkeit des verwendenden Treibmittels CO2 reduziert werden. Beispielsweise betragen die drei Temperaturen bei einer optimalen Schaumstruktur und Offenporigkeit einer austretenden Hohlfadenmembran 290°C/300°C und für die Düse 310°C, wobei die etwas höher liegende Düsentemperatur, Heizzone XII, im Vergleich zu den Heizzonen X und XI eine entscheidende Rolle spielt, um eine rauhe und offenporige Oberflächenstruktur der Hohlfadenmembranen zu erreichen. Die Oberflächenmorphologie der extrudierten Hohlfadenmembran ist in 2 dargestellt. Die Rauhigkeitskenngröße und die mechanischen Eigenschaften sind in der Tabelle 1 aufgelistet. Die Rauhigskurve ist in der 2b dargestellt.
  • Abweichungen von der Düsentemperatur von 310°C beeinflussen die Oberflächenmorphologie und die Membraneigenschaften erheblich. Wenn die Düsentemperatur statt 310°C, 330°C beträgt, zeigt die Oberflächenrauhigkeit keine nennenswerte Änderung, aber die Schaumbildung ist durch beginnendes Kollabieren der Porenstruktur reduziert, was in der Folge eine Verschlechterung der Membraneigenschaften bedeutet.
  • Eine Reduzierung der Düsentemperatur von 310°C auf 290°C führt zu einer geringeren Oberflächenrauhigkeit und im gleichen Maße wie bei der Temperaturerhöhung zu einer Verschlechterung der Membraneigenschaften.
  • Beispiel 2 (Polycarbonat)
  • Um das durch eine Dosierapparatur zugegebene Polycarbonat aufzuschmelzen, werden die verschiedenen Heizzonen entsprechend der vorgegebenen Schmelztemperatur des Polycarbonats aufgeheizt. Die Schmelztemperatur der Extruderzonen I bis VIII haben folgende Ist-Werte: 70°C/260°C/280°C/280°C/280°C/280°C/280°C/280°C. Nach der Injektion des Kohlendioxids CO2 als Treibmittel bleiben diese Temperaturen aufgrund der guten Löslichkeit von CO2 in Polycarbonat erhalten. Durch die Einweichung des Polymers beim Durchlaufen der Heizzone der Extruderzonen kann das durch den Antriebsmotor aufzubringende Drehmoment niedrig gehalten werden. Die zugefügte Treibmittelmenge liegt bei diesem Beispiel bei 8,0 ± 0,5 Gew.%. In der Schmelzepumpe, Heizzone IX, bleibt die Temperatur unverändert bei 280°C. Dies ist erforderlich, um die Förderleistung der Schmelzepumpe in Abhängigkeit von der Viskosität der Polymerschmelze beim Durchgang durch die Schmelzepumpe zu erhalten. Bei einer Temperatur unterhalb 280°C ist die Viskosität der Polymerschmelze so hoch, daß der Förderstrom vor der Schmelzepumpe zum Abreißen neigt. Die weiteren drei Temperaturzonen X und XI einschließlich der Temperatur der Düse 12 müssen von der Starttemperatur bei 280°C um mindestens 100°C bis zur optimalen Löslichkeit des verwendeten Treibmittels CO2 reduziert werden. Beispielsweise betragen die drei Temperaturen bei einer optimalen Schaumstruktur und Offenporigkeit des austretenden Hohlfadens 175°C/175°C und für die Düse 183°C, wobei die etwas höher liegende Düsentemperatur, Heizzone XII, im Vergleich zu den Zonen X und XI eine entscheidende Rolle spielt, um eine rauhe und offenporige Oberflächenstruktur der Hohlfadenmembranen zu erreichen. Die Oberflächenmorphologie der extrudierten Hohlfädenmembran ist in der 3 dargestellt. Die Rauhigkeitskenngröße und die mechanischen Eigenschaften sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
  • Abweichungen von der Düsentemperatur von 183°C beeinflussen die Oberflächenmorphologie und die Membraneigenschaften erheblich. Wenn die Düsentemperatur auf 200°C erhöht wird, zeigt die Oberflächenrauhigkeit keine nennenswerte Änderung, aber die Schaumbildung ist durch beginnendes Kollabieren der Porenstruktur reduzier, was in der Folge eine Verschlechterung der Membraneigenschaften bedeutet.
  • Bei der Reduzierung der Düsentemperatur auf 168°C wird die Oberfläche glatt (Rauhigkeitskenngröße ≤ als 10 μm) und es sind wenige offene Poren auf der Oberfläche vorhanden, mit der Folge, daß die so gebildeten Hohlfä denmembranen keine nennenswerten Durchflußwerte für Gase z.B. N2 aufweisen.
  • Tabelle 1 Vergleich der Hohlfäden aus unterschiedlichen Herstellungsverfahren
    Figure 00150001
  • Nach "DIN 4768" kann die Oberflächenrauhigkeit beispielsweise durch die Rauhtiefe und die Rauhtiefenprofilkurve charakterisiert werden. Rauhtiefe mit der Bezeichnung RZ nach "DIN 4768" ist der Mittelwert der arithmetischen Einzelrauhtiefen.
  • Der Oberflächenrauhigkeitstest an der extrudierten PES-Hohlfadenmembran ergibt eine wesentlich größere Rauhigkeitskenngröße der Membranen aus der Schmelzextrusion gegenüber den Membranen aus dem Phaseninversionsverfahren. Extrudierte Polycarbonatmembran haben eine ähnliche Rauhigkeitscharakteristik und mechanische Eigenschaften wie die Polyethersulfonmembranen.
  • Membranen aus der Schmelzextrusion haben eine geringe Bruchdehnung und eine hohe Formstabilität und somit eine geringe Knickneigung.
    • 10
    Vorrichtung
    11
    Extrudereinrichtung
    110
    Einlaß
    111
    Auslaß
    12
    formgebende Einrichtung/Düse
    13
    Polymer/Polymergemisch
    14
    Gas
    15
    Verfahrensstrecke
    150
    erster Teil
    151
    zweiter Teil
    16
    Scher-/Knet-/Homogenisierungseinrichtung
    17
    Pumpe
    18
    Temperierungseinrichtung (Kühlung, Erwärmung)
    19
    Antriebsmotor
    20
    Getriebe
    21
    Formkörper/Erzeugnis
    22
    Kopf

Claims (5)

  1. Membran aus Polymeren oder Polymergemischen zur Trennung von flüssigen oder gasförmigen Medien, wobei das Polymer oder das Polymergemisch geschmolzen und mit einem porenbildenden Gas versetzt wird, und wobei aus dem geschmolzenen, mit Gas versetzten Polymer oder Polymergemisch die Formation der Membran erfolgt, wodurch die Membranoberfläche, die dem zu trennenden Medium bei der Ausführung des Trennvorganges ausgesetzt ist, zur Erzeugung- einer turbulenten Strömung wenigstens im oberflächennahen Bereich rauh mit einer Rauhtiefe von > 5 μm bis 97 μm ausgebildet wird.
  2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer oder Polymergemisch aus amorphem Polymer bzw. amorphem Polymergemisch besteht.
  3. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Polymer Polycarbonat, Polysulfon und Polyethersulfon ist.
  4. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer oder Polymergemisch aus thermoplastischem, teilkristallinem Polymer bzw. thermoplastischem, teilkristallinem Polymer bzw. thermoplastischem, teilkristallinem Polymergemisch besteht.
  5. Membran nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische, teilkristalline Polymer Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Poliätherimid und Polyamid ist.
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