DE1542276C3

DE1542276C3 - Verfahren zur Herstellung eines porösen Körpers

Info

Publication number: DE1542276C3
Application number: DE1966K0060334
Authority: DE
Inventors: Donald Edward Villa Park Heskett; John Barthelow Lombard Heskett
Original assignee: Kata Manufacturing And Filtering Co Villa Park Ill (vsta)
Current assignee: Kata Manufacturing And Filtering Co Villa Park Ill (vsta)
Priority date: 1965-09-28
Filing date: 1966-09-28
Publication date: 1980-08-14
Also published as: AT290559B; DE1542276B2; DE1542276A1; DK129318B; SE342749B; DK129318C; GB1163426A

Description

In die geformte Masse aus Aggregatpartikeln und flüssigen Bestandteilen kann Dampf eingeleitet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Aggregatpartikel vor dem Zumischen der flüssigen Reaktionsbestandteile mit Wasser vorbeschichtet.

Als Aggregatpartikel eignen sich Aktivkohle, Ionenaustauscher-Harzperlen, Mangangrünsand und/oder Sägemehl.

Der hergestellte poröse Körper enthält eine Vielzahl oberflächenaktiver Aggregatpartikel, die einander berührend im ganzen Körper verteilt aber durch die Matrix aus dem gesteuert unter Schaumbildung reagierenden und erhärtenden Polyurethanharzsystem fest zusammengehalten werden. Die Polyurethanmatrix bildet ein Skelett und weniger einen Schäum, da bei der gesteuerten Reaktion nur eine sehr geringe oder gar keine Blasenbildung auftritt. Durch Beschichten der Aggregatpartikel durch ein Schutzmittel, nämlich Wasser, bevor das Polyurethanharzsystem reagiert und aushärtet, wird erreicht, daß während der Reaktion und während des Aushärtens auf der Oberfläche der Aggregatpartikel eine Gasentwicklung einsetzt, die der Schaumbildung der polymeren Matrix entgegenwirkt. Die mehr oder weniger fadenförmigen Polymerisatsträhnen berühren nur einen verhältnismäßig kleinen Bereich des einzelnen Aggregatpartikels, so daß nur wenig von der aktiven Fläche bedeckt wird. Auf diese Weise werden die Aggregatpartikel von der reagierenden Masse nicht eingehüllt, sondern nahezu ihre gesamte Oberfläche bleibt frei und aktiv, wodurch die Eigenschaften der aktiven Aggregatpartikel optimal ausgenutzt werden können.

Es wurde gefunden, daß Urethan-Vorpolymerisate zur Bildung der Matrix für den porösen Körper besonders gut geeignet sind. Ihre Reaktion und der Härtungsprozeß kann in einfacher Weise so gesteuert werden, daß nur ein minimaler Anteil der Oberfläche der Aggregatpartikel bedeckt wird, so daß das erwünschte Ergebnis einer möglichst großen aktiven Fläche erreicht wird.

Wesentlich ist, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht eine typische Polyurethan-Schaumzellenstruktur, die mehr oder weniger durch Dodekaeder mit Fünfeckseiten und dünnen Zellwänden gekennzeichnet ist, entsteht, sondern ein Skelett, das die Aggregatpartikel nur an wenigen Punkten berührt.

Als Aggregat eignet sich praktisch jedes Material, das üblicherweise zur Behandlung von Strömungsmedien verwendet wird, so beispielsweise Ionenaustauscher-Harzperlen, aktivierte Holzkohle, Mangangrünsand, Sägemehl und dergleichen. Diese Materialien können einzeln oder in Kombination verwendet werden. Die Partikelgröße der Aggregate ist nicht kritisch und sie wird durch die Beschaffenheit des verwendeten Aggregats sowie durch den beabsichtigten Einsatz des porösen Körpers bestimmt, wobei gilt, daß kleinere Partikelgrößen einen größeren Oberflächenbereich sicherstellen. Es können mehrere Aggregate mit sehr variierender Teilchengröße und/oder unterschiedlichen Arten in einem einzigen porösen Körper verwendet werden, um eine kombinierte Behandlung einer Flüssigkeit oder eines Gases durchzuführen. So wurden beispielsweise mit Erfolg Patronen aus einem porösen Körper hergestellt, die Aggregatpartikel aus 75% Aktivkohle mit einer Siebfeinheit von 30 χ 80 und 25% Aktivkohle mit einer Siebfeinheit von 100x200 aufwiesen. Andere Patronen enthielten Aggregatpartikel aus Ionenaustauscher-Perlen, Aktivkohle und Mangangrünsand (vgl. Beispiel 13). So bietet das Verfahren den wesentlichen Vorteil, daß eine große Vielzahl poröser Formkörper hergestellt werden können, die sich besonders für spezielle und einzigartige Behandlungen eignen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörpers sowie einiger Mikroaufnahmen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen porösen Formkörpers,

Fig.2 eine Mikroaufnahme in lOfacher Vergrößerung eines nach dem aus der US-PS 30 94 494 bekannten Verfahren hergestellten Schaumkörpers mit eingebetteten, unregelmäßig verteilten Kationenaustauscher-Harzperlen,

Fig.3 eine Mikroaufnahme in lOfacher Vergrößerung eines erfindungsgemäß hergestellten porösen Körpers mit Kationenaustauscher-Harzperlen,

Fig.4 eine Mikroaufnahme in lOfacher Vergrößerung eines erfindungsgemäß hergestellten Körpers mit Aggregatteilchen aus aktivierter Kohle und
Fi g. 5 eine Mikroaufnahme in lOfacher Vergrößerung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten porösen Körpers mit aktivierter Kohle.

In F i g. 1 ist als Beispiel eines porösen Körpers eine zylindrische Patrone 11 zur Behandlung von Flüssigkeiten dargestellt. Diese besteht aus einer Außenfläche 12, einem Paar gegenüberliegender Wände 13,14 und einer Innenwand 12, die einen Hohlkern 16 umschließt.

Die strukturelle Ausbildung bzw. Verteilung der Aggregatpartikel in der polymeren Grundmasse bzw. Matrix ist aus den Mikrophotographien F i g. 3, 4 und 5 ersichtlich.

Als Vergleichsbeispiel wurde ein Polyurethan-Schaumkörper (Fig. 2) gemäß der US-PS 30 94 494 hergestellt. Dabei wurden in einem mit Polyäthylen ausgekleideten Papierbecher 0,5 g eines Dimethylpolysiloxansilikonöles (DC-200,50 cSt) zu 160 g Vorpolymerisat aus Polyäthylenglykolen (Hydroxylzahl 50,5) und Polypropylenglykol (Hydroxylzahl 288,8; Molgewicht etwa 400) gegeben und mit einem Spatel gemischt. Zu diesem Polyurethan-Silikonöl-Gemisch wurden 240 g Kationenaustauscherharz-Perlen (Natriumschaum) mit einer Siebfeinheit von 16x50, zugesetzt und damit vermischt (entsprechend das Gewichtsverhältnis: 1,5 :1 Harzperlen zu Polymerisat). Diesem Gemisch wurden 6 g eines Katalysators zugefügt, der'aus. etwa 2,2 Gew.-Teilen Wasser, 1,2 Gew.-Teilen Diäthyläthanolamin und 0,3 Gew.-Teilen Triäthylamin bestand. Es wurde mit einem Spatel so lange gemischt, bis Schaumbildung eintrat. Das Schaumgemisch wurde in einen größeren offenen mit Polyäthylen beschichteten Behälter gegossen und stehengelassen, bis der Schaum bis zur vollen Höhe ausgebildet war. Es wurde beobachtet, daß die Ausdehnung des Urethanschaumes durch die Aggregatpartikel nicht geändert oder in irgendeine bestimmte Bahn gelenkt wurde. So wie sich der Schaum ausdehnte, führte er lediglich die Partikel weiter auseinander. Das Produkt hatte eine Dichte von 5448 g pro 0,02832 m³. Der Hauptbestandteil dieses Körpers war Polyurethanschaum selbst, in dem die Harzperlen unregelmäßig im Abstand voneinander verteilt und große Bereiche der Oberfläche dieser Harzperlen bedeckt waren, so daß sie mit durchfließendem Strömungsmedium nicht in Berührung kommen

i O

Li D

konnten.

Der Formkörper gemäß F i g. 3 ist eine mit Anionenaustauscherharz-Perlen in Chloridform gefüllte Patrone, die im wesentlichen in der gleichen Weise hergestellt wurde wie die Ionenaustausch-Patronen gemäß Beispiel 10 und 11. In dieser Patrone wurden 1,333 g Anionenaustauscherharz-Perlen (Chloridform) mit 50x100 Siebfeinheit zusammen mit 113,6 g Urethan-Vorpolymerisat verwendet. Demnach betrug das Gewichtsverhältnis von Anionenaustauscherharz-Perlen zu Vorpolymerisat etwa 12:1. Das Urethan-Polymerisat nimmt bei diesen Mengenverhältnissen nur einen kleinen Bruchteil des Zwischenvolumens zwischen den fest gepackten Aggregatpartikeln ein, so daß ein im wesentlichen poröser Körper gebildet wird. Einige der Harzperlen werden vom Polyurethan mit leicht anhaftenden Aderbündeln umgeben, die nur einen kleinen Bruchteil der Perlenoberflächen bedecken, so daß diese fast ungehindert der zu behandelnden Flüssigkeit oder dem Gas ausgesetzt sind.

Die F i g. 4 und 5 veranschaulichen erfindungsgemäß hergestellte Kohlepatronen für die Behandlung von Flüssigkeiten und Gasen, wobei F i g. 4 die Kohlepatrone gemäß Beispiel 8 zeigt.

Sie wurde durch Extrudieren hergestellt und besteht im wesentlichen aus etwa 65 Gew.-% Aktivkohlepartikelchen (20 χ 40 Siebfeinheit) und 35 Gew.-% Urethan-Vorpolymerisat (Gewichtsverhältnis von Holzkohle zu Vorpolymerisat etwa 2 :1). Fig.5 zeigt eine Kohlepatrone, die wie allgemein in den Beispielen 1 bis 5 beschrieben ist, hergestellt wurde, wobei 2,100 g Aktivgranulate (Siebfeinheit 30 χ 80) und 766,8 g Urethan-Vorpolymerisat (Gewichtsverhältnis Kohle zu Vorpolymerisat etwa 3 :1) verwendet wurden. Eine Untersuchung einer jeden dieser Kohlepatronen zeigte, daß die Polyurethan-Matrix hauptsächlich da vorhanden war, wo die Kohleteilchen einander berührten. Es gab aber Fälle, bei denen Aderbündel von Polyurethan einige der Kohleteilchen umgaben. Die Aktivkohleteilchen in jeder Patrone gemäß den Fig.4 und 5 sind aneinander gebunden oder fest gepackt eingeschlossen, wobei das Zwischenvolumen zwischen den einzelnen Aggregatpartikeln im wesentlichen offen ist. Die Matrix wird in den Zwischenräumen zwischen den Aggregatpartikeln gebildet, pie Verteilung der Aggregatpartikel im porösen Körper hängt im wesentlichen von der Größe und der Gestalt der betreffenden Aggregatpartikel ab. Sie sind im wesentlichen in der Art eines Lose-Bettes angeordnet. Die porösen Körper zur Behandlung von Strömungsmedien haben eine Dichte, die nahe an die Schüttdichte der besonderen Aggregatpartikel herankommt; So haben beispielsweise Formkörper mit Ionenaüstauscherharz-Perlen eine Dichte von etwa 0,801 g/ccm. ,

Die polymere Matrix aus Bindemittel nimmt nur einen kleinen Bruchteil des Zwischenraums zwischen den fest gepackten Aggregatpartikeln ein. Die das Bindemittel bildenden Bestandteile werden daher in Mengen eingesetzt, die nach dem Erhärten eine Matrix bilden, deren Volumen kleiner ist als das Zwischenvolumen zwischen den fest gepackten Aggregatpartikeln.

Bei einer bevorzugten Arbeitsweise werden die flüssigen, das Bindemittel bildenden Bestandteile mit den Aggregatpartikeln gemischt und diese Masse in der gewünschten Gestalt des Formkörpers extrudiert. Während des Extrudierens und danach, solange das Produkt noch in der Extrusionsröhre ist, wird erwärmt, um das Härten der polymeren Grundmasse oder des Bindemittels zu beschleunigen. Falls erwünscht, kann ein Nachhärten durch Erwärmen des aus der Extrusionsvorrichtung entfernten Produktes durchgeführt werden.

Bei Verwendung bestimmter Aggregatpartikel, wie beispielsweise Holzkohle, wurde gefunden, daß zur Verhütung der Desaktivierung der Oberflächen dieser Aggregate während der Bildung der Grundmasse vorteilhafterweise ein Schutzmittel, nämlich Wasser, benutzt wird. Es wird angenommen, daß diese

ίο Desaktivierung von der physikalischen Absorption des Vorpolymerisats in den Poren der Holzkohle herrührt. Das Wasser wird der Holzkohle zugesetzt, bevor die Kohleaggregate mit den flüssigen Polyurethanharzsystemen vermischt werden. Das Anfeuchten der Kohleteilchen mit etwa einem gleichen Gewicht Wasser hat sich als außerordentlich vorteilhaft erwiesen und es wurden erhebliche Verbesserungen bei der Beibehaltung der Kohleaktivität festgestellt.
Es wird im allgemeinen bevorzugt, alle Bestandteile in den ersten Verfahrensstufen oder überhaupt der ersten Stufe miteinander zu mischen. Es wurde gefunden, daß durch Anfeuchten der Aggregatpartikel mit Wasser eine Gasentwicklung vorwiegend zwischen dem Vorpolymerisat und den Aggregatpartikeln auftritt, die eine (~\

Trennung der reagierenden und erhärtenden Bindemit- ^~ telbestandteile vom Aggregat bewirkt. Innerhalb der polymeren Masse tritt nur eine verhältnismäßig geringe Blasenbildung auf. Um diese Wirkung zu erreichen, werden zuerst die Aggregatpartikel mit Wasser angefeuchtet und dann das Urethan-Vorpolymerisat in einer mehr oder weniger kontinuierlichen Phase über die Oberflächen der so befeuchteten Aggregatpartikel verteilt. Es ist aber auch möglich, das Zweikomponenten/Polyurethanharzsystem mit den Aggregatpartikeln zu mischen und diese Masse vor der Zugabe von Wasser durch Pressen oder Extrudieren in die gewünschte Form zu bringen. Das Wasser kann anschließend in Form einer Flüssigkeit oder als Dampf zugegeben werden. Ein Katalysator und/oder ein Vernetzungsmittel kann, muß aber nicht zugesetzt werden. Diese Stoffe können vor, gleichzeitig mit oder nach der Zugabe des Polyurethanharzsystems zu den Aggregatpartikeln zugemischt werden. Sie können allein oder mit Wasser, Dampf oder einem anderen Träger zugegeben werden.

Der zylindrische Formkörper (Fig. 1) kann durch ^ Einfüllen der Aggregatpartikel und der die Matrix (^* bildenden Reaktionsteilnehmer in ein an beiden Enden offenes Rohr hergestellt werden.
Es würde gefunden, daß bei diesem Vorgehen, ein Verschließen oder Abdichten der Enden des Rohres nicht wichtig ist, da die verwendeten Mengen der polymeren Reaktionsteilnehmer die Aggregatpackung nicht bemerkenswert auseinanderdrücken.

Die Härtezeit für das polymere Bindemittel kann durch Auswahl der Reaktionsteilnehmer, der Katalysatoren und der Vernetzungsmittel sowie der Verfahrenstemperaturen eingestellt und gesteuert werden. Das Erwärmen kann in einem Ofen durch Einblasen von Dampf oder einem anderen Heizmedium, durch Hochfrequenz-Induktionswärme mit einem elektrischen Wechselstromfeld oder in einer anderen Weise erfolgen. Andererseits kann die poröse Masse durch Durchleiten verhältnismäßig kühler Luft gekühlt werden, insbesondere dann, wenn die Produkte unmittelbar nach ihrer Herstellung verpackt werden.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die relative Menge oder Konzentration der Aggregatpartikel und der die Matrix bildenden Polyurethanharz-Be-

standteile. Die Menge der Aggregatpartikel wird so gewählt, daß diese in dem Körper eng beieinanderliegend über den ganzen Körper verteilt sind. Die Menge der die Matrix bildenden flüssigen Bestandteile wird dann so abgestimmt, daß sie nach dem Aushärten ein Volumen einnehmen, das kleiner ist als das Volumen zwischen den eng gepackten Aggregatpartikeln. Daraus folgt, daß die relativen Mengen der Bestandteile des Formkörpers wesentlich von . der Gestalt, Größe, Oberflächeneigenschaften und Natur der Aggregatpartikel bestimmt werden. Ganz allgemein gilt, daß die Menge an Aggregatpartikeln, bezogen auf das Volumen, etwa 65-99,8% und die Anteile der die Matrix bildenden Reaktionsteilnehmer von 35-0,2% betragen. Die Menge der flüssigen Polyurethanharz-Bestandteile hängt auch davon ab, ob die daraus gebildete Matrix elastisch, halbstarr oder starr sein soll. Ganz allgemein gilt, daß bei größerer Steifigkeit und Festigkeit, die benötigte Menge geringer ist. Die Verwendung von Vernetzungsmitteln, die die Starrheit und Steifigkeit der polymeren Matrix erhöhen, bewirkt daher, daß die Menge des erforderlichen Vorpolymerisats verringert wird.

Erfindungsgemäß hergestellte Formkörper zur Behandlung von Wasser, bei denen Holzkohleaggregate mit einer Partikelgröße von 20 bis 200 Siebfeinheit verwendet werden, bestehen vorzugsweise aus 55% bis 98 Gew.-% Kohleaggregat. Entsprechend liegt der bevorzugte Polymerisatgehalt bei 45 bis 4 Gew.-%, so daß das bevorzugte Gewichtsverhältnis von Holzkohle zu Vorpolymerisat bei 2 :1 bis etwa 24 :1 liegt. Diese Werte auf Volumenbasis entsprechen etwa 80 bis 99% Holzkohle und etwa 20 bis 1 % Vorpolymerisat.

Ähnlich bestehen die Formkörper, die mit Ionenaustauscher-Perlen als Aggregat arbeiten, vorzugsweise aus etwa 90 bis 97 Gew.-% lonenaustauscherharzperlen und entsprechend 10 bis 3 Gew.-% Vorpolymerisat, also einem Gewichtsverhältnis lonenaustauscherharz-Perlen zu Vorpolymerisat von etwa 9 :1 bis 32 :1, oder 94,3-99,25 Vol.-% Ionenaustauscherharz und 5,7 bis 0,8 Vol.-% Vorpolymerisat. Es wurde gefunden, daß in den genannten bevorzugten Bereichen für Ionenaustauscherharze keine bemerkenswerte Änderung für Perlen mit einer Partikelgröße von 16 bis 100 Siebfeinheit auftritt.

Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen zur weiteren Erläuterung, wobei die Gewichtsprozent-Konzentrationen das Gewicht Aggregat in bezug auf das Gesamtgewicht Aggregat und Vorpolymerisatharz angeben.

Beispiel 1

Es wurde ein Aktivkohle-Formkörper hergestellt, der 95 Gew.-% Aktivkohle, Siebfeinheit 20 χ 40. enthielt.

Zunächst wurden 380 g der Aktivkohle mit 187,5 g entionisiertem Wasser in einem etwa 4 I fassenden Baker-Perkins-Mischer 3 bis 4 Minuten gemischt. 20 g Vorpolymerisat, das durch Umsetzen von Polyoxypropylenglykolen (Molgewicht 1000 bis 4000) mit Toluoldiisocyanat erhalten wurde, wurden zugegeben und weitere 3' Minuten gemischt. Das Gemisch wurde dann mit der Hand in einem Pyrexglas-Rohr mit einem Innendurchmesser von 6,668 cm gepackt und mit durchgelcitetem Dampf gehärtet. Nach dem Härten wurde der Formkörper aus dem Pyrexrohr herausgenommen und zeigte eine ausgezeichnete strukturelle Festigkeit.

Beispiel 2

Es wurde eine Aktivkohle-Patrone, bestehend aus etwa 74 Gew.-% Kohle, Siebfeinheit 30 χ 80, hergestellt. Zunächst wurden 350 g der Kohle mit 626,5 g Wasser, das 15 g eines Katalysators und Vernetzungsmittels aus N,N,N',-N',-tetrakis-(2-hydroxy-propyl)-äthylendiamin enthielt, vorgefeuchtet und dann mit 127,8 g des Vorpolymerisats aus Polyätherglykolen der allgemeinen ίο Formel

HO(C₂H₄O)₃(C3H6O)i(C2H4O)cH (Hydroxylzahl 50,5)

mit Polypropylenglykol (Hydroxylzahl 288,8 und Molgewicht von etwa 400) und Toluoldiisocyanat in einem Baker-Perkins-Mischer etwa 1 Minute gemischt. Das Gemisch wurde dann mit der Hand in ein Pyrexglasrohr, Innendimension 60,96 cm χ 6,985 cm gepackt und etwa 3 Minuten mit Dampf behandelt. Es wurde gefunden, daß dieser Formkörper den Chlorgehalt des Chicagoer Wassers bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 5,68 l/Min. (172 gpm) von 0,4TVMiIl. auf weniger als 0,1 TVMiIl. verringerte.

Beispiel 3

Dieser Aktivkohle-Formkörper bestand aus 30-80 Siebfeinheit Aktivkohle und einem Vorpolymerisat wie in Beispiel 2.

Der fertige Formkörper enthielt etwa 85 Gew.-% Aktivkohle. 700 g der Aktivkohle wurden mit 855 g Wasser und 127,8 g des Vorpolymerisats etwa 3 Minuten gemischt. Das Gemisch wurde dann mit der Hand in ein Pyrexrohr, Innendimension 60,96 cm χ 6,35 cm, gepackt und etwa 6 Minuten Dampf durchgeleitet. Daraus wurde ein 24,45 cm langer Formkörper mit einem Außendurchmesser von 6,35 cm und einem Innendurchmesser von 1,27 cm hergestellt. Chicagoer Wasser, das etwa 0,6 TVMiII. enthielt, wurde behandelt. Bei. einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 5,68 l/Min, wurden etwa 80% Chlor entfernt.

Beispiel 4

Es wurde ein Formkörper hergestellt, der 60 Gew.-% Aktivkohle (30x80 Siebfeinheit) und Vorpolymerisat wie in Beispiel 2 enthielt. Zunächst wurden 700 g der Aktivkohle mit 467 g des Vorpolymerisats in einem Baker-Perkins-Mischer etwa 5 Minuten gemischt. Das Gemisch wurde dann in eine Glasrohre, wie in Beispiel 3, gepackt und dann 10 Minuten Dampf durchgeleitet. Evs wurde eine Patrone mit den gleichen Abmessungen wie bei Beispiel 3 gebildet und Chicagoer Wasser mit einem Chlorgehalt von 0,6TVMiIl. behandelt. Es wurden etwa 80% Chlor entfernt.

Beispiel 5

5") Der Formkörper bestand aus Aktivkohle, und zwar 47% mit einer Siebfeinheit von 30x80 und 25% mit einer Siebfeinheit von 100x200. Es wurden zunächst 248 g Aktivkohle der Siebfeinheit 30x80 mit 82% Aktivkohle der Siebfeinheit 100x200 gemischt. Zu

w) dieser Aktivkohle wurden 250 g Wasser, das 15 g des Katalysators und Vernetzungsmittels Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetrakis-(2-hydroxypropyl)-äthy!endiamin enthielt, zugegeben und sorgfältig gemischt. Dieses Gemisch wurde mit 80.7 g des Vorpolymerisats gemäß Beispiel 2 und 40,35 g

h'> eines Reaktionsproduktes aus Polyoxypropylcnglykolen (Molgewicht etwa 100 bis 1000) mit Toluoldiisocyanat als zweites Vorpolymerisat versetzt. Der Formkörper wurde wie im Beispiel 3 hergestellt. Der 24.45 cm

909 540/3

lange Körper, mit einem Außendurchmesser von 6,35 cm und einem Innendurchmesser von 1,27 cm zeigte eine Leistung bei der Behandlung von Chicagoer Wasser mit etwa 0,56 T/Mill. Chlor, die bei mehr als 95% Chlorentfernung lag.

Beispiel 6

Es wurden zunächst 15 Vol.-Teile des zweiten Vorpolymerisats aus Beispiel 5 mit 7 Vol.-Teilen Wasser und 78 Vol.-Teilen granulierter Holzkohle (durchschnittliche Korngröße von 0,635 mm bis 1,27 mm) zusammengebracht und sorgfältig miteinander gemischt, so daß alle Kohleteilchen gleichmäßig mit dem Polyurethan-Vorpolymerisat überzogen wurden. Dann wurden 3 Tropfen Tetramethylbutyldiamin zugegeben und das Gemisch sofort in eine ringförmige Form gebracht, die 25,08 cm lang war und einen Außendurchmesser von 6,985 cm und einen 1,905 cm zentralen Hohlkern aufwies. Das Volumen der Form entsprach etwa dem Gesamtvolumen der obengenannten Bestandteile in ihrem nichtumgesetzten Zustand. Die Form hatte feste Wände, so daß die Aggregatpartikel aneinander anstoßend gehalten wurden.

Die mit den Reaktionsbestandteilen gefüllte Form wurde in einen Ofen gebracht und bei einer Temperatur von 79,44°C etwa '/2 Stunde gehalten. Nach dieser Zeit war das Polyurethan gehärtet.

Die Filterpatrone wurde dann ausgeformt und nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur auf ihre Leistung beim Entfernen feststellbarer Geschmacks- und Geruchsstoffe aus Trinkwasser untersucht. Die mit dieser Kohlepatrone erzielten Ergebnisse waren günstig im Vergleich mit denjenigen, die mit üblichen Holzkohlepatronen erzielt werden, bei denen die Kohlegranulate in einem Cellulosegehäuse imprägniert werden.

Beispiel 7

Bei diesem Versuch wurde ein Aktivkohle-Formkörper nach dem Extrudierverfahren hergestellt. Er enthielt 77 Gew.-% Aktivkohle (20 χ 40 Siebfeinheit). Es wurden 686,4 g der Aktivkohle mit 202,5 g des Vorpolymerisats gemäß Beispiel 5 (zweites Vorpolymerisat) in einem etwa 41 fassenden Baker-Perkins-Mischer etwa 5 Minuten gemischt und dann in einen Trichter eines »Hobart«-Fleischhackextruders gebracht. Das Gemisch wurde durch einen Schneckengang in eine 20,32 cm lange Extrudierkammer mit einem Innendurchmesser von 6,985 cm mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,54 cm pro Minute extrudiert, während in die Extrudiermasse etwa 3,63 kg/Stunde Dampf durch einen etwa 1,27 cm Hohldorn eingeführt wurde. Ein Stück des extrudierten Formkörpers, das 12,70 cm lang war und einen Außendurchmesser von 6,985 cm und einen Innendurchmesser von 1,27 cm aufwies, wurde zur Entfernung von Chlor aus Chicagoer Wasser mit einem Chlorgehalt von etwa 0,6 T/Mill. verwendet. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug etwa 12,355 l/Minute. Bei dieser Strömungsgeschwindigkeit wurden etwa 80% Chlor entfernt. Es wurden auch Rauchpartikelchen aus durchgeblasenen Zigarettenrauch entfernt.

Beispiele \

Auch dieser Formkörper wurde durch Extrudieren hergestellt und enthielt 64 Gew.-% Aktivkohle (20x40

ίο Siebfeinheit). Es wurden 700 g der Aktivkohle mit 400 g des zweiten Vorpolymerisats gemäß Beispiel 5 in einem Baker-Perkins-Mischer etwa 5 Minuten gemischt. Sechs solche Füllungen wurden hergestellt und kontinuierlich in den »Hobart«-Extruder gemäß Beispiel 7 gebracht.

i) Dieser war dahingehend abgeändert, daß das Gemisch mit einer Geschwindigkeit von etwa 19,05 cm/Min, in eine 35,56 cm lange 6,985-cm-Extrudierkammer extrudiert wurde, wobei durch einen 1,27-cm-Dorn etwa .3,63 kg/Stunde Dampf zugeführt wurde. Ein so hergestellter Formkörper, der 24,45 cm lang war und einen Außendurchmesser von 6,985 cm und einen Innendurchmesser von 1,27 cm aufwies, wurde zur Entfernung von Chlor aus Chicagoer Wasser verwendet. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug etwa 7,57 l/Min, und der

>-> Chlorgehalt wurde um etwa 65% verringert. Ein anderes Stück, das mit etwa 30,48 cm/Min, extrudiert wurde, verringerte den Chlorgehalt um etwa 50%.

Beispiel 9

Der bei diesem Versuch extrudierte Formkörper enthielt ein zusammengesetztes Aggregat, bestehend aus Aktivkohle mit einer 30x80-Siebfeinheit und Aktivkohle einer 100x200 Siebfeinheit. Es wurden

r, 1,575 g der 30 χ 80 Siebfeinheit Aktivkohle und 525,6 g 100x200 Siebfeinheit Aktivkohle mit 255,6 g des Vorpolymerisats gemäß Beispiel 5 (zweites Vorpolymerisat) und 511,2 g des Vorpolymerisats gemäß Beispiel 2 zusammen mit 1500 g Wasser und 90 g des Katalysators

ίο und Vernetzungsmittels gemäß Beispiel 5 gemischt. Das Gemisch wurde wie in Beispiel 7 extrudiert.

Die Leistungsfähigkeit dieses Formkörpers wurde bei der Chlorentfernung aus Chicagoer Wasser untersucht. Die Daten sind in Tabelle 1 angeführt. Die Strömungs-

i; geschwindigkeit wurde konstant auf 5,68 l/Min, gehalten und das zufließende Wasser hatte einen Chlorgehalt von etwa 0,55 T/Mill. Wie ersichtlich, wurde mit dem Formkörper praktisch das gesamte Chlor aus dem Wasser entfernt, und zwar bei einem Gesamtzufluß bis

-,ο zu 681,30 1 und sie zeigte eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit, wenn der Gesamtdurchfluß 3917,48 1 betrug.

Vergleichsversuche, deren Ergebnisse in den Tabellen 2, 3 und 4 angegeben sind, zeigen die Überlegenheit der erfindungsgemäß hergestellten porösen Körper gegen-

r> über handelsüblichen Ausführungsformen.

Tabelle 1

Chlorentfernung mit einer erfindungsgemäß hergestellten Aktivkohle-Patrone (Beispiel 9)

GesamtfluIJ (Il	Strömungs geschwindigkeit (i/Min)	Wassertemperatur ( C)	Druckabfall über der Patrone (jtm.)	Chlorgehalt /ull u Ii	(T/Mill.) \hllulJ
0 340,65 681.30	5,68 5.68 5.68	21,0 21,0 21,0	4,66 4,29 4,66	0,57 0,57 0,58	0,00 0.00 0,(X)

it

Fortsetzung	Strömungs	Wassertemperatur	Druckabfall über	Chlorgehalt	(T/Mill.)
Gesamtfluß	geschwindigkeit		der Patrone
	(l/Min)	( C-)	(atm.)	Zufluß	Abfluß
(D	5,68	21,0	4,66	0,58	0,064
1021,95	5,68	21,0	4,85	0,58	0,084
1362,60	5,68	21,0	5,03	0,58	0,084
1703,25	5,68	21,5	4,29	0,54	0,084
2043,90	5,68	21,0	4,66	0,56	0,084
2384,55	5,68	21,0	5,12	0,56	0,096
2725,20	5,68	21,0	.5,78	0,57	0,096
3065,85	5,68	21,0	6,15	0,57	0,10
3406,50	5,68	21,0	6,90	0,55	0,12
3747,15

Tabelle 2

Chlorentfernung mit einer Aktivkohlefilter-Patrone A

Gesamtfluß	0	Strömungs	Wassertemperatur	Druckabfall quer	Chlorgehalt	(T/Mill.)
	340,65	geschwindigkeit		durch die Patrone
(D	681,30	(l/Min.)	(Q	(atm.)	Zufluß	Abfluß
1021,95	5,68	22,5	8,76	0,56	0,05
1362,60	5,68	22,5	3,73	0,56	0,063
1703,25	5.68	22,5	4,47	0,55	0,065
2043,90	5,68	22,5	4,66	0,55	0,065
2384,55	5,68	22,5	5,03	0,56	0,065
2725,20	5,68	22,5	5,60	0,56	0,093
3065,85	5,68	22,5	6,15	0,56	0,100
3406,50	5,68	22,0	5,60	0,49	0,075
3737,15	5,68	21,5	5,96	0,55	0,093
5,68	21,5	6,34	0,56	0,093
5.68	21,5	6,71	0,58	0,100
5,68	21,5	6,99	0,58	0,110

Tabelle 3

Chlorentfernung mit einer Aktivkohlefilter-Patrone B

Gesamtfluß	0	Strömungs	Wassertemperatur	Druckabfall quer	Chlorgehalt	(T/Mill.)
	181,68	geschwindigkeit		durch die Patrone
(1)	363,36	(l/Min.)	(C)	(atm.)	Zufluß	Abfluß
545,04	6,06	22,5	5,22	0,48	0,00
726,72	6,06	22,5	6,34	0,52	0,00
908,40	6.06	22,5	9,51	0,54	0.00
1090.08	6.06	22,5	11.37	0,54	0,00
1271.76	5.68	22,5	13,79	0,55	0,00
1453,44	5.68	22.5	16,12	0,5 >	0,025
1635,12	5.68	22,5	1¹>,2'J	0.55	0,046
1816,80	5.68	22.5	20.69	0,55	0,065
5.68	22.5	23,11	0,55	0,065
5.68	22.5	25.¹M	0.55	0.065
5,68	22.5	29.26	().5(i	(MXo

15 42 27b

Tabelle 4

Chlorentfernung mit einer Aktivkohleniter-Patrone C

Gesamtfluß	0	Strömungs	Wassertemperatur	Druckabfall quer	Chlorgehalt	(T/Mill.)
	302,80	geschwindigkeit		durch die Patrone
(D	764,57	(l/Min.)	( C)	(atm.)	Zufluß	Abfluß
1059,80	5,68	25,0	1,21	0,78	0,1
1752,45	5,68	24,5	1,30	0,53	0,12
3198,38	5,68	24,5	0,932	0,605	0,244
5045,40	5,53	24,5	0,932	0,74	0,36
8485,97	5,41	23,5	1,21	0,78	Ό,24
5,68	23,5	1,68	0,54	0,28
5,30	23,5	1,30	0,53	0,29
5,30	23,5	1,49	0,60	0,32

Die Leistungswerte für die handelsübliche Patrone A sind in Tabelle 2 angeführt. Diese Patrone war für axialen Durchfluß vorgesehen und enthielt 380 g einer 20x40 Siebfeinheit schalenkörnigen Aktivkohle. Sie war 24,765 cm lang und ihr Durchmesser betrug an der breitesten Stelle 7,62 cm und 6,985 cm an ihren Enden. Der Zentralkern hatte einen Durchmesser von etwa 2,54 cm. Eingebettet in die Patrone waren ein Vorfilter und ein Nachfilter aus gepreßten Cellulosefasern. Die Patrone war für einen Durchfluß von 5,68 l/Min. bemessen und wurde durch eine äußere Kunststoffhaut zusammengehalten. Letztere war am Oberteil mit Eintrittsöffnungen und am Boden an der Wand der Zentralröhre mit einem porösen Gitter versehen. Die Zentralröhre erstreckte sich entlang des Filters.

Die Vergleichszahlen, die mit der Patrone A und derjenigen gemäß Beispiel 9 erhalten wurden, zeigen, daß die erfindungsgemäß hergestellte Patrone bei den höheren Belastungsgrenzen gleichwertig ist der verhältnismäßig komplexen und kostspieligen Patrone A, und daß sie bei den niedrigeren Belastungsgrenzen die Patrone A im wesentlichen übertrifft. Es wurden bei niedrigeren Gesamtflußwerten quer durch die Patrone A auch größere Druckabfälle beobachtet als mit der erfindungsgemäß hergestellten Patrone erhalten wurden.

Die Angaben in Tabelle 3 betreffen eine handelsübliche Filterpatrone B, die auch für Radialdurchfluß vorgesehen war. Sie enthielt etwa 200 g einer feinen Aktivkohle (etwa 100x200 Siebfeinheit), die durch ein Bindemittel zusammengehalten wurde. Diese Patrone war mit einem Außenfilter aus Holzfasern versehen, die zum Filtrieren von Wasser und Zurückhalten loser Kohleteilchen vorgesehen war, die aus dem gebundenen Kohlekörper ggf. abbrechen können. Die Kohle in dieser Patrone ist mit einem Bindemittel vermischt und auf einem aus einem Kunststoffgitter bestehenden Zentralrohr gebildet. Um das Rohr ist Filierpapier gewickelt. Die Länge der Patrone betrug 24,765 cm und der Außendurchmesser 6,985 cm. Sie war für einen Durchfluß von 5,68 l/Min, bemessen. Das Filter wurde durch das Zentralrohr zusammengehalten, das an jedem Ende eine biegsame Kunststoffkappe sowie ein geriffeltes Außengittcr, ebenfalls aus biegsamem Kunststoff, aufwies. Die Angaben in Tabelle 3 zeigen, daß die Patrone I) wohl zufriedenstellende Ergebnisse bei der Entfernung von Chlor für den gesamten getesteten Durchfluß ergab, aber der Druckabfall quer durch die Patrone besonders hoch war und 29,26 atm zeigte, wenn der Gesamtdurchsatz durch das Filter etwa 1892,501 betrug. Der Druckabfall quer durch die erfindungsgemäß hergestellte Patrone betrug für den gleichen Spitzenfluß etwa 4,66 atm.

In Tabelle 4 sind die Werte für die handelsübliche Filterpatrone C angegeben, die ebenfalls für Radialfluß vorgesehen war. Sie enthielt etwa 320 g einer 20x40 Siebfeinheit Aktivkohle. Das Außengitter dieser Patrone bestand aus einem porösen Kunststoff und diente als Vorfilter für das Wasser und zum Zurückhalten der lose gepackten Kohle in der Patrone. Die Patrone hatte eine Länge von 25,24 cm und einen Durchmesser von 6,985 cm. Der Durchmesser des Innenkerns war 2,68 cm.

Letzterer bestand aus einem starren Kunststoffgitter, um das ein Faden gewickelt war, um sowohl einen Behälter für die Kohle als auch ein Filter für das Wasser zu schaffen.

Die Prüfung der Daten in Tabelle 4 zeigt, daß die Aktivkohlepatrone gemäß Beispiel 9 bei der Entfernung von Chlor im wesentlichen leistungsfähiger war als die Filterpatrone C. Wenn beispielsweise der Gesamtdurchsatz durch die Filterpatrone C 5045,40 1 betrug, war diese Patrone nur fähig, 45% des Chlorgehaltes des zufließenden Wassers zu entfernen.

Die Angaben in den Tabellen 1 bis 4 zeigen, daß die erfindungsgemäße Patrone mit Aktivkohle bei der Behandlung der Flüssigkeit verglichen mit der verhältnismäßig kostspieligen und sperrigen Patrone A hinsichtlich der Chlorentfernung und des Druckabfalles günstig abschneidet, verglichen mit der Patrone B hinsichtlich der Chlorentfernung mindestens gleichwertig, aber in bezug auf den Druckabfall weit überlegen ist. Der Vergleich mit der Patrone C zeigt, daß die

y-> erfindungsgemäß hergestellte Patrone bei der Chlorentfernung weit besser ist.

Beispiel 10

Die Patrone mit lonenaustauscherharz dieses Bei-

(,(i spiels bestand aus 94,7 Gew.-% lonenaustauscherharz.

Zur Herstellung der Patrone wurden 1,489 g eines 16x50 Siebfeinheit Kationenaustauscherharzes (Natriuniform) mit 41,7 g des Vorpolymerisats aus Beispiel 2, 41.7 g des zweiten Vorpolymerisats ims Beispiel 5 und

(5 10 kg des Katalysators und Vcrnctzungsmittels aus Beispiel 5 mit einem Spatel in einem Polyäthylen-Eimer einige Minuten gemischt. Das Gemisch wurde dann in ein Pyrexglasrolir, das eine Länge \on 91.44cm und

einen Innendurchmesser von 6,35 cm hatte, eingebracht und etwa 20 Minuten Dampf durchgeleitet. Aus der Masse wurde eine Patrone hergestellt und auf ihre Eigenschaft, das Wasser weichzumachen, geprüft. Es wurde hierfür Chicagoer Stadtwasser verwendet.

Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 5 zusammengefaßt. Zum Vergleich wurden ähnliche Versuche mit einem HS^ö-cm-Losebett-Kationenaustauscher zum Weichmachen von Wasser durchgeführt. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 6 angeführt. Die Untersuchung der Tabellen 5 und 6 zeigt, daß die erfindungsgemäß hergestellte Patrone leistungsfähiger ist als der Losebett-Kationenaustauscher-Wasserweichmacher, nämlich 88% gegenüber 80%. Der sehr niedrige Druckabfall quer durch die Patrone gemäß Beispiel 10 beweist deutlich, daß die Polyurethan-Matrix die Zwischenräume zwischen den Ionenaustauscherharz-Perlen nicht vollständig ausfüllt.

Tabelle 5

Ergebnisse erhalten mit einer erfindungsgemäß hergestellten Kationenaustauscherharz-Patrone (Beispiel 10)

Gesamtfluß	Strömungs	Wassertemperatur	geschwindigkeit	Tabelle 6	C¹C)	Druckabfall quer	Patrone	Härte	3,785 1)	mit einem üblichen 143,76 cm Losebett-Kationenaustauscherharz-	Wassertemperatur	I	pro 3,785 1)
	(l/Min.)	Ergebnisse erhalten	23	durch die		(Körner pro	Abfluß			Härte	Abfluß
(D	3,03	Wasserweichmacher	23	fatm.)		Zufluß	' 2,3	Strömungs	(C)	(Körner
590,46	0,908	Gesamtfluß	23	0,56		9,0	1,0	geschwindigkeit		Zufluß
598,03	2,65		23	0,093		9,0	1,5	(l/Min.)
628,31	7,95	(D		0,372		9,0	2,8
787,28		1,304		9,0

0	0,757	22,0	8,3	0,0
56,775	0,757	22,0	8,3	0,0
113,55	0,757	22,0	8,3	0,4
170,33	0,757	22,0	8,3	0,5
217,10	0,757	21,5	8,3	1,2
283,88	0,757	21,5	8,3	1,2
340,65	0,757	21,5	8,3	1,4
397,43	0,757	21,5	8,5	1,4
454,20	0,757	21,0	8,6	1,5
510,98	0,757	21,0	8,6	1,6
567,75 "	0,757	21,0	8,6	1,6
624,53 .	0,757	21,0	8,6	1,8
681,30	0,757	21,0	8,6	2,0
738,08	0,757	21,0	8,6	2,0
794,85	0,757	21,0	8,4	2,4
851,63	0,757	21,0	8,5	3,0
897,05	0,757	21,0	8,5	3,8

Beispiel 11

Die Patrone aus Ionenaustauscherharz-Perlen bestand aus etwa 96,5 Gew.-% Ionenaustauscherharz-Perlen. Es wurden hierfür 1,489 g Harzperlen (Natriumform), Siebfeinheit 16 χ 50, mit 28,4 g des Vorpolymerisats aus Beispiel 2, 28,4 g des zweiten Vorpolymerisats aus Beispiel 5 und 10 g des Katalysators und Vernetzungsmittels aus Beispiel 5 mit einem Spatel in einem Polyäthylen-Eimer einige Minuten gemischt. Das

Gemisch wurde dann in ein Pyrexglasrohr, Länge 91,44 cm, Innendurchmesser 6,35 cm, gepackt, und etwa 20 Minuten dampfgetestet. Es wurde gefunden, daß die Kapazität und Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Weichmachens die gleichen waren wie bei der Patrone gemäß Beispiel 10.

Beispiel 12

Die Patrone zur Flüssigkeitsbehandlung wurde so hergestellt, daß zunächst 15 Vol.-Teile des zweiten

909 549/3

15 42 27b

Vorpolyinerisats aus Beispiel 5 mit 7 Vol.-Teilen Wasser und 78 Vol.-Teilen synthetischen Styrolperlen (durchschnittlicher Durchmesser etwa 0,635 mm) miteinander vermischt wurden, derart, daß alle Styrolperlen einen gleichmäßigen Überzug aus Vorpolymerisat erhielten. Dann wurden 3 Tropfen Tetramethylbutyldiamin zugegeben und das Gemisch sofort in eine Ringform gebracht, die eine Länge von 25,08 cm und einen Durchmesser von 6,985 cm hatte. Der zentrale Hohlkern der Form hatte 1,905 cm. Das Volumen der Form entsprach ungefähr dem Gesamtvolumen der genannten Bestandteile in ihrem nichtumgesetzten Zustand.

Die mit diesen Bestandteilen gefüllte Form wurde dann in einen Ofen gebracht und etwa V2 Stunde bei 79,44⁰C gehalten. Nach dieser Zeit war das Polyurethan gehärtet. Anschließend wurde die Filterpatrone entformt und nach Kühlen auf Zimmertemperatur auf ihre Leistungsfähigkeit als Wässerweichmacher untersucht. Die mit dieser Filterpatrone erzielten Ergebnisse schnitten bei einem Vergleich mit einer üblichen Einrichtung, in der identische Styrolperlen lose in einem röhrenförmigen Gehäuse gepackt waren, günstig ab.

■ Beispiel 13

Es wurde eine Flüssigkeitsbehandlungspatrone, bestehend aus einem zusammengesetzten Aggregat, nämlich synthetische Styrolperlen, granulierte Holzkohle und Mangangrünsand, hergestellt. Die Bezeichnung »Teile« sind Vol.-Teile. Zu 22 Teilen des zweiten Vorpolymerisats aus Beispiel 5 wurden 10 Teile Wasser, 25 Teile granulierte Holzkohle (durchschnittliche Korngröße von 0,635 mm- 1,27 mm), 25 Teile synthetische Styrolperlen (durchschnittlicher Durchmesser etwa 0,635 mm) und 28 Teile Mangangrünsand (durchschnittlicher Durchmesser etwa 0,508 mm) zugegeben. Diese Bestandteile wurden sorgfältig miteinander vermischt, so daß alle Aggregatpartikel einen gleichmäßigen Überzug aus dem Urethan-Vorpolymerisat erhielten. Dann wurden 3 Tropfen Tetramethylbutyldiamin zugefügt und das Gemisch sofort in eine Ringform gebracht. Diese hatte eine Länge von 25,08 cm, einen Außendurchmesser von 6,985 cm und einen zentralen Hohlkern von 1,90.5 cm. Das Volumen der Form entsprach ungefähr dem Gesamtvolumen der genannten Bestandteile in ihrem nichtumgesetzten Zustand.

Die mit diesen Bestandteilen gefüllte Form wurde in einen Ofen gebracht und etwa '/2 Stunde bei einer Temperatur von 79,44⁰C gehalten. Nach dieser Zeit war das Polyurethan gehärtet.

Die Leistung dieser Filterpatrone war beim Behandein von Trinkwasser zufriedenstellend.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen