DE19536033A1 - Verfahren zur Herstellung von hydrophoben Kapillarporenmembranen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von hydrophoben KapillarporenmembranenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Kapillarporenmembranen, wobei eine hydrophile Polymerfolie
einer hochenergetischen Teilchenstrahlung ausgesetzt wird,
deren Teilchenspuren durch eine Ätzung mit einem Ätzmittel
zu durchgehenden Poren erweitert werden, das Ätzmittel
neutralisiert wird und die so erzeugte Kapillarporenmembran
gewaschen und dann getrocknet wird.
Aus der US-PS 3 612 871 ist ein Herstellverfahren für
Kapillarporenmembranen bekannt, bei dem eine dünne
Polymerfolie zunächst mit Spaltfragmenten des Uran-235
beschossen wird, wobei in der Polymerfolie latente
Teilchenspuren zurückbleiben, deren Strahlendefekte durch
eine anschließende Bestrahlung mit UV-Licht soweit verstärkt
werden, daß sich bei einer nachfolgenden chemischen Ätzung
entlang jeder Teilchenspur eine Mikropore ausbilden kann.
Weiterhin ist aus der DD-AP 2 35 923 ein Verfahren zur
Herstellung von Kapillarporenmembranen bekannt, bei dem die
Polymerfolie mit Ionen, z. B. mit hochenergetischen
Edelgasionen, beschossen wird, wie sie an einem
Teilchenbeschleuniger erzeugt werden können, und wobei die
Strahlendefekte in den Teilchenspuren durch eine
Lösungsmittelbehandlung soweit verstärkt werden, worauf sie
anschließend durch eine chemische Ätzung zu Mikroporen
erweitert werden.
Beide Verfahren zur Herstellung von Kapillarporenmembranen
beruhen darauf, daß durch die Einwirkung schwerer,
ionisierender Teilchen in einer Polymerfolie viele
Strahlendefekte entlang der Teilchenspur erzeugt werden, die
bei einer chemischen Ätzung zu einer wesentlich höheren
Ätzgeschwindigkeit führen als im umgebenden, ungeschädigten
Material. Falls die Konzentration der Strahlenschäden durch
die Einwirkung der ionisierenden Teilchen nicht ausreichend
ist, kann diese durch die in den beiden genannten Patenten
beschriebenen Verfahren verstärkt werden. Eine unabdingbare
Voraussetzung für dieses Herstellungsverfahren ist jedoch,
daß das Polymermaterial chemisch ätzbar ist und deshalb
hydrophil sein muß. Insbesondere sind Folien aus
Polycarbonat oder Polyester hierfür geeignet. Aus diesem
Grund ist es unmöglich, eine Kapillarporenmembran, z. B. aus
Polytetraflourethylen, PTFE, nach diesem Verfahren
herzustellen, die eine für bestimmte Anwendungen gewünschte
hydrophobe Oberflächeneigenschaft aufweisen würde.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hydrophobe
Kapillarporenmembran und ein Verfahren zur Herstellung
derselben zu offenbaren.
Die Lösung besteht darin, daß die gewaschene
Kapillarporenmembran vor oder nach dem Trocknen einer
Emulsion eines Hydrophobierungsmittels ausgesetzt wird, bis
diese vollständig in die Poren eingedrungen ist, wonach die
Kapillarporenmembran auf einer thermostatisch geheizten
Formierungsoberfläche getrocknet, formiert und verfestigt
wird.
Die verfahrensgemäß hergestellte Membran ist im Anspruch 1
gekennzeichnet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht
darin, daß die Kapillarporenmembran in einem Zwischenschritt
zunächst getrocknet wird, damit die Poren flüssigkeitsfrei
sind, bevor sie mit der Hydrophobierungsemulsion in Kontakt
gebracht werden. Auf diese Weise wird die technologische
Sicherheit der Hydrophobierung erhöht, was zu einer kürzeren
Verweilzeit und damit zu einer höheren Produktivität führt.
Für die Hydrophobierung wird vorteilhaft eine filmbildende
Emulsion aus Polyurethan verwandt, die die äußere
Membranoberfläche als auch die Porenwände mit den
Mikrotröpfchen des Polyurethan benetzt, so daß sich bei dem
Trocknen überall ein geschlossener, wasserabweisender Film
ausbildet und verfestigt.
Das auf die vorstehende Weise hergestellte neuartige
Erzeugnis besitzt eine stärker ausgeprägt Hydrophobie an der
Oberfläche der Membranen, z. B. aus Polytetraflourethylen,
PTFE, die nach anderen Verfahren hergestellt werden. Diese
Aussage beruht auf Messungen des Kontaktwinkels, der bei der
erfindungsgemäßen Membran 140° beträgt, während er bei einer
PTFE-Membran nur 110° erreicht.
Die neuartige hydrophobe Kapillarporenmembran eignet sich
besonders zur Be- und Entlüftung von Lagertanks,
Bioreaktoren und für Druckausgleichselemente, die u. a. im
Fahrzeugbau benötigt werden.
Die Hydrophobierung der Membran hat den Vorteil, daß sich
bei hoher Feuchtigkeit der Luft oder der anzugleichenden
Dämpfe kein Kondensat in den Mikroporen bildet, das diese
blockiert und außerdem zur Anlagerung von festen
Schwebstoffen führt, die eine dauerhafte Verstopfung und
Verklebung erzeugen. Für den technischen Einsatz wird die
hydrophobe Kapillarporenmembran vorteilhaft mit einem Vlies
verstärkt. Hierfür eignen sich insbesondere Vliese aus
Kernmantelfasern, z. B. aus Polyolefinen oder Polyestern,
die ohne weitere Kleber auf die Membran laminiert werden.
Die Erfindung ist anhand der Fig. 1 und 2 beispielhaft
dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Verfahrensablauf schematisch.
Im ersten Verfahrensschritt wird die bereits bestrahlte
Polymerfolie von einem ersten Wickel (C1) abgezogen und über
eine Umlenkrolle (UR) in das Ätzbad (ÄB) geführt. Das Ätzbad
ist mit einer Kalilauge gefüllt, die das zerstörte Material
aus den Teilchenspuren herausätzt. Die Verweilzeit im Ätzbad
richtet sich nach dem gewünschten Porendurchmesser. Aus dem
Ätzbad gelangt die mikroporöse Polymerfolie in das Stopbad
(SB), in dem die Ätzung durch eine verdünnte Säure
unterbrochen wird. Die anhaftenden Säurereste werden in dem
nachfolgenden Waschbad (WB) mit entionisiertem Wasser
entfernt. Nachdem die Kapillarporenmembran das anschließende
Bad (HB) mit der Hydrophobierungsemulsion durchlaufen hat,
gelangt sie über die Umlenkrollen auf die Formierungstrommel
(FT). Die Formierungstrommel (FT) wird mit einem
Thermostaten (TS) geheizt. Diese Vorrichtung hat den
Vorteil, daß ein relativ schneller Durchlauf erreicht werden
kann, da die Wärme in direktem Kontakt einwirken kann. Die
so hydrophobierte Kapillarporenmembran wird abschließend auf
den Wickel (C2) gewickelt und steht zur Konfektionierung von
Filtern od. dgl. zur Verfügung.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung mit einer
zwischengeschalteten Trockenvorrichtung (TV) mit einem
Warmluftgebläse (G) zwischen dem Waschbad (WB) und dem Bad
mit der Hydrophobierungsemulsion (HB).
Die Trocknung vor der Einbringung in die Emulsion hat den
Vorteil, daß letztere in die freien Poren sofort kapillar
eingezogen wird und das ansonsten relativ langsame
Eindringen des Hydrophobierungsmittels durch Diffusion in
die mit dem Waschwasser gefüllten Poren vermieden wird.
Dadurch wird die Durchlaufzeit wesentlich verkürzt.
Claims (10)
1. Kapillarporenmembran aus einer hydrophilen
Polymerfolie, deren Poren ausgeätzte Teilchenspuren einer
hochenergetischen Teilchenstrahlung sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die äußere Membranoberfläche und die
Porenwandungen eine hydrophobe Beschichtung tragen, die
dünner als der Porenhalbmesser ist.
2. Kapillarporenmembran nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die hydrophobe Beschichtung aus
Polyurethan besteht.
3. Kapillarporenmembran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polymerfolie aus Polycarbonat oder
Polyester besteht.
4. Kapillarporenmembran nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Vlies
aus Kernmantelfasern stabilisiert verbunden ist.
5. Kapillarporenmembran nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kernmantelfasern aus Polyolefinen
oder Polyestern bestehen.
6. Verfahren zur Herstellung von Kapillarporenmembranen
nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine hydrophile
Polymerfolie einer hochenergetischen Teilchenstrahlung
ausgesetzt wird, deren Teilchenspuren durch eine Ätzung mit
einem Ätzmittel zu durchgehenden Poren erweitert werden, das
Ätzmittel neutralisiert wird, die so erzeugte
Kapillarporenmembran gewaschen und dann getrocknet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die gewaschene
Kapillarporenmembran vor oder nach dem Trocknen einer
Emulsion eines Hydrophobierungsmittels ausgesetzt wird, bis
diese vollständig in die Poren eingedrungen ist, wonach die
Kapillarporenmembran auf einer thermostatisch geheizten
Formierungsoberfläche getrocknet, formiert und verfestigt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trocknen vor dem Einbringen in die Emulsion in einem
Warmluftstrom erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte vom Ätzen bis zum
Formieren in einem Durchlaufverfahren von Rolle (C1) zu
Rolle (C2) erfolgt, wo zwischen die Polymerfolie
nacheinander ein Ätzbad (ÄB), ein Stop- oder
Neutralisierungsbad (SB), ein Waschbad (WB), ggf. eine
Warmluft-Trockenstation (TV), ein hydrophobier Emulsionsbad
(HB) und eine thermostatisch beheizte Formierungstrommel
(FT) umschlingend durchläuft.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ätzbad (ÄB) mit Kalilauge beschickt
wird, das Stopbad (SB) mit einer verdünnten Säure beschickt
wird und das Waschbad (WB) mit entionisiertem Wasser
beschickt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die hydrophobierte Kapillarmembranfolie
auf ein Vlies aus Kernmantelfasern auflaminiert wird.
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Publications (2)
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