DE1611108A1 - Verfahren zur Herstellung von Porenmembranen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Porenmembranen

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DE1611108A1
DE1611108A1 DE19681611108 DE1611108A DE1611108A1 DE 1611108 A1 DE1611108 A1 DE 1611108A1 DE 19681611108 DE19681611108 DE 19681611108 DE 1611108 A DE1611108 A DE 1611108A DE 1611108 A1 DE1611108 A1 DE 1611108A1
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DE
Germany
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gel
membrane
drainage
drying
membranes
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Pending
Application number
DE19681611108
Other languages
English (en)
Inventor
Ursula Heyse
Dr Otto Meyer-Berge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kalle GmbH and Co KG
Original Assignee
Kalle GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to FR6901351A priority patent/FR2000803A1/fr
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Publication of DE1611108A1 publication Critical patent/DE1611108A1/de
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0095Drying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14Dynamic membranes
    • B01D69/141Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
    • B01D69/148Organic/inorganic mixed matrix membranes

Description

  • Beschreibung Verfahren zur Iferstellung von Porenmembranen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Porenmembranen mit gerichteter Kapillarstruktur durch Eindiffundieren von Gegenionen in Polyelektrolytsole.
  • Es ist beispielsweise bekannt, daß durch überschichten eines Matriumalg:inatsols mit einer Kupferchioridlösung ein Gel entsteht, das runde, gerade und gleichförmige Kapillarröhren aufweist. Durch einen Vorgang tropfiger Entmischung kommt. es in dem wachsenden Gel zur Bildung zahlreicher tröpfchen, welche dem Gel eine Kapillaren struktur aufprägen und wobei gleichzeitig eine ionotrope Ausrichtung des Polyelektrolyten zustande kommt (DBP 1 011 8530.
  • Weiterhin ist bekannt, daG die gebildeten Gelmembranen nach Entwässerung und L.:inlagerung geeigneter polymerisationsfähiger Komponenten in ihrem strukturellen Aufbau so verstärkt werden, daß sie für technische Anwendungen ausreichende mechanische Festigkeit und Plexibilität erlangen. Dieses Verfahren wird so durchgeführt, daß zunächst das Gelwasser durch mehrfache Lösungsmittelbehandlung vollständig verdrängt wird, worauf ein oder mehrere gelöste Komponenten, welche zur Polymerisation oder Polykondensation befähigt sind, in das Gel eingebracht werden. Anschließend wird durch Wärme oder energiereiche Strahlung polymerisiert.
  • Gemäß der Erfindung wurde nun gefunden, daß die zeitraubende und technisch aufwendige Entwässerung der Gel membranen über eine Lösungsmittelreihe durch eine einfache Maßnahme umgangen werden kann, wobei die entwässerte Membranfolie neue und technisch wünschenswerte Eigenschaften enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Schichten des erhaltenen Kapillargels auf porösen Unterlagen, gegebenenfalls unter Absaugung, entwässert und anschließend getrocknet werden.
  • Die geschnittenen gelförmigen Kapillarmembranen werden nach Auswaschen überschüssiger Elektrolytlösung auf intensiv wasserentziehenden Unterlagen, wie Ton- Porzellan-Platten oder Platten aus Gips, Bentonit, Kieselgur, Kreide und dergleichen aufgebracht. Auch sind glatte poröse Unterlagen aus gesintertem Glas, Kunststoff oder Metall verwendbar, wobei einseitig ein Unterdruck angelegt wird. In beiden Fällen verdichtet sich das Gelgerüst durch Entwässerung sehr schnell und die Membran sci-irumpft auf ca. cO 0 ihrer ursprünglichen Dicke. In den beiden anderen Dimensionen tritt fast keine Schrumpfung ein, so daß die gleichförmige Kapillarstruktur, der Durchmesser der einzelnen Kapillaren sowie das Verhältnis der Porenflache zur Gesamtoberfläche der membran pralttisch nicht verändert werden. Die Schrumpfung des Gelgerüstes ist irreversibel, es tritt also bei Zutritt von Wasser keine erneute Quellung oder Dickenzunahme ein.
  • Durch diese Verdichtung des Gels ist es möglich, wesentlich dünnere Porenmembranen herzustellen, als dies bisher infolge der technisch begrenzten Schnittdicke der Gelmembranen möglich war. Durch-die Entwässerung und anschließende Trocknung wird die Struktur der Membranen so verdichtet und verfestigt, daß für viele hnwendungszwecke, bei denen keine stärkere mechanische Beanspruchung auftritt, das zusätzliche Einbringen polymerisierbarer Komponenten zur Verfestigung der Gelmembran nicht mehr erforderlich ist Das erfindungsgemä#e Verfanren ist weiternin durch seine vielfachen Variationsmöglichkeiten besonders vorteilhaft und ffthrt neben einer Verkürzung und Vereinfachung des Verfahrensablaufs zu Produkten mit neuen, vorteilhaften Eigenschaften.
  • So kann durch Anwendung eines Pressdrucks auf die Gelschicht während der Entwässerungsphase außerdem eine Verformung bzw. Verengung der Poren erreicht werden wodurch die Durchgängigkeit der Poren verringert, jedocn nicht völlig aufgehoben wird. Dieser Effekt ist für manche Anwendun£szwecke, z. B. Staubfiltration von erheblicher praktischer Bedeutung.
  • Durch Vornahme der Entwässerung auf kontinuierlich arbeitenden Saugtrommeln kann das Verfahren weiterhin vereinfacht und beschleunigt werden.
  • Wird eine zusätzliche Entwässerung durch Behandlung mit einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel vorgenommen, so beträgt der Zeitbedarf flir die Trocknung nur einige Minuten gegenüber mehreren Stunden bei Trocknung wasserhaltiger Gelschichten.
  • Besonders elastische Membranen mit hoher Biegefestigkeit werden erhalten, wenn die entwasserte Membran vor der Trocknung mit einem Glykol oder Polyglyliol, Glycerin ode dergleichen getränkt wird.
  • Eine zusätzliche Verfestigung der dünnen Membranen durch Vernetzung mit polymerisierbaren Substanzen oder durch Imprägnierung mit Lacken oder Dispersionen ist je nach Verwendungszweck noch möglich, ohne die Porenstruktur zu beeinträchtigen. Die Behandlung wird in an sich bekannter Weise vorgenommen, wobei insbesondere die Einpolymerisation von Polyurethanen besonders vorteilhaft ist, da sie der Membran eine hohe Elastizität verleiht. Weiterhin ist es in verfahrenstechnischer Hinsicht besonders wünschenswert, eine Verfestigung der Membran durch Tränken mit wäßrigen Lösungen oder Dispersionen von Kunstharzen vorzunehmen, da hierbei die Verwendung flüchtiger oder brennbarer Lösungsmittel ganz umgangen werden kann. Als hierfür geeignete Kunstharze kommen beispielsweise solche auf der Basis von Melamin-Epoxidharz-Ester oder Alkydharze infrage, die in an sich bekannter Weise katalytisch oder thermisch gehärtet werden.
  • Porenmembranen mit sehr glatter ? plan liegender Oberfläche werden erhalten, wenn die Trocknung durch Aufspannen auf glatte, gewölbte Flächen bei normaler oder erhöhter Temperatur vorgenommen wird.
  • Die erfindungsgemäß hergestellten Hembranen mit einer Dicke von etwa 50 - 400 /um haben gegenüber den früher erzeugten, etwa 10-fach dickeren @enbranen den Vorteil, da# die Porengrö#e infolge der geringen Schichtdicke wescntlich genauer definiert ist und Richtungsabreichungen der Kapillaren sich nicht mehr bemerkbar machen.
  • Die dünnen Membranen sind bevonzugt verwendbar als spezielle Siebe und Filter für Gas- und Flüssig@eitsfiltration mit hohen Durchsützen im Querschnitt, als Katalysatorsiebo und -träger sowie als Rasterfolien für Reproduktionszwecke. Infolge der geringen Schichtdicke sind Metallisierungen auf stromlosem, auf Gavanischem Wege oder durch Bedampfung wesentlich einfacher und erschließen weitere Möglichkeiten der Anwendung.
  • Die folgenden Ausführungsbeispiele geben nur einige der möglichen Ausführungsformen der erfindung an.
  • Beispiel 1: Durch Eindiffundieren von Kupfer-Ionen aus 1-n Eupfernitratlösung in 1, 8 %iges Sol aus Natriumalginat wird ein Kapillargel mit einer Dicke von etwa 15 mm ner*estellt. Hit Hilfe eines horizontal schwingenden Messers wird die oberste porenfreie Schicht entfernt, anschliessend werden in gleicher Weise Gelschichten von etwa @ mm Dicke abgeschnitten. Die Gelschichten werden auf Tonplatten hoher Saugfähigkeit aufgebracht, wobei nach 3 liinuten eine Dickenschrumpfung uo oO O eintritt.
  • Werden dieselben Gelschichten auf poröse Glassinterplatten aufgebracht und einseitig einem Unterdruck ausgesetzt, so tritt bereits nach 5 Minuten eine Dickenschrumpfung un 30 % ein. Die in dieser Weise geschrumpften, weitgehend entwasserten Porenmembranen werden bei Temperaturen von etwa 60 - 800 G zwischen perforierten Metallplatten oder nach Aufspannen auf Glas zylinder bei Zimmertemperatur getrocknet. Man erhält Porenmembranen mit einer Dicke von 200 µm.
  • Beispiel Die Hembran wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, entwässert, geschrumpft und sodann in Aceton eingebracht.
  • Wird bei normaler Temperatur nach Aufspannen auf einen Glaszylinder getrocknet, so beträgt die Trocknungszeit weniger als 10 % gegenüber einer Trocknung aus wäßriger Phase.
  • Beispiel 3 : Die gemäß Beispiel 1 hergestellte Membran wird in eine Lösung von Glycerin in Wasser eingelegt und vorsichti£ abgequetscht. Nach Trocknen unter den in Beispiel 1 oder 2 angegebenen Bedingungen erhält man eine elastische Membran mit hoher Biegefestigkeit. Anstelle einer Lösung von Glycerin in Wasser kann auch eine solche in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel wie Äthanol oder Aceton verwendet werden.
  • Beispiel 4: Verwendet man relativ dicke Gelschichten von 4 mm icke und entwässert zwischen zwei saugfähigen, porösen Platten aus Ton unter gleichzeitiger Anwendung eines Preßdrucks, so erhält man eine Membran, deren Kapillaren durch Deformation verengt sind, so daß ihre Durchgängigkeit verringert, jedoch nicht völlig aufgehoben ist. Die weitere Verarbeitung erfolgt wie in den Beispielen 1 bis 3 beschrieben.
  • Beispiel 5: Die gemäß Beispiel 1 hergestellte Membran wird nach Entfernen des Restwassers durch mehrfache Behandlung mit Aceton in eine 50 %ige benzolische Lösung von Hexamethylendiisocyanat und einem Polyester eingebracht und durch eine sechsstündige Behandlung bei etwa 70° C polymerisiert bzw. vernetzt. Man erhält sehr dünne Porenmembranen hoher Elastizität, mechanischer Festigkeit und chemischer Widerstands fähigkeit in einer Dicke, die nur 5 - 10 % der nach bisher bekannten Verfahren hergestellten Membranen ausmacht.
  • Beispiel 6 : Eine gemä# Beispiel 1 hergestellte Membran wird durch Eintauchen in eine wä#rige Lösung eines Polymer-Lackes auf der Basis von Uielamin geringer Viskosität getränkt. Die Härtung erfolgt in an sich bekannter Weise durch Zugabe von Ammoniumnitrat und durch Ervärmen auf 109° C. Dic Kapillaren werden mit Hilfe eines gerichteten Luftstroms offengehalten, wobei gleichzeitig das Wasser verdunstet. Man erhält Porenmembranen hoher Elastizität und verbesserter mechanischer Widerstandsfähigkeit.
  • Beispiel 7: man trocknet Porenmembranen mit einer Dicke von etwa 400 µm, die gemäß den Beispielen 1 oder 2 hergestellt sind und noch Reste von Wasser bzw. Lösungsmittel entiialten, durch Aufspannen auf einen glatten Metallzylinder bei Zimmertemperatur. Es werden dünne Porenmembranen mit sehr glatter Oberfläche und guter Planlage erhalten.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstollunz von Porenmembranen mit gerichteter Kapillarstruktur durch Eindiffundieren von Gegenionen in Polyelektrolytsole, dadurch gekennzeichnet, daß Schichten des ernaltenen Kapillargels auf porösen Unterlagen, gegebenenfalls unter Absaugung, ent-T ssert und anschlie#end getrocknet werden 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Entwässerung ein Pre#druck auf die Gelschicht ausgeübt wird.
    3. Verfahren gemaß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerung auf kontinuierlich arbeitenden Saugtrommeln vorgenommen wird.
    4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Entwässerung auf porösen Unterlagen eine weitere Entwässerung durch Behandlung mit organischen Lösungsmitteln, die mit Wasser mischbar sind, und anschließende Trocknung erfolgt.
    5. Verfahren gemä# Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Verfestigung durch Linpolymerisieren von entsprechenden Verbindungen vorgenommen wird.
    6. Verfahren gemäß Anspruch- 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Polyurethane einpolymerisiert werden.
    7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die entwässerte Membran vor der Trocknung mit einen Glycerin, einem Glykol oder Polyglykol getränkt wird.
    8. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die entwässerte Membran durch Tränken mit wäßrigen Lösungen oder Dispersionen von Kunstharzen und Härtung derselben verfestigt wird.
    9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung durch Aufspannen der Membran auf glatte, gewölbte Flächen vorgenommen wird.
DE19681611108 1968-01-26 1968-01-26 Verfahren zur Herstellung von Porenmembranen Pending DE1611108A1 (de)

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