DE1929158C3 - Verfahren zum Herstellen einer verstärkten semipermeabler Schlauchmembran - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer verstärkten semipermeablen Membran von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Es ist kontinuierlich durchführbar und liefert eine biegsame Schlauchmembran in praktisch unbegrenzter Länge.

Es ist bekannt, daß sehr dünne Filme aus einem filmbildenden vollsynthetischen Polymeren semipermeabel und wegen dieser Eigenschaft als Membran technisch brauchbar sind, beispielsweise zum Entsalzen von Wasser durch Druckosmose und zur Ultrafiltration. Filmbildende vollsynthetische Polymere können dabei hochmolekulare organische Stoffe sein, beispielsweise Celluloseester, wasserunlösliche Celluloseäther oder Polyamide. Es ist auch bekannt, diese semipermeablen Membranen aus einer Lösung eines filmbildenden vollsynthetischen Polymeren herzustellen, indem man Hip lösung auf eine Unterlage aufträgt, von der Oberfläche der aufgetragenen Schicht einen Teil des Lösungsmittels der Lösung verdunsten läßt und daraufhin aus dem übrigen Teil der Lösung, aus welcher die aufgetragene Schicht besteht, das filmbildende Polymere mit einer Fällflüssigkeit ausfällt Die Fällflüssigkeit ist mit dem in der Lösung des fiimbildenden Polymeren enthaltenden Lösungsmittel mischbar, löst aber das filmbildende Polymere nicht oder nur wenig. Beim Verdunsten eines Teiles des Lösungsmittels der aufgetragenen Lösung bildet sich in der Oberseite eine extrem dünne Haut, die das einzige semipermeable Element der semipermeablen Membran bildet, während die durch Ausfällen unter der Haut gebildete grobe, hochporöse Unterschicht permeabel ist und keine selektiven Eigenschaften aufweist; sie ist ein ausschließlich stützendes Element der semipermeablen Membran. Es ist ferner bekannt, wie die Semipermeabilität der Membran in gewünschter Weise beeinflußt werden kann. Von Einfluß sind beispielsweise Membrandicke, die Verdunstungsdauer, die bei der Verdunstung herrschende Temperatur, die Strömungsverhältnisse der umgebenden Atmosphäre, die Flüchtigkeit des Lösungsmittels der Lösung und die Zusammensetzung der Lösung. Es ist auch bekannt, dafi die Lösung außer dem filmbildenden Polymeren ein quellend wirkendes Salz enthalten kann. Bekannt ist weiter, daß die Permeabilität der Membran durch Erhitzen in Wasser oder in Luft verändert werden kann. Von diesen und anderen bekannten Maßnahmen kann im Rahmen der weiter unten näher beschriebenen Erfindung Gebrauch gemacht werden. Doch wird für den Gebrauch dieser Maßnahmen kein Schutz begehrt. Das Prinzip der Membranherstellung ist beispielsweise in den Einleitungen der US-PSn 32 90 286 und 32 50 701 beschrieben.

Für viele technische Anwendungen von semipermeabien Membranen sind schlauchförmig gestaltete semipermeable Membranen sehr vorteilhaft. Man hat daher bereits schlauchförmige semipermeable Membranen hergestellt. Doch ist ihre Herstellung umständlich.

Insbesondere konnte man bisher nur relativ kurze semipermeable Schlauchmembranen, beispielsweise bis zu etwa Z m Länge, herstellen. Diese Schlauchstücke zeigen nur geringe mechanische Festigkeit, so daß man sie für ihre Aufbewahrung, ihren Transport und ihre praktische Anwendung mit einem versteifenden permeablen Außenrohr versehen muß. Die bekannten mit einem starren porösen Außenrohr aus mit Kunstharz verbundenen Glasfasern verstärkten semipermeablen Schlauchmembranen sind jedoch ebenfalls nur in begrenzter Lage herstellbar und beanspruchen bei Lagerung und Transport viel Raum.

Der Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die vorstehend geschilderten Nachteile beseitigt werden. Insbesondere soll mit dem Verfahren eine biegsame, verstärkte, semipermeable Schlauchmembran aus einem vollsynthetischen Polymeren in praktisch unbegrenzter Länge herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens wieder.

F.s wurde bereits vorgeschlagen, biegsame, verstärkte

Schläuche aus regenerierter Cellulose herzustellen (US-PS 32 24 885). GemäU diesem bekannten Verfahren wird ebenfalls aus einem selbsttragenden, permeablen Band, während man es abwärts transportiert, ein mit einer Längsnaht versehener Schlauch hergestellt und

dieser, während er weiterhin abwärts transportiert wird, mit einer Lösung beschichtet Allerdings handelt es sich bei dieser Lösung um eine Viskoselösung, die vornehmlich auf die Schlauchaußenseiie aufgebracht und anschließend gefällt und regeneriert wird. Diese Verfahrensmerkmale bezüglich der Beschichtung sind mit denen der Erfindung nicht vergleichbar; z.B. unterliegt das filmbildende vollsynthetische Polymere bei der Membranherstellung keiner chemischen Veränderung. Es ist deshalb nicht naheliegend, dieses bekannte Verfahren zur Lösung der vorliegenden Aufgabe heranzuziehen, was insbesondere daran liegt, daß das bekannte Verfahren zur Herstellung von Wursthüllen dient

Der bei dem Verfahren aus dem permeablen Band gebildete Schlauch dient als Unterlage für die Schicht aus der die semipermeable Membran hergestellt wird, und als eine mit der semipermeablen Membran verbunden bleibende Verstärkung. Das Band muß derart permeabel sein, daß es für Flüssigkeiten, wie Wasser, durch Strömung durchdringbar ist Das Band kann beispielsweise aus einem Faservlies, einem Gewebe aus natürlichen oder synthetischen Fasern oder aus einer perforierten Kunststoffolie gemacht sein. Das Band wird zu einem Schlauch gebogen, wobei die Ränder des Bandes zur Bildung einer längsweise verlaufenden Schlauchnaht aneinanderstoßen oder sich gegenseitig überlappen und miteinander verklebt oder verschweißt sein können.

Das Auftragen der Schicht auf die Innenwand des Schlauches erfolgt zweckmäßigerweise mittels einer ringförmigen Spaltdüse. Diese ist stationär so angeordnet, daß sie sich im Inneren des Schlauches befindet und ist an einer Halterung befestigt, die nach der Seite aus dem Schlauch herausragt wo das Band noch nicht zum Schlauch geformt worden ist. Der innen beschichtete Schlauch gelangt im Verlaufe seiner Abwärtsbewegung in eine Fällflüssigkeit, die sich innerhalb des Schlauches befindet, oder vorzugsweise sowohl in eine äußere als auch in eine innere Fällflüssigkeit.

Zwischen dem Beschichten und dem Einwirken des Fällbades liegt eine gewisse mehr der weniger lange Verdunstungszone. Während der Schlauch diese durchläuft verdunstet von der Oberfläche der Schicht Lösungsmittel in das mit Luft und Lösungsmitteldämpfen erfüllte Schlauchinnere. Vorzugsweise bewegt man das innerhalb der Verdunstungszone in dem Schlauch befindliche Gasgemisch durch Einblasen von Luft in den unteren Teil der Verdunstungszone. Gegebenenfalls kann die eingeblasene Luft bereits einen gewissen Anteil solcher Gase enthalten, die aus dem Lösungsmittel verdunsten. Man kann auf diese Weise die Verdunstungsgeschwindigkeit herabsetzen. In welcher Weise man die Geschwindigkeit des Verdunttens und die Menge des verdunsteten Lösungsmittels oder andere Umstände des Verdunstens beeinflußt, hängt in erster Linie davon ab, was die herzustellende semipermeable Membran leisten soll.

Das Ausfällen des filmbildenden vollsynthetischen Polymeren aus der Lösung erfolgt durch Einwirken einer den Stoff ausfällenden Flüssigkeit Oft ist Wasser verwendbar, z. B, wenn die Membran aus einer Lösung von Celluloseacetat in Aceton hergestellt wird. Das Wasser oder die andere Fällflüssigkeit nimmt im Laufe des Verfahrens Lösungsmittel und gegebenenfalls andere Bestandteile aus der Lösung auf und muß daher von Zeit zu Zeit oder fortlaufend erneuert werden. Insbesondere für die Erneuerung der im Innern des Schlauches befindlichen Fällflüssigkeit auf deren Anwendung man meistens nicht verzichtet muß gesorgt werden. Man läßt daher zweckmäßigerweise im Falle einer Anwendung von Fällflüssigkeit im Inneren des Schlauches diese fortwährend durch den betreffenden Teil des Schlauches strömen.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Diese ist eine schematische Darstellung einer Anlage zum Ausführen des Verfahrens.

In der in der Zeichnung dargestellten Anlage wird ein permeables Band, z. B. ein Papierband, kontinuierlich von einer Vorratsrolle 1 abgewickelt und nach Durchlaufen durch die Anlage als innen mit einer seminermeablen Membran versehener, flach gelegter Schlauch auf eine Speicherrolle 16 aufgewickelt Dabei läuft das permeable Band nach Verlassen der Vorratsrolle 1 über zwei Umlenkrollen 2, von denen es die letzte in abwärtiger Richtung verläßt Die abwärtige Richtung behält das Band bei, bis es als innen beschichteter Schlauch um die erste von vier Leitrollen 15 umgelenkt wird.

Auf dem abwärts gerichteten Wege wird das Band zunächst durch eine Anzahl von Forrngebern 3, von denen die Zeichnung der Vereinfachung wegen nur zwei zeigt, allmählich in einen Schlauch mit überlappender Längsnaht geformt, die beispielsweise durch Verkleben geschlossen wird. Die Formgeber 3 sind an einem Maschinenrahmen 11 befestigt. Im Verlaufe seines Verformens zu einem Schlauch umhüllt das Band allmählich ein Düsenrohr 56, das von einer Düsenrohrhalterung 5a gehalten wird, die ihrerseits an dem Maschinenrahmen 11 befestigt ist. Am unteren Ende des Dtisenrohres 56 ist eine Ringdüse 5 angebracht.

Nachdem das Band zu einem Schlauch mit einer überlappten und verklebten Längsnaht verformt worden ist, geht es durch eine Führungsbüchse 4, die dazu dient, den gebildeten Schlauch in eine Gestalt von möglichst genau kreisförmigem Querschnitt zu bringen.

ίο Das Verkleben der Längsnaht erfolgt in an sich bekannter Weise und ist der besseren Übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung nicM. dargestellt.

Das Düsenrohr 56 dient außer zum Tragen der Ringdüse 5 auch zum Zuführen der Lösung zur Düse 5,

■'- mit der die Innenwand des Schlauches beschichtet wird. Durch das Düsenrohr 56 sind ferner drei weitere Rohrleitungen verlegt, auf die weiter unten Bezug genommen wird.

Nachdem der Schlauch durch die Führungsbüchse 4 einen genau kreisförmigen Querschnitt erhalten hat, läuft er durch einen Durchgang von kreisringförmigem Querschnitt zwischen der Ringdüse 5 und einem Kalibrierring 6. Die Ringdüse 5 hat eine seitlich austretende Ringspaltöffnung. Dieser liegt ringsherum der Kalibrierring 6 gegenüber. Die Beschichtungslösung, beispielsweise eine Lösung aus 1 Gewichtsteil Celluloseacetat 3 Gewichtsteilen Acetor. und 0.5 Gewichtsteilen 10%iger wäßriger Magnesiumperchloratlösung, wird dem Düsenrohr 56 am oberen Ende durch die Lösungszufuhrleitung 5c zugeleitet fließt durch das Düsenrohr 56 zur Ringdüse 5, tritt aus dieser ringsherum seitlich aus und wird gegen die Innenwand des abwärts laufenden Schlauches gepreßt. Die Größe der Öffnung des Kalibrierrohres b, de>- ^Λ !■fkr.-Jurcrimesser der Ringdüse 5 und der Auspreßdruck und die Viskosität der Beschichtungslösung bestimmen im wesentlichen die Dicke der auf die Innenwand des Schlauches aufeetraeenen Schicht.

Ehe der beschichtete Schlauch in die nachfolgend erwähnte Fä!!f!ussigkeit gelangt, durchläuft er von der Ringdüse 5 ab eine Wegstrecke, während der er mit Luft gefüllt ist, in die Lösungsmittel aus der aufgetragenen Schicht hinein verdunstet ist. Das Verdunsten des Lösungsmittels wird beschleunigt und reguliert durch Einblasen vor. Luft, die durch Kn Belüftungsrohr 8 zugeführt wird, das durch das Düsenrohr 5b verlegt ist.

Nach Durchlaufen der Verdunstungszone gelangt der Schlauch in eine Fällflüssigkeit 12, die sich in einem Behälter und auch im Innern des Schlauches befindet. Sie besteht beispielsweise aus Wasser. Die Erneuerung der Fäiifiüssigkeit erfolgt im Innern des Schlauches durch ein Zuflußrohr 9, durch das neue oder regenerierte Fällflüssigkeit zugeführt wird, und durch ein Äbsaugrohr iO, durch das gebrauchte Fäiifiüssigkeit abgesaugt wird. In der äußeren Fällungsflüssigkeif sorgen ein Zulauf 13 und ein Überlauf 14 für die Flüssigkeitserneuerung.

Das Flüssigkeitsniveau wird zweckmäßigerweise im Innern des Schlauches ebenso hoch wie außerhalb des Schlauches eingestellt. Beim Eintritt in die Fällflüssigkeit läuft der Schlauch durch eine zweite Führungsbüchse 7. Sie hat den Zweck, dem Schlauch den durch die erste Führungsbüchse 4 aufgezwungenen kreisförmigen Querschnitt zu erhalten und die Längsnaht des Schlauches zu sichern, die an dieser Stelle einem gewissen Druck ausgesetzt sein kann.

Der Schlauch läuft innerhalb der i-ällflüssigkeit um drei und anschließend a'JÖerhalb der Fäiifiüssigkeit um eine vierte Leitrolle 15. Beim Umlaufen um die erste Leitrolle 15 wird der Schlauch flachgelegt und dabH zugleich gegen die davor im Innern des Schlauches befindliche Fällflüssigkeit abgedichtet. Von der vierten Lenkrolle 15 wird die fertige mit der Verstärkung aus dem Bar.d versehene semipermeable Schlauchmembran zu einer Speicherrolle 16 aufgewickelt.

Das Verfahren hat den Vorteil der Kontinuierlichen Ausführbarkeit. Einer seiner weiteren Vorteile ist, daß es ermöglicht, sehr lange semipermeable Schlauchmem-Liranen herzustellen. Die Schlauchmembranen zeichner sich durch geringes Gewicht aus. Infolge ihrer Biegsamkeit sind sie sehr bequem zu handhaben und beanspruchen beim Transport und beim Lagern nu; wenig :?aum. Überraschenderweise sind die Schlauchmembranen von derartiger mechanischer Widerstandsfähigkeit, daß es ohne Schaden für sie möglich ist, vor der Biegsamkeit der Schlauchmembranen weitgehen den Gebrauch zu machen. Ihre hohe mechanische Festigkeit erlaubt es auch, die Schlauchmembraner beim Gebrauch zusammen mit verhältnismäßig grob durchlässigen und daher einfacher herzustellender Druckbehältern zu benutzen. So genügt es beispielswei se, anstelle von Behältern aus Sintermetall solche au« durchlöchertem Blech zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer verstärkten semipermeablen Membran durch Auftragen einer Schicht aus einer Lösung, die im wesentlichen ein filmbildendes vollsynthetisches Polymeres enthält, auf eine Unterlage, Verdunsten von Lösungsmittel der Lösung von der Außenseite der Schicht und Ausfällen des filmbildenden Polymeren aus der die übrige Schicht bildenden Lösung mit einer Fällflüssigkeit, die mit dem Lösungsmittel mischbar ist und das Polymere nicht oder nur wenig löst, wobei man zwecks Herstellen einer Schlauchmembran die Schicht auf die Innenwand einer porösen, rohrförmigen Unterlage aufträgt, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich aus einem selbsttragenden, permeablen Band, während man es abwärts transportiert, einen mit einer Längsnaht versehenen Schlauch herstellt, auf dessen Innenwand, während er weiterhin abwärts transportiert wird, die Schicht aus der Lösung des filmbildenden Polymeren aufträgt, Lösungsmittel der Lösung von der Außenseite der Schicht verdunsten läßt und den filmbildenden Stoff aus der die übrige Schicht bildenden Lösung mit der im Schlauchinnern befindlichen Fällflüssigkeit ausfällt.

2. Verfahren zum Herstellen einer verstärkten semipermeablen Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als vollsynthetisches Polymeres ein Celluloseester, ein wasserunlöslicher Celluloseäther oder ein Polyamid verwendet wird.

3. Verfahren zum Herstellen einer verstärkten semipermeablen Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als vollsynthetisches Polymeres Celluloseacetat verwendet wird.

4 Verfahren nuch Anspruch 3 dadurch ^ekenn* zeichnet, daß als Lösungsmitte! für Celluloseacetat Aceton und als Fällflüssigkeit Wasser verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß man beim Verdunsten des Lösungsmittels ein Gas, insbesondere Luft, durch den Schlauch strömen läßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Lösungsmitteldampf beladene Luft durch den Schlauch strömen läßt.