DE19846608B4 - Production of semipermeable membranes, useful for separation processes, from liquid prepared hydrolytic condensation of specified organosilanes - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft semipermeable Membranen auf der Basis von organisch modifizierten Kieselsäurepolykondensaten, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung beim Gasaustausch und in Trennverfahren, insbesondere in der Gasseparation, in der Dialyse, in der Pervaporation, sowie in der Mikro-, Ultra- und Hyperfiltration. Die erfindungsgemäßen Membranen stellen Flachmembranen oder rohrförmige Membranen dar.The The invention relates to semipermeable membranes based on organic modified silicic acid polycondensates, a process for their preparation and their use in gas exchange and in separation processes, in particular in the gas separation, in the Dialysis, in pervaporation, as well as in micro-, ultra- and hyperfiltration. The membranes of the invention represent flat membranes or tubular membranes.
Zur Trennung von Stoffgemischen sind die verschiedensten Membranmaterialien bekannt, die alle im Hinblick auf ihre technische Einsatzfähigkeit und ihre Wirtschaftlichkeit verbesserungsfähig sind. So sind bekannte Membranmaterialien, wie z.B. Celluloseacetat, wenig temperatur- und druckbeständig und quellen in organischen Lösungsmitteln stark. Die geringe Temperatur-, Druck- und Lösungsmittelbeständigkeit hat zur Folge, daß sich die Porengröße im technischen Einsatz ständig ändert und dadurch zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen sowie zu kurzen Standzeiten der Membranen führen kann.to Separation of mixtures are the most diverse membrane materials known, all in terms of their technical operational capability and their profitability can be improved. So are known Membrane materials, such as e.g. Cellulose acetate, low temperature and pressure resistant and swell in organic solvents strong. The low temperature, pressure and solvent resistance has the consequence that the pore size in the technical Use constantly changes and This results in non-reproducible results as well as short service lives lead the membranes can.
Ultrafiltrationen z.B. werden überwiegend in wäßrigen Systemen durchgeführt, so daß an die mechanische und thermische Stabilität (Sterilisierbarkeit bis 140 °C) der hierfür eingesetzten Membranen, an deren Beständigkeit gegenüber Säuren und Alkalien und deren gezielt einstellbare hydrophile/hydrophobe Eigenschaften besonders hohe Anforderungen gestellt werden. Die bisher zur Membranherstellung eingesetzten Polymere können diese Anforderungen nicht gleichzeitig erfüllen und zeigen z.B. bei relativ guter thermischer Beständigkeit bis etwa 140 °C keine ausreichende mechanische Stabilität.ultrafiltration e.g. become prevalent in aqueous systems carried out, so that on the mechanical and thermal stability (sterilizability up to 140 ° C) of the used for this Membranes whose durability across from acids and alkalis and their specifically adjustable hydrophilic / hydrophobic Properties are placed particularly high demands. The Previously used for membrane production polymers, these can Do not meet requirements simultaneously and show e.g. at relative good thermal resistance up to about 140 ° C no adequate mechanical stability.
Für verschiedene Anwendungen oftmals notwendige Oberflächenmodifikationen (Einstellung der Porosität, des Adsorptionsverhaltens etc.) erfordern weitere nachträgliche Prozesse. Ferner haben derart modifizierte Materialien den Nachteil, daß sie nur eine modifizierte Monoschicht an der Oberfläche aufweisen, so daß sie außerordentlich empfindlich gegen mechanische und chemische Einwirkungen sind.For different Applications often necessary surface modifications (setting the porosity, the adsorption behavior, etc.) require further subsequent processes. Furthermore, such modified materials have the disadvantage that they only have a modified monolayer on the surface so that they are extraordinary sensitive to mechanical and chemical influences.
Handelsübliche Polymere wie z.B. Polyethylene, Polypropylene, Polysulfone, Polyimide, Polymethacrylate etc. weisen nur eine geringe Gasdurchlässigkeit (z.B. gegenüber O2, CO2 etc.) auf. Eine Permeationssteigerung auf Basis dieser Polymertypen ist nur durch Inkorporation einer Porosität möglich. Z.B. sind mit einer definierten, durchgängigen Porosität versehene Polymer-Hohlfasern direkt nur durch sehr aufwendige Spinnprozesse oder durch nachträgliche und somit zusätzliche Verfahrensschritte zugänglich. Werden derart modifizierte Polymere z.B. zum Gasaustausch in fluiden Systemen verwendet, besteht die Gefahr des Durchtritts der fluiden Phase. Z.B. beim O2/CO2-Austausch im Blut in Oxygenatoren während Operationen am offenen Brustkorb bergen die Poren ein erhebliches Gefahrenpotential. Insbesondere bei längeren Operationen wird des öfteren ein Durchtritt von Blut durch die Poren beobachtet.Commercially available polymers such as polyethylenes, polypropylenes, polysulfones, polyimides, polymethacrylates etc. have only a low gas permeability (for example to O 2 , CO 2, etc.). A permeation increase based on these types of polymers is possible only by incorporation of a porosity. For example, provided with a defined, continuous porosity polymer hollow fibers directly accessible only by very complicated spinning processes or by subsequent and thus additional process steps. If such modified polymers are used, for example, for gas exchange in fluid systems, there is the danger of passage of the fluid phase. For example, in the O 2 / CO 2 exchange in the blood in oxygenators during open chest surgery, the pores pose a significant risk potential. Especially during longer operations, a passage of blood through the pores is often observed.
Sehr hohe Gas-Permeationswerte ohne Porosität sind nur mit ganz speziellen Polymeren (Silicone, substituierte Polysilylpropine etc.) realisierbar. Die hohe Gasdurchlässigkeit wird allerdings nur durch extreme Einbußen bei den mechanischen Eigenschaften erreicht. Mit steigender Permeabilität nimmt die Festigkeit und der E-Modul ab, d.h. das Material wird zunehmend weicher. Freitragende dünne Folien und stabile Hohlfasern mit geringer Wandstärke sind somit nicht möglich. Folien und Hohlfasern mit einer über weite Bereiche einstellbaren Permeabilität sind nur auf der Basis sehr unterschiedlicher Polymertypen in Verbindung mit verschiedenen Produktionsverfahren möglich.Very high gas permeation values without porosity are only very specific Polymers (silicones, substituted polysilylpropines, etc.) can be realized. The high gas permeability However, this is only due to extreme losses in mechanical properties reached. With increasing permeability, the strength and decreases E modulus decreases, i. The material is getting softer. Unsupported thin films and stable hollow fibers with a small wall thickness are therefore not possible. films and hollow fibers with an over Wide ranges of adjustable permeability are only very basic different types of polymers in connection with different production processes possible.
Membranen auf der Basis von Kieselsäureheteropolykondensaten zeigen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Säuren und organische Lösungsmittel und sind auch im pH-Bereich bis etwa 10 recht stabil.membranes on the basis of silicic acid heteropolycondensates show excellent resistance against acids and organic solvents and are also quite stable in the pH range up to about 10.
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Aus
der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, semipermeable Membranen für den Gasaustausch und für Stofftrennungen bereitzustellen, deren Austauschvermögen über weite Bereiche variiert und den Erfordernissen des jeweiligen Anwendungsfalles angepaßt ist. Ferner sollen die Membranen nicht nur trägerunterstützt, sondern auch freitragend sein, und sie sollen als rohrförmige Membran oder als Flachmembranen vorliegen. Die Permeabilität und Flexibilität der Membranen soll über weite Bereiche variiert und den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles angepaßt sein. Ferner sollen die Membranen bei hoher mechanischer Stabilität hohe Permeabilitäten zeigen, insbesondere auch gegenüber Gasen, damit diese Membranen auch für den Gasaustausch und für Stofftrennungen eingesetzt werden können, ohne daß die Gefahr des Durchtritts der fluiden Phase besteht. Auch bei hohen Permeationswerten sollen die Membranen noch freitragend sein. Die Membranen sollen toxikologisch unbedenklich und damit im medizinischen Bereich anwendbar sein.task It is the object of the present invention to provide semipermeable membranes for gas exchange and for substance separations provide their exchange capacity varies over a wide range and adapted to the requirements of the particular application. Furthermore, the membranes should not only support supported, but also self-supporting be, and they should be as tubular Membrane or as flat membranes. The permeability and flexibility of the membranes should over wide ranges and the requirements of the particular application customized be. Furthermore, the membranes should show high permeability with high mechanical stability, in particular also opposite Gases, hence these membranes also for gas exchange and for substance separations can be used without that Risk of passage of the fluid phase exists. Even at high Permeationswerten the membranes are still self-supporting. The membranes should be toxicologically safe and therefore in the medical field be applicable.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereit zustellen, mit dem semipermeable Membranen gefertigt werden können, deren Eigenschaftsprofil in weiten Bereichen variierbar ist. Durch einfache Variation der Verfahrensschritte sollen die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Membran in weiten Bereichen den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles angepaßt werden können. Das Verfahren soll einfach, schnell und kostengünstig durchführbar sein. Mit dem Verfahren sollen Membranen gefertigt werden können, die den oben genannten Anforderungen entsprechen. Ferner soll das Verfahren auch für die Endlosproduktion von Hohlfasern und Flachmembranen geeignet sein. Außerdem sollen die für verschiedene Anwendungen oftmals erforderlichen Oberflächenmodifikationen, z.B. zur Vermeidung von Blutkoagulationen, zur Einstellung der Polarität, des Adsorptionsverhaltens etc., sowohl während der Materialsynthese, d.h. in situ, als auch nachträglich realisiert werden können.Further It is an object of the present invention to provide a method be able to be made with the semi-permeable membranes whose Property profile can be varied within wide ranges. By simple Variation of the process steps should be the chemical and physical Characteristics of the membrane in a wide range of requirements be adapted to the particular application. The procedure should be simple, fast and inexpensive feasible be. The process should be able to produce membranes that meet the above requirements. Furthermore, the method should also for the endless production of hollow fibers and flat membranes suitable be. Furthermore should the for various applications often require surface modifications, e.g. to avoid blood coagulation, to adjust the polarity, the adsorption behavior etc., both during the material synthesis, i. realized in situ, as well as subsequently can be.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Membranen, die dadurch erhältlich sind, daß man eine gering viskose bis harzartige Flüssigkeit nach üblichen Methoden zu Membranen verarbeitet und diese gegebenenfalls trocknet. Die Härtung der resultierenden Membranen kann z.B. thermisch und/oder strahlungsinduziert und/oder chemisch induziert erfolgen.Is solved this object by membranes, which are obtainable by having a slightly viscous to resinous liquid according to usual Processes methods to membranes and these optionally dried. The hardening the resulting membranes can e.g. thermally and / or radiation-induced and / or chemically induced.
Die Flüssigkeit bzw. das Harz, aus der(m) die Membranen gefertigt werden, wird erhalten
- a) durch hydrolytische Polykondensation von
- • einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formel I, und/oder
- • einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formel II, und/oder
- • einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formel III, und/oder
- • einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formel IV, und/oder
- • von den Verbindungen der Formeln I bis IV abgeleiteten Vorkondensaten und gegebenenfalls
- • einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formel V, und/oder von diesen abgeleiteten Vorkondensaten, und gegebenenfalls
- b) durch Zugabe von
- • einem oder mehreren copolymerisierbaren und/oder (poly)addierbaren Monomeren und/oder Oligomeren,
- • und/oder von einem oder mehreren Härtungskatalysatoren,
- • und/oder von einem oder mehreren, löslichen und/oder flüchtigen, Poren erzeugenden Additiven.
- a) by hydrolytic polycondensation of
- One or more compounds of general formula I, and / or
- • one or more compounds of general formula II, and / or
- • one or more compounds of general formula III, and / or
- • one or more compounds of general formula IV, and / or
- • precondensates derived from the compounds of the formulas I to IV and, if appropriate,
- One or more compounds of general formula V, and / or precondensates derived therefrom, and optionally
- b) by adding
- One or more copolymerizable and / or (poly) addable monomers and / or oligomers,
- • and / or one or more curing catalysts,
- • and / or one or more, soluble and / or volatile, pore-forming additives.
Die hydrolytische Polykondensation wird durch Zugabe von Wasser oder von Feuchtigkeit und gegebenenfalls in Anwesenheit eines Lösungsmittels und/oder eines Kondensationskatalysators durchgeführt. Bezogen auf die Monomere liegt das molare Verhältnis der Summe der Verbindungen der Formeln I, II, III und IV zu Verbindungen der Formel V zwischen 1:0 und 1: 20.The hydrolytic polycondensation is carried out by adding water or moisture and optionally in the presence of a solvent and / or a condensation catalyst. Based on the monomers, the molar ratio of the sum of the compounds of the formulas I, II, III and IV to compounds of formula V between 1: 0 and 1:20.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Membranen eingesetzte Flüssigkeit bzw. das eingesetzte Harz stellen also ein Polykondensat aus hydrolytisch kondensierten Silicium-Verbindungen der Formeln I und/oder II und/oder III und/oder IV und gegebenenfalls V dar, wobei das Polykondensat gegebenenfalls noch Wasser und/oder Lösungsmittel und/oder die oben genannten Zusatzstoffe erhält. In Abhängigkeit von der Viskosität des Polykondensates kann man von einer mehr oder weniger viskosen Flüssigkeit oder von einem Harz reden.The Liquid used for the preparation of the membranes according to the invention or the resin used so make a polycondensate from hydrolytic condensed silicon compounds of the formulas I and / or II and / or III and / or IV and optionally V, wherein the polycondensate optionally also water and / or solvent and / or the above receives said additives. Dependent on from the viscosity The polycondensate can be of a more or less viscous liquid or talk about a resin.
In
der allgemeinen Formel I haben die Reste und Indices folgende Bedeutung,
wobei bei Indices > 2 die
diesbezüglichen
Reste gleich oder verschieden sind.
R = Alkyl, Alkenyl,
Aryl, Alkylaryl oder Arylalkyl mit jeweils 1 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese
Reste Sauerstoff- und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester- und/oder
Carbonyl- und/oder Carboxyl- und/oder Amid- und/oder Amino-Gruppen
enthalten können.
R1 = Alkylen, Arylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylen
mit jeweils 0 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste Sauerstoff-
und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester- und/oder Carbonyl- und/oder
Carboxyl- und/oder Amid- und/oder
Amino-Gruppen enthalten können.
R2 = Alkylen, Arylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylen
mit jeweils 0 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste Sauerstoff-
und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester- und/oder Carbonyl- und/oder
Carboxyl- und/oder Amid- und/oder
Amino-Gruppen enthalten können.
R3 = Wasserstoff, R2-R1-R4-SiXxR3-x, Carboxyl-, Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkylaryl
oder Arylalkyl mit jeweils 1 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese
Reste Sauerstoff- und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester- und/oder
Carbonyl- und/oder Carboxyl- und/oder Amid- und/oder Amino-Gruppen
enthalten können.
R4 = -(CHR6-CHR6)n-, mit n = 0 oder
1, -CHR6-CHR6-S-R5-, -CO-S-R5-, -CHR6-CHR6-NR6-R5-, -Y-CS-NH-R5-, -S-R5,-Y-CO-NH-R5-, -CO-O-R5-, -Y-CO-C2H3(COOH)-R5-, -Y-CO-C2H3(OH)-R5- oder -CO-NR6-R5-.
R5 = Alkylen, Arylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylen
mit jeweils 1 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste Sauerstoff-
und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester- und/oder Carbonyl- und/oder
Carboxyl- und/oder Amid- und/oder
Amino-Gruppen enthalten können.
R6 = Wasserstoff, Alkyl oder Aryl mit 1 bis
10 Kohlenstoff-Atomen.
R7 = Wasserstoff,
Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkylaryl oder Arylalkyl mit jeweils 1 bis
15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste Sauerstoff- und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester-
und/oder Carbonyl- und/oder Carboxyl- und/oder Amid- und/oder Amino-Gruppen
enthalten können.
X
= Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl,
Alkoxycarbonyl oder NR''2,
mit R'' = Wasserstoff, Alkyl,
Alkylaryl oder Aryl.
Y = -O-, -S- oder -NR6-.
Z
= -O- oder -(CHR6)m,
mit m = 1 oder 2.
a = 1, 2 oder 3, mit b = 1 für a = 2
oder 3.
b = 1, 2 oder 3, mit a = 1 für b = 2 oder 3.
c = 1
bis 6.
x = 1, 2 oder 3, mit a+x = 2, 3 oder 4.In the general formula I, the radicals and indices have the following meaning, wherein for indices> 2, the relevant radicals are the same or different.
R = alkyl, alkenyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl having in each case 1 to 15 carbon atoms, these radicals being oxygen and / or sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and / or amide - And / or amino groups may contain.
R 1 = alkylene, arylene, arylenealkylene or arylenealkylene each having 0 to 15 carbon atoms, these radicals being oxygen and / or sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and / or amide and / or amino groups.
R 2 = alkylene, arylene, arylenealkylene or arylenealkylene each having 0 to 15 carbon atoms, these radicals being oxygen and / or sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and / or amide and / or amino groups.
R 3 = hydrogen, R 2 -R 1 -R 4 -SiX x R 3-x , carboxyl, alkyl, alkenyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl having in each case 1 to 15 carbon atoms, where these radicals oxygen and / or Sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and / or amide and / or amino groups may contain.
R 4 = - (CHR 6 -CHR 6 ) n -, with n = 0 or 1, -CHR 6 -CHR 6 -SR 5 -, -CO-SR 5 -, -CHR 6 -CHR 6 -NR 6 -R 5 -, -Y-CS-NH-R 5 -, -SR 5 , -Y-CO-NH-R 5 -, -CO-OR 5 -, -Y-CO-C 2 H 3 (COOH) -R 5 -, -Y-CO-C 2 H 3 (OH) -R 5 - or -CO-NR 6 -R 5 -.
R 5 = alkylene, arylene, arylenealkylene or arylenealkylene each having 1 to 15 carbon atoms, these radicals being oxygen and / or sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and / or amide and / or amino groups.
R 6 = hydrogen, alkyl or aryl having 1 to 10 carbon atoms.
R 7 = hydrogen, alkyl, alkenyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl having in each case 1 to 15 carbon atoms, these radicals being oxygen and / or sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and or amide and / or amino groups.
X = hydrogen, halogen, hydroxy, alkoxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl or NR " 2 , with R" = hydrogen, alkyl, alkylaryl or aryl.
Y = -O-, -S- or -NR 6 -.
Z = -O- or - (CHR 6 ) m , where m = 1 or 2.
a = 1, 2 or 3, with b = 1 for a = 2 or 3.
b = 1, 2 or 3, with a = 1 for b = 2 or 3.
c = 1 to 6.
x = 1, 2 or 3, with a + x = 2, 3 or 4.
Organisch
modifizierte Silane der allgemeinen Formel I, deren Herstellung
sowie konkrete Beispiele sind in der
In
der allgemeinen Formel II haben die Reste und Indices folgende Bedeutung,
wobei bei Indices > 2 die
diesbezüglichen
Reste gleich oder verschieden sind.
B = ein geradkettiger
oder verzweigter organischer Rest mit mindestens einer C=C-Doppelbindung
und 4 bis 50 Kohlenstoff-Atomen.
R = Alkyl, Alkenyl, Aryl,
Alkylaryl oder Arylalkyl mit jeweils 1 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese
Reste Sauerstoff- und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester- und/oder
Carbonyl- und/oder Carboxyl- und/oder Amid- und/oder Amino-Gruppen
enthalten können.
R3 = Alkylen, Arylen, Arylenalkylen oder Alkylenarylen
mit jeweils 0 bis 10 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste durch
Sauerstoff- und/oder durch Schwefel-Atome und/oder durch Amino-Gruppen
unterbrochen sein können.
X
= Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl,
Alkoxycarbonyl oder NR''2,
mit R''= Wasserstoff, Alkyl,
Aryl oder Alkylaryl.
A = O, S oder NH für d = 1 und Z = CO und
R1 = Alkylen, Arylen oder Alkylenarylen mit
jeweils 1 bis 10 Kohlenstoff-Atomen,
wobei diese Reste durch Sauerstoff- und/oder durch Schwefel-Atome
und/oder durch Amino-Gruppen unterbrochen sein können, und
R2 = COOH oder
H.
oder
A = O, S, NH oder COO für d = 1 und Z = CHR', mit R' = H, Alkyl, Aryl
oder Alkylaryl, und
R1 = Alkylen, Arylen
oder Alkylenarylen mit jeweils 1 bis 10 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese
Reste durch Sauerstoff- und/oder durch Schwefel-Atome und/oder durch
Amino-Gruppen unterbrochen sein können, und
R2 = OH.
oder
A
= O, S, NH oder COO für
d = 0 und
R1 = Alkylen, Arylen oder
Alkylenarylen mit jeweils 1 bis 10 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste durch Sauerstoff-
und/oder durch Schwefel-Atome und/oder durch Amino-Gruppen unterbrochen
sein können,
und
R2 = OH.
oder
A = S für d = 1 und Z = CO und
R1 = N und
R2 =
H.
a = 1, 2 oder 3.
b = 0, 1 oder 2, mit a+b = 3.
c
= 1, 2, 3 oder 4.In the general formula II, the radicals and indices have the following meaning, wherein for indices> 2, the relevant radicals are the same or different.
B = a straight-chain or branched organic radical having at least one C =C double bond and 4 to 50 carbon atoms.
R = alkyl, alkenyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl having in each case 1 to 15 carbon atoms, these radicals being oxygen and / or sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and / or amide - And / or amino groups may contain.
R 3 = alkylene, arylene, arylenealkylene or alkylenearylene each having 0 to 10 carbon atoms, where these radicals may be interrupted by oxygen and / or by sulfur atoms and / or by amino groups.
X = hydrogen, halogen, hydroxy, alkoxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl or NR " 2 , with R" = hydrogen, alkyl, aryl or alkylaryl.
A = O, S or NH for d = 1 and Z = CO and
R 1 = alkylene, arylene or Alkylenarylen each having 1 to 10 carbon atoms, where these radicals may be interrupted by oxygen and / or by sulfur atoms and / or by amino groups, and
R2 = COOH or H.
or
A = O, S, NH or COO for d = 1 and Z = CHR ', where R' = H, alkyl, aryl or alkylaryl, and
R 1 = alkylene, arylene or Alkylenarylen each having 1 to 10 carbon atoms, where these radicals may be interrupted by oxygen and / or by sulfur atoms and / or by amino groups, and
R2 = OH.
or
A = O, S, NH or COO for d = 0 and
R 1 = alkylene, arylene or Alkylenarylen each having 1 to 10 carbon atoms, where these radicals may be interrupted by oxygen and / or by sulfur atoms and / or by amino groups, and
R2 = OH.
or
A = S for d = 1 and Z = CO and
R 1 = N and
R 2 = H.
a = 1, 2 or 3.
b = 0, 1 or 2, with a + b = 3.
c = 1, 2, 3 or 4.
Organisch
modifizierte Silane der allgemeinen Formel II, deren Herstellung
sowie konkrete Beispiele sind in der
In
der allgemeinen Formel III haben die Reste und Indices folgende
Bedeutung, wobei bei Indices > 2 die
diesbezüglichen
Reste gleich oder verschieden sind.
B = geradkettiger oder verzweigter
organischer Rest, der sich von einer Verbindung B' mit mindestens einer (für c = 1
und A = NHC(O)O oder NHC(O)NR'') bzw. mindestens
zwei C=C-Doppelbindungen und 5 bis 50 Kohlenstoff-Atomen ableitet.
R
= Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkylaryl oder Arylalkyl mit jeweils 1 bis
15 Kohlenstoff-Atomen,
wobei diese Reste Sauerstoff- und/oder Schwefel-Atome und/oder Ester-
und/oder Carbonyl- und/oder Carboxyl- und/oder Amid- und/oder Amino-Gruppen
enthalten können.
R' = Alkylen, Arylen
oder Alkylenarylen.
R'' = Wasserstoff, Alkyl,
Aryl oder Alkylaryl.
X = Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy,
Acyloxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl oder NR''2.
a = 1, 2 oder 3.
b = 0, 1 oder
2.
c = 0 oder 1.
x = eine ganze Zahl, deren Maximalwert
der Anzahl von Doppelbindungen in der Verbindung B' minus 1 entspricht,
bzw. gleich der Anzahl von Doppelbindungen in der Verbindung B' ist, wenn c = 1
und A für
NHC(O)O oder NHC(O)NR'' steht.In the general formula III, the radicals and indices have the following meaning, wherein for indices> 2, the relevant radicals are the same or different.
B = straight-chain or branched organic radical which is derived from a compound B 'having at least one (for c = 1 and A = NHC (O) O or NHC (O) NR'') or at least two C = C double bonds and 5 to 50 carbon atoms derived.
R = alkyl, alkenyl, aryl, alkylaryl or arylalkyl having in each case 1 to 15 carbon atoms, these radicals being oxygen and / or sulfur atoms and / or ester and / or carbonyl and / or carboxyl and / or amide - And / or amino groups may contain.
R '= alkylene, arylene or alkylenearylene.
R '' = hydrogen, alkyl, aryl or alkylaryl.
X = hydrogen, halogen, hydroxy, alkoxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl or NR " 2 .
a = 1, 2 or 3.
b = 0, 1 or 2.
c = 0 or 1.
x = an integer whose maximum value corresponds to the number of double bonds in the compound B 'minus 1, or equal to the number of double bonds in the compound B', if c = 1 and A is NHC (O) O or NHC ( O) NR "stands.
Die obigen Alkyl- bzw. Alkenyl-Reste sind gegebenenfalls substituierte geradkettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 1 bzw. 2 bis 20 Kohlenstoff-Atomen. Aryl steht für gegebenenfalls substituiertes Phenyl, Naphthyl oder Biphenyl, und die obigen Alkoxy-, Acyloxy-, Alkylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Alkylaryl-, Arylalkyl-, Arylen-, Alkylen- und Alkylenaryl-Reste leiten sich von den oben definierten Alkyl- und Aryl-Resten ab.The The above alkyl or alkenyl radicals are optionally substituted straight-chain, branched or cyclic radicals having 1 or 2 to 20 Carbon atoms. Aryl stands for optionally substituted phenyl, naphthyl or biphenyl, and the above alkoxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl, alkylaryl, Arylalkyl, arylene, alkylene and alkylenearyl radicals are derived from the above-defined alkyl and Aryl residues from.
Organisch
modifizierte Silane der allgemeinen Formel III, deren Herstellung
sowie konkrete Beispiele sind in der
In
der allgemeinen Formel IV haben die Reste und Indices folgende Bedeutung,
wobei bei Indices > 2 die
diesbezüglichen
Reste gleich oder verschieden sind.
X
= Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl,
Alkoxycarbonyl oder NR''2,
mit R'' = Wasserstoff, Alkyl,
Aryl oder Alkylaryl.
Y = organischer Rest mit 1 bis 30, bevorzugt
mit 1 bis 20 Kohlenstoff-Atomen und mit 1 bis 5, bevorzugt mit 1 bis
4 Mercapto-Gruppen.
a = 1, 2 oder 3.
x = 1, 2 oder 3,
mit a+x = 2, 3 oder 4.In the general formula IV, the radicals and indices have the following meaning, wherein for indices> 2, the relevant radicals are the same or different.
X = hydrogen, halogen, hydroxy, alkoxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl or NR " 2 , with R" = hydrogen, alkyl, aryl or alkylaryl.
Y = organic radical having 1 to 30, preferably having 1 to 20 carbon atoms and having 1 to 5, preferably having 1 to 4 mercapto groups.
a = 1, 2 or 3.
x = 1, 2 or 3, with a + x = 2, 3 or 4.
Die Alkyl-Reste sind z.B. geradkettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 1 bis 20, insbesondere mit 1 bis 10 Kohlenstoff-Atomen und vorzugsweise niedere Alkyl-Reste mit 1 bis 6, besonders bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoff-Atomen. Spezielle Beispiele sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, s-Butyl, t-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Cyclohexyl, 2-Ethylhexyl, Dodecyl und Octadecyl. Die Alkenyl-Reste sind z.B. geradkettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 2 bis 20, bevorzugt mit 2 bis 10 Kohlenstoff-Atomen und vorzugsweise niedere Alkenyl-Reste mit 2 bis 6 Kohlenstoff-Atomen, wie z.B. Vinyl, Allyl und 2-Butenyl. Bevorzugte Aryl-Reste sind Phenyl, Biphenyl und Naphthyl.The Alkyl radicals are e.g. straight-chain, branched or cyclic radicals with 1 to 20, in particular with 1 to 10 carbon atoms and preferably lower alkyl radicals having 1 to 6, particularly preferably 1 to 4 Carbon atoms. Specific examples are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl, n-pentyl, n-hexyl, Cyclohexyl, 2-ethylhexyl, dodecyl and octadecyl. The alkenyl radicals are e.g. straight-chain, branched or cyclic radicals having 2 to 20, preferably with 2 to 10 carbon atoms, and preferably lower Alkenyl radicals having 2 to 6 carbon atoms, such as e.g. Vinyl, allyl and 2-butenyl. Preferred aryl radicals are phenyl, biphenyl and naphthyl.
Die Alkoxy-, Acyloxy-, Alkylamino-, Dialkylamino-, Alkylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Arylaklyl-, Alkylaryl-, Alkylen- und Alkylenarylen-Reste leiten sich vorzugsweise von den oben genannten Alkyl- und Aryl-Resten ab. Spezielle Beispiele sind Methoxy, Ethoxy, n- und i-Propoxy, n-, i-, s- und t- Butoxy, Monomethylamino, Monoethylamino, Dimethylamino, Diethylamino, N-Ethylanilino, Acetyloxy, Propionyloxy, Me thylcarbonyl, Ethylcarbonyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Benzyl, 2-Phenylethyl und Tolyl.The Alkoxy, acyloxy, alkylamino, dialkylamino, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl, Arylaklyl-, alkylaryl, alkylene and Alkylenarylen radicals lead preferably from the abovementioned alkyl and aryl radicals from. Specific examples are methoxy, ethoxy, n- and i-propoxy, n-, i-, s- and t-butoxy, monomethylamino, monoethylamino, dimethylamino, Diethylamino, N-ethylanilino, acetyloxy, propionyloxy, methylcarbonyl, ethylcarbonyl, Methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, benzyl, 2-phenylethyl and tolyl.
Die genannten Reste können gegebenenfalls einen oder mehrere Substituenten tragen, z.B. Halogen, Alkyl, Hydroxyalkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl, Furfuryl, Tetrahydrofurfuryl, Amino, Monoalkylamino, Dialkylamino, Trialkylammonium, Amido, Hydroxy, Formyl, Carboxy, Mercapto, Cyano, Isocyanato, Nitro, Epoxy, SO3H oder PO4H2. Unter den Halogenen sind Fluor, Chlor und Brom und insbesondere Chlor bevorzugt.The radicals mentioned may optionally bear one or more substituents, for example halogen, alkyl, hydroxyalkyl, alkoxy, aryl, aryloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl, furfuryl, tetrahydrofurfuryl, amino, monoalkylamino, dialkylamino, trialkylammonium, amido, hydroxy, formyl, carboxy, mercapto, Cyano, isocyanato, nitro, epoxy, SO 3 H or PO 4 H 2 . Among the halogens, fluorine, chlorine and bromine, and especially chlorine, are preferred.
In
besonderen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Membranen
werden Silane der allgemeinen Formel IV' eingesetzt.
E = -CO-NH-,
-CS-NH-, -CH2-CH2-
oder -CH2-CH(OH)-
R = wie im Falle der allgemeinen
Formel IV definiert;
R5 = Alkylen,
Arylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylen mit jeweils 1 bis 15 Kohlenstoff-Atomen,
wobei diese Reste durch Sauerstoff- und/oder durch Schwefel-Atome
und/oder durch Ester- und/oder durch Carbonyl- und/oder durch Carboxyl-
und/oder durch Amid- und/oder durch Amino-Gruppen unterbrochen sein können;
R6 = Alkylen, Arylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylen
mit jeweils 1 bis 15 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste durch
Sauerstoff- und/oder durch Schwefel-Atome und/oder durch Ester-
und/oder durch Carbonyl- und/oder durch Carboxyl- und/oder durch
Amid- und/oder durch Amino-Gruppen
unterbrochen sein können;
X
= wie im Falle der allgemeinen Formel IV definiert;
a = wie
im Falle der allgemeinen Formel IV definiert;
n = 2, 3, 4 oder
5;
x = wie im Falle der allgemeinen Formel IV definiert.In particular embodiments of the membranes according to the invention, silanes of the general formula IV 'are used.
E = -CO-NH-, -CS-NH-, -CH 2 -CH 2 - or -CH 2 -CH (OH) -
R = as defined in the case of general formula IV;
R 5 = alkylene, arylene, arylenealkylene or arylenealkylene having in each case 1 to 15 carbon atoms, where these radicals are represented by oxygen and / or by sulfur atoms and / or by ester and / or by carbonyl and / or by carboxyl and / or may be interrupted by amide and / or by amino groups;
R 6 = alkylene, arylene, arylenealkylene or arylenealkylene each having 1 to 15 carbon atoms, where these radicals are represented by oxygen and / or by sulfur atoms and / or by ester and / or by carbonyl and / or by carboxyl and / or may be interrupted by amide and / or by amino groups;
X = as defined in the case of general formula IV;
a = as defined in the case of general formula IV;
n = 2, 3, 4 or 5;
x = as defined in the case of general formula IV.
Organisch
modifizierte Silane der allgemeinen Formel IV', deren Herstellung sowie konkrete Beispiele sind
in der
In
der allgemeinen Formel V haben die Reste und Indices folgende Bedeutung,
wobei bei Indices > 2 die
diesbezüglichen
Reste gleich oder verschieden sind.
X
= Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl,
Alkoxycarbonyl oder NR''2,
mit R'' = Wasserstoff, Alkyl,
Aryl oder Alkylaryl.
a = 1, 2 oder 3.In the general formula V, the radicals and indices have the following meaning, wherein for indices> 2, the relevant radicals are the same or different.
X = hydrogen, halogen, hydroxy, alkoxy, acyloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl or NR " 2 , with R" = hydrogen, alkyl, aryl or alkylaryl.
a = 1, 2 or 3.
Die Alkyl-Reste sind z.B. geradkettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 1 bis 20, insbesondere mit 1 bis 10 Kohlenstoff-Atomen und vorzugsweise niedere Alkyl-Reste mit 1 bis 6, besonders bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoff-Atomen. Spezielle Beispiele sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, s-Butyl, t-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Cyclohexyl, 2-Ethylhexyl, Dodecyl und Octadecyl. Die Alkenyl-Reste sind z.B. geradkettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 2 bis 20, bevorzugt mit 2 bis 10 Kohlenstoff-Atomen und vorzugsweise niedere Alkenyl-Reste mit 2 bis 6 Kohlenstoff-Atomen, wie z.B. Vinyl, Allyl und 2-Butenyl. Bevorzugte Aryl-Reste sind Phenyl, Biphenyl und Naphthyl.The Alkyl radicals are e.g. straight-chain, branched or cyclic radicals with 1 to 20, in particular with 1 to 10 carbon atoms and preferably lower alkyl radicals having 1 to 6, particularly preferably 1 to 4 Carbon atoms. Specific examples are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl, n-pentyl, n-hexyl, Cyclohexyl, 2-ethylhexyl, dodecyl and octadecyl. The alkenyl radicals are e.g. straight-chain, branched or cyclic radicals having 2 to 20, preferably with 2 to 10 carbon atoms, and preferably lower Alkenyl radicals having 2 to 6 carbon atoms, such as e.g. Vinyl, allyl and 2-butenyl. Preferred aryl radicals are phenyl, biphenyl and naphthyl.
Die Alkoxy-, Acyloxy-, Alkylamino-, Dialkylamino-, Alkylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Arylaklyl-, Alkylaryl-, Alkylen- und Alkylenarylen-Reste leiten sich vorzugsweise von den oben genannten Alkyl- und Aryl-Resten ab. Spezielle Beispiele sind Methoxy, Ethoxy, n- und i-Propoxy, n-, i-, s- und t- Butoxy, Monomethylamino, Monoethylamino, Dimethylamino, Diethylamino, N-Ethylanilino, Acetyloxy, Propionyloxy, Methylcarbonyl, Ethylcarbonyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Benzyl, 2-Phenylethyl und Tolyl.The Alkoxy, acyloxy, alkylamino, dialkylamino, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl, Arylaklyl-, alkylaryl, alkylene and Alkylenarylen radicals lead preferably from the abovementioned alkyl and aryl radicals from. Specific examples are methoxy, ethoxy, n- and i-propoxy, n-, i-, s- and t-butoxy, monomethylamino, monoethylamino, dimethylamino, Diethylamino, N-ethylanilino, acetyloxy, propionyloxy, methylcarbonyl, ethylcarbonyl, Methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, benzyl, 2-phenylethyl and tolyl.
Die genannten Reste können gegebenenfalls einen oder mehrere Substituenten tragen, z.B. Halogen, Alkyl, Hydroxyalkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl, Furfuryl, Tetrahydrofurfuryl, Amino, Monoalkylamino, Dialkylamino, Trialkylammonium, Amido, Hydroxy, Formel, Carboxy, Mercapto, Cyano, Isocyanato, Nitro, Epoxy, SO3H oder PO4H2. Unter den Halogenen sind Fluor, Chlor und Brom und insbesondere Chlor bevorzugt.The radicals mentioned may optionally bear one or more substituents, for example halogen, alkyl, hydroxyalkyl, alkoxy, aryl, aryloxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl, furfuryl, tetrahydrofurfuryl, amino, monoalkylamino, dialkylamino, trialkylammonium, amido, hydroxy, formula, carboxy, mercapto, Cyano, isocyanato, nitro, epoxy, SO 3 H or PO 4 H 2 . Among the halogens, fluorine, chlorine and bromine, and especially chlorine, are preferred.
Silane der allgemeinen Formel V sind entweder im Handel erhältlich oder lassen sich nach bekannten Methoden herstellen, die z.B. in „Chemie und Technologie der Silicone", W. Noll, Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstraße (1968), beschrieben sind.silanes of general formula V are either commercially available or can be prepared by known methods, e.g. in "Chemistry and Technology of Silicones ", W. Noll, Verlag Chemie GmbH, Weinheim / Bergstrasse (1968).
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind konkrete Beispiele für Silane der allgemeinen Formel V: Without limiting the generality, concrete examples of silanes of the general formula V are:
Die Silane der allgemeinen Formeln I, II, III, IV, IV' und V sind über die Reste X hydrolysierbar und polykondensierbar, und durch die hydrolytische Polykondensati on wird ein anorganisches Netzwerk mit Si-O-Si-Brücken aufgebaut. Die Polykondensation erfolgt vorzugsweise nach dem Sol-Gel-Verfahren, wie es z.B. in den DE-A1 2758414, 2758415, 301 1761, 3826715 und 3835968 beschrieben ist. Die Polykondensation wird in der auf diesem Gebiet üblichen Art und Weise durchgeführt, indem man z.B. den zu hydrolysierenden Silicium-Verbindungen, die entweder als solche oder gelöst in einem Lösungsmittel vorliegen, das erforderliche Wasser bei Raumtemperatur oder unter leichter Kühlung direkt zugibt (vorzugsweise unter Rühren und in Anwesenheit eines Hydrolyse- und Kondensationskatalysators ) und die resultierende Mischung daraufhin einige Zeit (ein bis mehrere Stunden) rührt. Bei Anwesenheit reaktiver Verbindungen empfiehlt sich in der Regel eine stufenweise Zugabe des Wassers. Unabhängig von der Reaktivität der anwesenden Verbindungen erfolgt die Hydrolyse in der Regel bei Temperaturen zwischen -20 und 130 °C bzw. dem Siedepunkt des gegebenenfalls eingesetzten Lösungsmittels. Wie bereits angedeutet, hängt die beste Art und Weise der Zugabe von Wasser vor allem von der Reaktivität der eingesetzten Ausgangsverbindungen ab. So kann man z.B. die gelösten Ausgangsverbindungen langsam zu einem Überschuß an Wasser tropfen oder man gibt Wasser in einer Portion oder portionsweise den gegebenenfalls gelösten Ausgangsverbindungen zu. Es kann auch nützlich sein, das Wasser nicht als solches zuzugeben, sondern mit Hilfe von wasserhaltigen organischen oder anorganischen Systemen in das Reaktionssystem einzutragen. Als besonders geeignet hat sich in vielen Fällen die Eintragung der Wassermenge in das Reaktionsgemisch mit Hilfe von feuchtigkeitsbeladenen Adsorbentien, z.B. von Molekularsieben, und von wasserhaltigen, organischen Lösungsmitteln, z.B. von 80 %-igem Ethanol, erwiesen. Die Wasserzugabe kann aber auch über eine chemische Reaktion erfolgen, bei der Wasser im Laufe der Reaktion freigesetzt wird. Beispiele hierfür sind Veresterungen.The Silanes of the general formulas I, II, III, IV, IV 'and V are above the Residues X hydrolyzable and polycondensable, and by the hydrolytic Polykondensati on an inorganic network is built with Si-O-Si bridges. The polycondensation is preferably carried out by the sol-gel method, as it is e.g. in DE-A1 2758414, 2758415, 301 1761, 3826715 and 3835968 is described. The polycondensation is in the on this Area usual Fashion performed, by e.g. the silicon compounds to be hydrolyzed, the either as such or solved in a solvent present, the required water at room temperature or below easier cooling directly added (preferably with stirring and in the presence of a Hydrolysis and condensation catalyst) and the resulting Mixture then stirs for some time (one to several hours). at Presence of reactive compounds is usually recommended in stages Adding the water. Independently from the reactivity The compounds present in the hydrolysis is usually at Temperatures between -20 and 130 ° C or the boiling point of optionally used Solvent. As already indicated, depends the best way of adding water especially from the Reactivity of the starting compounds used. So you can, for example the dissolved starting compounds slowly to an excess of water drop or you give water in one portion or in portions the possibly dissolved Starting compounds too. It may also be useful, not the water as such, but with the help of hydrous organic or inorganic systems in the reaction system. In many cases, the entry of the amount of water has proven to be particularly suitable into the reaction mixture with the aid of moisture-laden adsorbents, e.g. molecular sieves, and hydrous organic solvents, e.g. of 80% ethanol. The addition of water can but also over a chemical reaction takes place during which water in the course of the reaction is released. Examples of this are esterifications.
Wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, kommen neben den niederen aliphatischen Alkoholen (z.B. Ethanol oder i-Propanol) auch Ketone, vorzugsweise niedere Dialkylketone, wie Aceton oder Methylisobutylketon, Ether, vorzugsweise niedere Dialkylether wie Diethylether oder Dibutylether, THF, Amide, Ester, insbesondere Essigsäureethylester, Dimethylformamid, Amine, insbesondere Triethylamin, und deren Gemische in Frage.If a solvent is used, in addition to the lower aliphatic alcohols (e.g., ethanol or i-propanol) also ketones, preferably lower ones Dialkyl ketones, such as acetone or methyl isobutyl ketone, ethers, preferably lower dialkyl ethers such as diethyl ether or dibutyl ether, THF, amides, Esters, in particular ethyl acetate, Dimethylformamide, amines, especially triethylamine, and mixtures thereof in question.
Die Ausgangsverbindungen müssen nicht notwendigerweise bereits alle zu Beginn der Hydrolyse (Polykondensation) vorhanden sein, sondern es kann sich sogar als vorteilhaft erweisen, wenn nur ein Teil dieser Verbindungen zunächst mit Wasser in Kontakt gebracht wird und später die restlichen Verbindungen zugegeben werden.The Output connections must not necessarily already all at the beginning of the hydrolysis (polycondensation) be present, but it may even prove beneficial if only some of these compounds are initially in contact with water is brought and later the remaining compounds are added.
Um Ausfällungen während der Hydrolyse und der Polykondensation so weit wie möglich zu vermeiden, kann die Wasserzugabe in mehreren Stufen, z.B. in drei Stufen, durchgeführt werden. Dabei kann in der ersten Stufe z.B. ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der zur Hydrolyse benötigten Wassermenge zugegeben werden. Nach kurzem Rühren kann die Zugabe von einem Fünftel bis zu einem Zehntel der erforderlichen Wassermenge erfolgen und nach weiterem kurzen Rühren kann schließlich der Rest zugegeben werden.Around precipitations while hydrolysis and polycondensation as much as possible to avoid water addition in several stages, e.g. on three Stages, performed become. In this case, in the first stage, e.g. a tenth to one Twentieth of the amount of water required for the hydrolysis added become. After a short stir can the addition of a fifth up to a tenth of the required amount of water done and after further short stirring can finally the rest are added.
Die Kondensationszeit richtet sich nach den jeweiligen Ausgangskomponenten und deren Mengenanteilen, dem gegebenenfalls verwendeten Katalysator, der Reaktionstemperatur, etc. Im allgemeinen erfolgt die Polykondensation bei Normaldruck, sie kann jedoch auch bei erhöhtem oder bei verringertem Druck durchgeführt werden.The Condensation time depends on the respective output components and their proportions, the optionally used catalyst, the reaction temperature, etc. In general, the polycondensation is carried out at normal pressure, but it can also be at elevated or at reduced Pressure performed become.
Das so erhaltene Polykondensat kann entweder als solches oder nach teilweiser oder nahezu vollständiger Entfernung des verwendeten Lösungsmittels zu den erfindungsgemäßen Membranen verarbeitet werden. In einigen Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, in dem nach der Polykondensation erhaltenen Produkt das überschüssige Wasser und das gebildete und gegebenenfalls zusätzlich eingesetzte Lösungsmittel durch ein anderes Lösungsmittel zu ersetzen, um das Polykondensat zu stabilisieren. Zu diesem Zweck kann die Reaktionsmischung z.B. im Vakuum bei leicht erhöhter Temperatur so weit eingedickt werden, daß sie noch problemlos mit einem anderen Lösungsmittel aufgenommen werden kann.The polycondensate thus obtained can be processed either as such or after partial or almost complete removal of the solvent used to the membranes of the invention who the. In some cases, it may be advantageous to replace in the product obtained after the polycondensation, the excess water and the solvent formed and optionally additionally used by another solvent in order to stabilize the polycondensate. For this purpose, the reaction mixture can be so far thickened, for example, in vacuo at slightly elevated temperature that it can still be easily absorbed with another solvent.
Das auf diese Weise erhaltene Polykondensat stellt eine mehr oder weniger viskose Flüssigkeit oder ein Harz dar, und es wird nach üblichen Methoden zu Flachmembranen oder zu rohrförmigen Membranen verarbeitet. Nach der Formgebung und einer gegebenenfalls erforderlichen Trocknung wird die resultierende Membran durch Ausbildung eines organischen Netzwerkes gehärtet.The Polycondensate obtained in this way represents one more or less viscous liquid or a resin, and it is by conventional methods to flat membranes or too tubular Membranes processed. After shaping and one if necessary required drying, the resulting membrane by training hardened an organic network.
Die Silane der Formel I und daraus resultierende Polykondensate können über die bicyclischen Reste, die Silane der Formeln II und III und deren Polykondensate über die Reste B und die Silane der Formeln IV und IV' und deren Polykondensate über die Mercapto-Gruppen einer Polymerisation und/oder einer Polyaddition unterzogen werden. Durch diese Polymerisations- bzw. Polyadditionsreaktionen wird ein organisches Netzwerk aufgebaut. Das aus den Silanen der Formeln I bis V resultierende Polykondensat bzw. die daraus gefertigte Membran kann somit durch Polymerisation und/oder durch Polyaddition gehärtet werden. Diese Härtungsreaktionen werden thermisch und/oder strahlungsinduziert und/oder chemisch induziert durchgeführt. Nach der Härtung resultiert ein anorganisch-organisches Netzwerk, d.h. die erfindungsgemäßen Membranen verfügen über ein anorganisch-organisches Netzwerk. Durch Variation des anorganischen und/oder des organischen Netzwerkes, z.B. der Netzwerksdichte, können die chemischen und physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Membranen in weiten Bereichen variiert und das Eigenschaftsprofil der erfindungsgemäßen Membranen kann den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles angepaßt werden.The Silanes of the formula I and resulting polycondensates can over the Bicyclic radicals, the silanes of the formulas II and III and their Polycondensates over the radicals B and the silanes of the formulas IV and IV 'and their polycondensates on the Mercapto groups of a polymerization and / or a polyaddition be subjected. By these polymerization or polyaddition reactions An organic network is being set up. That from the silanes of Formulas I to V resulting polycondensate or made thereof Membrane can thus by polymerization and / or by polyaddition hardened become. These curing reactions are thermally and / or radiation-induced and / or chemical induced. To hardening results in an inorganic-organic network, i. the membranes of the invention have a inorganic-organic network. By variation of the inorganic and / or the organic network, e.g. the network density, the chemical and physical properties of the membranes of the invention varies widely and the property profile of the membranes of the invention can be adapted to the requirements of the respective application.
Das für die Herstellung der erfindungsgemäßen Membranen eingesetzte Polykondensat kann weitere Zusatzstoffe enthalten. Diese Zusatzstoffe können vor und/oder während und/oder nach der Polykondensation zugegeben werden. Bei diesen Zusatzstoffen handelt es sich z.B. um copolymerisierbare und/oder addierbare und/oder polyaddierbare Monomere und/oder Oligomere. Diese Monomere bzw. Oligomere werden im Zuge der Härtung der resultierenden Membran über Polymerisations- und/oder (Poly)Additionsreaktionen in das organische Netzwerk der erfindungsgemäßen Membran eingebaut. Werden hydrolysierbare Silicium-Verbindungen mit SH- bzw.- C=C- bzw. Amino-Gruppen eingesetzt und werden diese vor der hydrolytischen Polykondensation zugegeben, so werden diese Verbindungen im Zuge der Polykondensation in das anorganische und im Zuge der Polymerisation bzw. (Poly)Addition in das organische Netzwerk der erfindungsgemäßen Membranen eingebaut.The for the Preparation of the membranes of the invention used polycondensate may contain other additives. These Additives can before and / or during and / or after the polycondensation. In these Additives are e.g. to copolymerizable and / or addable and / or polyaddable monomers and / or oligomers. These monomers or oligomers are used in the course of curing resulting membrane over Polymerization and / or (poly) addition reactions in the organic Network of the membrane according to the invention built-in. Are hydrolyzable silicon compounds with SH- or-C = C or amino groups are used and these are before added hydrolytic polycondensation, so these compounds in the course of polycondensation in the inorganic and in the course of Polymerization or (poly) addition into the organic network of incorporated membranes of the invention.
Weitere Zusatzstoffe, die das für die Herstellung der erfindungsgemäßen Membranen eingesetzte Polykondensat enthalten kann, sind z.B. Härtungskatalysatoren. Diese werden z.B. erforderlich, wenn die resultierende Membran chemisch induziert gehärtet wird.Further Additives that are suitable for the preparation of the membranes of the invention used polycondensate may include, e.g. Curing catalysts. These are e.g. required if the resulting membrane is chemically induced hardened becomes.
Die aus dem Polykondensat gefertigten Membranen sind gaspermeabel und dicht. Werden poröse Membranen gewünscht, so können dem für die Herstellung der erfindungsgemäßen Membranen eingesetzten Polykondensat Additive zugesetzt werden, die Poren erzeugen und somit den erfindungsgemäßen Membranen eine Porosität verleihen. Derartige Additive sind z.B. flüchtige und/oder lösliche Zusatzstoffe, die nach der Härtung der Membran z.B. durch Temperaturerhöhung und/oder durch Herauslösen entfernt werden, so daß Hohlräume in der Membran verbleiben. So kann z.B. in den erfindungsgemäßen Membranen dadurch eine Porosität erzeugt werden, daß man Lösungsmittel (z.B. Essigester, Ethanol, Isopropanol, etc.) zum Polykondensat gibt und dieses nach der Härtung der Membran wieder entfernt. In das Harzsystem Nr. 1, das im Folgenden näher erläutert ist, können z.B. bis zu 25 Gew.-% verschiedener Lösungsmittel (z.B. Essigester, Ethanol, Isopropanol, etc.) eingerührt werden, ohne daß dessen Spinnbarkeit verloren geht. Nach der Härtung kann das noch in der Membran enthaltene Lösungsmittel schonend durch Lagerung bei Raumtemperatur oder forciert durch Erwärmung auf ca. 100 °C und Evakuierung quantitativ entfernt werden. Durch Zugabe von Ölen und deren Entfernung nach der Härtung der Membran werden größere Hohlräume, d.h. größere Poren erzeugt. Lösliche Stoffe, die zugesetzt werden können, sind z.B. Salze.The made of the polycondensate membranes are gas permeable and tight. Become porous membranes desired so can for the preparation of the membranes of the invention used polycondensate Additives are added which generate pores and thus the membranes of the invention a porosity to lend. Such additives are e.g. volatile and / or soluble additives, after curing the membrane e.g. removed by raising the temperature and / or by dissolution be so that cavities in the Membrane remain. Thus, e.g. in the membranes of the invention thereby a porosity be generated that one solvent (e.g., ethyl acetate, ethanol, isopropanol, etc.) to the polycondensate there and this after curing the membrane removed again. In the resin system no. 1, which is explained in more detail below, can e.g. up to 25% by weight of various solvents (e.g., ethyl acetate, Ethanol, isopropanol, etc.) are stirred without the Spinnability is lost. After curing this can still be done in the Membrane contained solvents gently by storage at room temperature or forced by heating about 100 ° C and evacuation are removed quantitatively. By adding oils and their Removal after curing the membrane becomes larger voids, i. larger pores generated. soluble Substances that can be added are e.g. Salts.
Es ist aber auch möglich, Poren dadurch zu erzeugen, daß man dem Polykondensat Treibmittel zusetzt, die vor der Härtung der Membran durch thermische Belastung (z.B. zwischen 150 und 250 °C) Gase freisetzen. Derartige Treibmittel sind z.B. Azo-Verbindungen, wie etwa Azodicarbonamide. Weitere Additive, die zur Porenerzeugung zugesetzt werden können, sind beispielsweise Hydrazin-Derivate (z.B. 4.4-Oxybis(benzolsulfohydrazid), Semicarbazide (z.B. p-Toluylensulfonylsemicarbazid), Tetrazole (z.B. 5-Phenyltetrazol) oder Benzoxazine (z.B. Isatosäureanhydrid).It but it is also possible To create pores in that one the blowing agent added to the polycondensate before hardening of Relieve membrane by thermal stress (e.g., between 150 and 250 ° C) gases. Such propellants are e.g. Azo compounds, such as azodicarbonamides. Other additives that can be added for pore generation are for example, hydrazine derivatives (e.g., 4.4-oxybis (benzenesulfohydrazide), Semicarbazides (e.g., p-toluenesulfonyl semicarbazide), tetrazoles (e.g. 5-phenyltetrazole) or benzoxazines (e.g., isatoic anhydride).
Poren können in den erfindungsgemäßen Membranen auch dadurch erzeugt werden, daß durch thermisches Cracken bzw. durch Oxydation, z.B. durch Ausglühen bei 650 °C, der organische Anteil der Membran verändert oder ganz oder teilweise entfernt wird. Dadurch erhält man eine Porenstruktur im Nanometer-Bereich.pore can in the membranes of the invention also be generated by that thermal cracking or by oxidation, e.g. by annealing at 650 ° C, the organic portion of the membrane changes or completely or partially Will get removed. This preserves you have a pore structure in the nanometer range.
Die Poren erzeugenden Additive können auch selbst porös sein und verleihen damit der Membran durch ihre Anwesenheit eine Porosität. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind derartige poröse Zusatzstoffe z.B. poröse Glaspartikel, Perli te, Zeolithe, Kieselgel, Kieselgur, Tonerde oder Aerosile in kugelförmiger bzw. gemahlener Form.The Pore-forming additives can also porous and thus give the membrane by their presence one Porosity. Without restriction the general public, such porous additives are e.g. porous glass particles, Perlites, zeolites, silica gel, kieselguhr, clay or aerosils in spherical or ground form.
Zur Herstellung von z.B. Endlos-Flachmembranen werden bevorzugt lösungsmittelfreie Systeme eingesetzt, – lösungsmittelhaltige sind jedoch ebenfalls verarbeitbar, – die kontinuierlich auf eine rotierende Walze aufgetragen werden. Nach der Filmbildung mittels Spaltrakel erfolgt die Härtung, z.B. eine strahlungsinduzierte Härtung, die Ablösung und Aufwickelung der Membranen.to Production of e.g. Endless flat membranes are preferably solvent-free Systems used, - solvent-containing are, however, also processable, - which continuously on one rotating roller are applied. After the film formation by means of Splitting blade takes the cure, e.g. a radiation-induced curing, the replacement and winding the membranes.
Zur Herstellung von z.B. Endlos-Hohlfasern werden bevorzugt lösungsmittelfreie Systeme eingesetzt, – lösungsmittelhaltige sind jedoch ebenfalls verarbeitbar, – aus denen wie folgt Hohlfasern gefertigt werden. Zunächst wird das harzförmige Polykondensat durch eine ringförmige Düse extrudiert, wobei der Hohlraum durch eine gas- bzw. flüssigkeitsführende Innendüse erzeugt wird. Die Dimension des Harzfadens wird nach üblichen Methoden durch die Variation der Spinnparameter, wie z.B. der Abzugsgeschwindigkeit, der Temperatur, des Drucks, etc., eingestellt. Anschließend wird durch eine ringförmige Vorhärtungskomponente, z.B. eine Strahlungsquelle, unmittelbar unterhalb der Spinndüse der Harzfaden vorvernetzt und damit die Form konserviert. Mittels eines darunter angebrachten Rundstrahlers wird die Endhärtung durchgeführt. Die resultierende Endlosfaser wird aufgewickelt und umgespult. Zur Vorhärtung und/oder zur Endhärtung kann neben einer strahlungsinduzierten Härtung auch eine selbstinduzierte oder eine chemisch induziere Härtung durchgeführt werden. Eine Kombination verschiedener Härtungsprinzipien ist ebenfalls möglich.to Production of e.g. Endless hollow fibers are preferably solvent-free Systems used, - solvent-containing however, are also processable, - from which hollow fibers as follows be made. First becomes the resinous one Polycondensate through an annular Extruded nozzle, wherein the cavity is produced by a gas or liquid-conducting inner nozzle becomes. The dimension of the resin thread is by conventional methods by the Variation of spinning parameters, e.g. the withdrawal speed, the temperature, pressure, etc., set. Subsequently, will through an annular Vorhärtungskomponente, e.g. a radiation source just below the spinneret of the resin thread Pre-crosslinked and thus preserves the shape. By means of one underneath mounted round radiator, the final curing is performed. The resulting endless fiber is wound up and rewound. For precuring and / or for final curing In addition to radiation-induced curing, it can also be a self-induced one or a chemically induced cure carried out become. A combination of different curing principles is also possible.
Die
Härtung
der erfindungsgemäßen Membranen
kann nach unterschiedlichen Härtungsprinzipien, d.h.
thermisch, strahlungs- und/oder chemisch induziert, und nach üblichen
Methoden durchgeführt
werden. Gegebenenfalls ist die Zugabe von üblichen Härtungskatalysatoren erforderlich.
Die Härtungsprinzipien
und -methoden sind z.B. in der
Die erfindungsgemäßen Membranen sind in einphasiger wie auch in zweiphasiger Ausführung mit und ohne Porosität herstellbar. Die einphasige Ausführung findet insbesondere dort ihre Anwendung, wo Transparenz eine wichtige Rolle spielt.The membranes according to the invention are in single-phase as well as in two-phase design with and without porosity produced. The single-phase version finds its application especially where transparency is an important one Role play.
Zweiphasige Membranen werden aus Systemen erhalten, die nicht mischbar sind, sondern Emulsionen bilden. Derartige Systeme können sowohl zu Fasern als auch zu Folien verarbeitet werden, indem man z.B. durch gemeinsames Rühren eine Emulsion der nicht mischbaren Komponenten fertigt, diese Emulsion nach üblichen Methoden zu Membranen verarbeitet und bei der Härtung der resultierenden Membran die nicht-mischbaren Komponenten zusammen härtet. Eine andere Variante besteht darin, Systeme zu verarbeiten, bei denen es während der Synthese zur Phasentrennung kommt. Durch diese zweiphasigen Varianten lassen sich erfindungsgemäße Membranen fertigen, die aus einem stabilen organisch-anorganischen Netzwerk bestehen, in das eine durchgehende, hochpermeable zweite Phase eingelagert ist.biphasic Membranes are obtained from systems that are immiscible, but form emulsions. Such systems can be used as fibers as well into films, e.g. by stirring one Made emulsion of immiscible components, this emulsion according to usual Methods are processed into membranes and in the curing of the resulting membrane hardens the immiscible components together. Another variant is to process systems in which it during the Synthesis for phase separation comes. Through these two-phase variants can membranes of the invention made of a stable organic-inorganic network, in a continuous, highly permeable second phase is incorporated.
Das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Membranen ist einfach, kostengünstig und auf kleinstem Raum durchführbar. Es ist für die Endlosproduktion von Hohlfasern und Folien geeignet und es sind alle gängigen Härtungsprinzipien anwendbar. Aufgrund der toxikologischen Unbedenklichkeit der Materialien sind die erfindungsgemäßen Membranen im medizinischen Bereich problemlos anwendbar. Die für verschiedene Anwendungen oftmals notwendigen Oberflächenmodifikationen, z.B. zur Vermeidung von Blutkoagulationen, zur Einstellung der Polarität, des Adsorptionsverhaltens etc., können entweder schon während der Materialsynthese, d.h. in situ, oder nachträglich durchgeführt werden. Derartige Oberflächenmodifikationen sind z.B. Beschichtungen mit Heparin, mit hydrophilen oder hydrophoben Silanen, mit Fluorsilanen oder mit Biomolekülen.The Production process of the membranes according to the invention is simple, economical and in a small space feasible. It is for the continuous production of hollow fibers and films are suitable and they are all common curing principles applicable. Due to the toxicological safety of the materials are the membranes of the invention Easily applicable in the medical field. The for different Applications often necessary surface modifications, e.g. to Prevention of blood coagulation, adjustment of polarity, adsorption behavior etc., can either already during the material synthesis, i. be carried out in situ, or subsequently. Such surface modifications are e.g. Coatings with heparin, with hydrophilic or hydrophobic Silanes, with fluorosilanes or with biomolecules.
Die erfindungsgemäßen Membranen zeigen bei hoher mechanischer Stabilität hohe Permeationswerte, auch ohne Porosität. Damit sind auch bei hohen Permeationswerten noch freitragende Folien und Hohlfasern herstellbar, ohne daß z.B. die Gefahr des Durchtritts der fluiden Phase besteht.The membranes according to the invention show high permeation values with high mechanical stability, too without porosity. Thus, self-supporting foils are still at high permeation values and hollow fibers can be produced without e.g. the danger of passage the fluid phase exists.
Durch folgende beispielhafte Modifikationen kann die Permeabilität der Membran den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles angepaßt werden.
- • Variation der anorganischen und der organischen Strukturdichte
- • Variation des Gehalts an Dimethylsilan-Einheiten
- • Chemischer und physikalischer Einbau von anorganischen oder organischen vorgefertigten, hochpermeablen Monomeren, Oligomeren oder Polymeren
- • Silanisierung freier SiOH-Gruppen mit Trimethylsilyl-Einheiten
- • Variation of inorganic and organic structure density
- Variation of the content of dimethylsilane units
- Chemical and physical incorporation of inorganic or organic preformed, highly permeable monomers, oligomers or polymers
- • Silanization of free SiOH groups with trimethylsilyl units
Variation der anorganischen StrukturdichteVariation of inorganic structural density
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird am Vergleich der folgenden Harzsysteme der Einfluß der anorganischen Strukturdichte auf O2-Permeabilität, E-Modul und Festigkeit der resultierenden Membranen aufgezeigt. Die Ergebnisse dazu sind tabellarisch zusammengefaßt. Ganz allgemein kann gesagt werden, daß eine Erhöhung der anorganischen Strukturdichte zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität und zu einer Erniedrigung der Sauerstoff-Permeabilität führt.Without restricting the generality, the comparison of the following resin systems shows the influence of the inorganic structure density on O 2 permeability, modulus of elasticity and strength of the resulting membranes. The results are summarized in tabular form. In general, it can be said that increasing the inorganic structure density leads to an increase in mechanical stability and a decrease in oxygen permeability.
Beim Harztyp 1 werden zunächst, gemäß folgendem Reaktionsschema, Glycerin-1,3-dimethacrylat und 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan miteinander verknüpft.At the Resin type 1 will be initially, according to the following Reaction scheme, glycerol-1,3-dimethacrylate and 3-Isocyanatopropyltriethoxysilane linked together.
Das resultierende Silan wird zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes hydrolytisch polykondensiert, wobei das 1,12-Dodecandioldimethacrylat vor, während oder nach der Polykondensation zugegeben werden kann. Aus der resultierenden Mischung werden nach üblichen Verfahren Membranen gefertigt, bei deren Härtung durch Polymerisation der Methacrylat-Gruppen aus dem Polykondensat und dem 1,12-Dodecandioldimethacrylat das organische Netzwerk aufgebaut wird.The resulting silane becomes the structure of the inorganic network hydrolytically polycondensed, the 1,12-dodecanediol dimethacrylate before, while or after the polycondensation can be added. From the resulting Mixture be after usual Processes made membranes, when cured by polymerization the methacrylate groups from the polycondensate and the 1,12-dodecanediol dimethacrylate the organic network is built.
Beim Harztyp 2 werden zunächst, gemäß folgendem Reaktionsschema, das Trimethylolpropantriacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan miteinander verknüpft.For resin type 2, first, according to the following reaction scheme, trimethylolpropane tri acrylate and the mercaptopropylmethyldimethoxysilane linked together.
Das resultierende Silan wird zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes hydrolytisch polykondensiert. Aus dem Polykondensat werden dann nach üblichen Verfahren Membranen gefertigt, bei deren Härtung durch Polymerisation der Acrylat-Gruppen das organische Netzwerke aufgebaut wird.The resulting silane becomes the structure of the inorganic network hydrolytically polycondensed. From the polycondensate are then according to usual Processes made membranes, when cured by polymerization the acrylate groups that organizes organic networks.
Beim Harztyp 3 werden zunächst, gemäß folgendem Reaktionsschema, das Tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurat-triacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan miteinander verknüpft.At the Resin Type 3 will be initially, according to the following Reaction scheme, the tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate and the mercaptopropylmethyldimethoxysilane linked together.
Anschließend wird zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes das resultierende Silan zusammen mit dem Tetraethoxysilan hydrolytisch polykondensiert, und die daraus gefertigte Membran wird durch Polymerisation der Acrylat-Gruppen gehärtet.Subsequently, will to build up the inorganic network, the resulting silane hydrolytically polycondensed together with the tetraethoxysilane, and the membrane made therefrom by polymerization of Hardened acrylate groups.
Beim Harztyp 4 werden zunächst, in Analogie zum Harztyp 2, das Trimethylolpropantriacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan miteinander verknüpft. Anschließend wird das resultierende Silan, zusammen mit dem Dimethyldiethoxysilan, hydrolytisch polykondensiert, und die daraus gefertigte Membran wird durch Polymerisation der Acrylat-Gruppen gehärtet.At the Resin type 4 will be initially, in analogy to resin type 2, trimethylolpropane triacrylate and mercaptopropylmethyldimethoxysilane linked together. Subsequently the resulting silane, together with the dimethyldiethoxysilane, hydrolytically polycondensed, and the membrane made therefrom is cured by polymerization of the acrylate groups.
Beim Harztyp 5 werden zunächst, in Analogie zum Harztyp 2, das Trimethylolpropantriacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan miteinander verknüpft. Anschließend wird das resultierende Silan, zusammen mit dem Dimethyldiethoxysilan und dem Methyltrimethoxysilan, hydrolytisch polykondensiert, und die daraus gefertigte Membran wird durch Polymerisation der Acrylat-Gruppen gehärtet.At the Resin type 5 will be initially, in analogy to resin type 2, trimethylolpropane triacrylate and mercaptopropylmethyldimethoxysilane linked together. Subsequently becomes the resulting silane, along with the dimethyldiethoxysilane and the methyltrimethoxysilane, hydrolytically polycondensed, and the membrane made therefrom by polymerization of the acrylate groups hardened.
Beim Harztyp 6 werden zunächst, in Analogie zum Harztyp 2, das Trimethylolpropantriacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan miteinander verknüpft. Anschließend wird das resultierende Silan, zusammen mit dem Methyltri methoxysilan, hydrolytisch polykondensiert, und die daraus gefertigte Membran wird durch Polymerisation der Acrylat-Gruppen gehärtet.In the resin type 6, first, in analogy to the resin type 2, the trimethylolpropane triacrylate and the mercaptopropylmethyldimethoxysilane are linked together. Subsequently, the resulting silane, too together with the Methyltri methoxysilane, hydrolytically polycondensed, and the membrane made therefrom is cured by polymerization of the acrylate groups.
Bei gleichem organischen Vernetzungspotential ergibt sich wegen des höheren anorganischen Vernetzungspotentials von Harztyp 1 ein gegenüber Harztyp 2 höherer E-Modul, eine höhere Biegebruchfestigkeit und ein erniedrigter O2-Permeationskoeffizient. Die Zugabe des vierfach hydrolysier- und kondensierbaren Tetraethoxysilan bewirkt beim Harztyp 3 gegenüber Harztyp 2 eine Erhöhung der anorganischen Vernetzungsdichte bei gleichzeitiger Reduzierung der O2-Permeabilität. Der Vergleich der Harztypen 4, 5 und 6 zeigt, daß der Ersatz von Methyl-Gruppen durch das Vernetzungspotential erhöhenden Alkoxy-Gruppen zu einer Reduzierung der O2-Permeabilität führt.At the same organic crosslinking potential, the high inorganic crosslinking potential of resin type 1 results in a higher modulus of elasticity compared to resin type 2, a higher bending strength and a reduced O 2 permeation coefficient. Addition of the tetra-hydrolyzable and condensable tetraethoxysilane in the case of resin type 3 leads to an increase in the inorganic crosslinking density with respect to resin type 2, while at the same time reducing O 2 permeability. The comparison of resin types 4, 5 and 6 shows that the replacement of methyl groups by the crosslinking potential-increasing alkoxy groups leads to a reduction of O 2 permeability.
Variation der organischen Strukturdichte Silanisierung von SiOH-Gruppen und Einbau von permeationssteigernden MonomerenVariation of the organic Structure-dense silanization of SiOH groups and incorporation of permeation enhancing monomers
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird am Vergleich von weiteren Harztypen der Einfluß der organischen Strukturdichte auf O2-Permeabilität, E-Modul und Festigkeit der resultierenden Membranen aufgezeigt. Die Ergebnisse dazu sind tabellarisch zusammengefaßt. Ganz allgemein kann gesagt werden, daß eine Verringerung des organischen Vernetzungspotentials eine deutliche Reduzierung der mechanischen Festigkeit und eine Erhöhung der O2-Permeabilität bewirkt. Durch die Silanisierung von SiOH-Gruppen und/oder durch den Einbau von Reaktivmonomeren kann die O2-Permeabilität der erfindungsgemäßen Membranen weiter erhöht werden.Without restricting the general public, the influence of the organic structure density on O 2 permeability, modulus of elasticity and strength of the resulting membranes is shown by comparing other resin types. The results are summarized in tabular form. In general, it can be said that a reduction in the organic crosslinking potential causes a marked reduction in mechanical strength and an increase in O 2 permeability. By silanization of SiOH groups and / or by the incorporation of reactive monomers, the O 2 permeability of the membranes of the invention can be further increased.
Die Polykondensate sind in der Regel nicht vollständig anorganisch kondensiert, d.h. es sind freie ≡SiOH-Gruppen vorhanden. Diese können im Rahmen einer Silanisierung z.B. zu ≡Si-O-Si(CH3)3-Gruppen umgesetzt werden. Dies bewirkt zum einen eine Auflockerung der Gesamtstruktur der erfindungsgemäßen Membran und zum anderen eine Erhöhung der Zahl der die O2-Permeabilität begünstigenden Si- O-Si-Gruppen. Kontrolliert wird die Silanisierung durch Aufnahme des IR-Spektrums anhand des Verschwindens der verbliebenen SiOH-Bande.As a rule, the polycondensates are not completely inorganically condensed, ie there are free ≡SiOH groups. These can be converted into ≡Si-O-Si (CH 3 ) 3 groups as part of a silanization, for example. This causes, on the one hand, a loosening of the overall structure of the membrane according to the invention and, on the other hand, an increase in the number of Si-O-Si groups which favor the O 2 permeability. The silanization is monitored by recording the IR spectrum based on the disappearance of the remaining SiOH band.
Die Herstellung von Membranen aus dem Harztyp 2 ist bei der Diskussion der anorganischen Strukturdichte beschrieben.The Preparation of resin type 2 membranes is under discussion of inorganic structure density.
Beim Harztyp 7 werden zunächst, gemäß dem folgenden Reaktionsschema, das 1.12-Dodecandioldimethacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan mit einander verknüpft.At the Resin Type 7 will be initially, according to the following Reaction scheme, the 1.12-Dodecandioldimethacrylat and Mercaptopropylmethyldimethoxysilane linked with each other.
Anschließend wird das resultierende Silan hydrolytisch polykondensiert, und die daraus gefertigte Membran wird durch Polymerisation der Methacrylat-Gruppen gehärtet.Subsequently, will the resulting silane hydrolytically polycondensed, and the resulting fabricated membrane is formed by polymerization of the methacrylate groups hardened.
Beim Harztyp 8 werden zunächst, gemäß dem folgenden Reaktionsschema, nach der Polykondensation noch vorhandene SiOH-Gruppen des Harztyps 7 silanisiert.At the Resin type 8 will be initially, according to the following Reaction scheme, after the polycondensation still existing SiOH groups of the resin type 7 silanized.
Die daraus gefertigten Membranen werden durch Polymerisation der Methacrylat-Gruppen gehärtet.The made of membranes are obtained by polymerization of the methacrylate groups hardened.
Bei den Harztypen 9 und 10 werden nach der Silanisierung die Reaktivmonomere TRIS bzw. TETRAKIS eingearbeitet, und die daraus gefertigten Membranen werden durch Polymerisation der Methoxy-Gruppen gehärtet.at resin types 9 and 10 become the reactive monomers after silanization TRIS or TETRAKIS incorporated, and the resulting membranes are cured by polymerization of the methoxy groups.
Bei gleicher anorganischer Vernetzung der Harztypen 2 und 7 bewirkt eine Verringerung des organischen Vernetzungspotentials von Harztyp 7 eine deutliche Reduktion des E-Moduls und eine Erhöhung der Permeation. Harztyp 8 zeigt, im Vergleich zu Harztyp 7, als Folge der Silanisierung eine weitere Erhöhung der O2-Permeabilität. Im Vergleich zum Harztyp 8 wird beim Harztyp 9 durch die Zugabe des Reaktivmonomers TRIS der Einbau von die O2-Permeation begünstigenden Endgruppen in die resultierende Membran bewirkt. Im Vergleich zum Harztyp 8 wird beim Harztyp 10 durch die Zugabe der Vernetzungskomponente TETRAKIS die O2-Permeabilität der resultierenden Membran weiter erhöht.With the same inorganic crosslinking of resin types 2 and 7, a reduction in the organic crosslinking potential of resin type 7 causes a marked reduction of the modulus of elasticity and an increase in permeation. Resin type 8 shows a further increase in O 2 permeability as compared to resin type 7 as a result of silanization. Compared with the resin type 8, the addition of the reactive monomer TRIS in the resin type 9 causes the incorporation of O 2 permeation-promoting end groups into the resulting membrane. Compared with the resin type 8, in the resin type 10, the addition of the crosslinking component TETRAKIS further increases the O 2 permeability of the resulting membrane.
Einbau von Dimethylsiloxan-StrukturenIncorporation of dimethylsiloxane structures
Die O2-Permeabilität der resultierenden Membran wird z.B. durch den Einbau von Dimethylsiloxan-Strukturen ebenfalls erhöht. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit erfolgt der Einbau in das Polykondensat z.B. durch Co-Kondensation von z.B. Dimethyldialkoxysilan, durch Addition von Amino-terminierten Polydimethylsiloxan oder durch Co-Polymerisation von Acryloxy-terminiertem Polydimethylsiloxan. Der daraus resultierende Variationsbereich der O2-Permeation beträgt drei Größenordnungen.The O 2 permeability of the resulting membrane is also increased, for example, by the incorporation of dimethylsiloxane structures. Without restriction of generality, the incorporation into the polycondensate takes place, for example, by co-condensation of, for example, dimethyldialkoxysilane, by addition of amino-terminated polydimethylsiloxane or by co-polymerization of acryloxy-terminated polydimethylsiloxane. The resulting range of variation of O 2 permeation is three orders of magnitude.
Bei den folgenden Beispielen, deren Ergebnisse tabellarisch zusammengefaßt sind, erfolgt der Einbau der Dimethylsiloxan-Strukturen in das Polykondensat durch Co-Polymerisation.at the following examples, whose results are tabulated, the incorporation of the dimethylsiloxane structures in the polycondensate by co-polymerization.
Bei den Harztypen 11 bis 15 werden zunächst, gemäß folgendem Reaktionsschema, Glycerin-1,3-dimethacrylat und 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan miteinander verknüpft.at resin types 11 to 15 are first, according to the following reaction scheme, Glycerol-1,3-dimethacrylate and 3-isocyanatopropyltriethoxysilane linked together.
Das resultierende Silan wird dann zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes entweder alleine (Harztyp 1 1) oder zusammen mit dem Dimethyldiethoxysilan (Harztyp 12 bis 15) hydrolytisch polykondensiert. Aus dem Polykondensat werden nach übliche Methoden Membranen gefertigt, bei deren Härtung durch Polymerisation der Methacrylat-Gruppen das organische Netzwerk aufgebaut wird.The resulting silane then becomes the structure of the inorganic network either alone (resin type 11) or together with the dimethyldiethoxysilane (Resin type 12 to 15) hydrolytically polycondensed. From the polycondensate be after usual Methods manufactured membranes, when hardened by polymerization the methacrylate groups the organic network is built up.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt der Einbau von Dimethylsiloxan-Einheiten in das Polykondensat durch Co-Polykondensation mit Dimethyldiethoxysilan. Die Ergebnisse dazu sind tabellarisch zusammengefaßt.
- O2-Permeabilität : x = cm3/cm·s·cmHg
- O 2 permeability: x = cm 3 / cm · s · cmHg
Zunächst wird das "Norbornen-Silan" der Harztypen 16 bis 19 gemäß folgendem Reaktionsschema hergestellt, und anschließend mit dem Dimethyldiethoxysilan hydrolytisch polykondensiert. Das resultierende Polykondensat wird mit Trimethylpropan-tris(3-mercaptopropionat versetzt und zu Membranen verarbeitet, deren Härtung dann durch strahlungsinduzierte Polyaddition des Trimethylpropan-tris(3-mercaptopropionat an die C=C-Doppelbindungen der Norbornen-Reste erfolgt.First, the "norbornene silane" of resin types 16 to 19 is prepared according to the following reaction scheme. and then polycondensed with the dimethyldiethoxysilane hydrolytically. The resulting polycondensate is treated with trimethylpropane tris (3-mercaptopropionate and processed into membranes, the curing then takes place by radiation-induced polyaddition of trimethylpropane tris (3-mercaptopropionate to the C = C double bonds of the norbornene radicals.
In den folgenden Beispielen erfolgt der Einbau der Dimethylsiloxan-Einheiten in das Polykondensat durch Addition von Aminopropyl-terminiertem Polydimethylsiloxan mit ca. 65 -Si(CH3)2-O-Segmenten (= DMS A 21). Die Ergebnisse dazu sind tabellarisch zusammengefaßt.In the following examples, the incorporation of dimethylsiloxane units in the polycondensate by addition of aminopropyl-terminated polydimethylsiloxane with about 65 -Si (CH 3 ) 2 -O-segments (= DMS A 21). The results are summarized in tabular form.
Beim Harztyp 20 und 21 werden zunächst, gemäß folgendem Reaktionsschema, das Trimethylolpropantriacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan miteinander verknüpft.At the Resin types 20 and 21 are first, according to the following Reaction scheme, the trimethylolpropane triacrylate and the mercaptopropylmethyldimethoxysilane linked together.
Für die Weiterverarbeitung des resultierenden Silans zu den erfindungsgemäßen Membranen gibt es zwei Varianten:
- • Das resultierende Silan wird zunächst zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes hydrolytisch polykondensiert, und das Polykondensat wird dann mit dem Polydimethylsiloxan über die Addition von Acrylat- und Amino-Gruppen verknüpft.
- • Das resultierende Silan wird zunächst mit dem Polydimethylsiloxan über die Addition von Acrylat- und Amino-Gruppen verknüpft, und das Additionsprodukt wird dann zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes hydrolytisch polykondensiert.
- The resulting silane is first hydrolytically polycondensed to form the inorganic network, and the polycondensate is then linked to the polydimethylsiloxane via the addition of acrylate and amino groups.
- The resulting silane is first linked to the polydimethylsiloxane via the addition of acrylate and amino groups, and the addition product is then hydrolytically polycondensed to form the inorganic network.
Die aus dem resultierenden Polykondensat gefertigte Membran wird dann zum Aufbau des organischen Netzwerkes durch Polymerisation der Acrylat-Gruppen gehärtet, und das Lösungsmittel wird quantitativ entfernt.The membrane made from the resulting polycondensate then becomes to build up the organic network by polymerizing the acrylate groups hardened, and the solvent is removed quantitatively.
Beim folgenden Ausführungsbeispiel werden Dimethylsiloxan-Einheiten durch Co-Polymerisation mit einem relativ kurzkettigen Polydimethylsiloxan, das terminale Acrylat-Gruppen enthält und aus ca. 14 Dimethylsiloxan-Einheiten besteht (PDMS U22 von ABCR), in das Polykondensat eingearbeitet. Das Ergebnisse dazu enthält folgende Tabelle.
- O2-Permeabilität : x = cm3/cm·s·cmHg
- O 2 permeability: x = cm 3 / cm · s · cmHg
Zunächst werden, in Analogie zum Harztyp 1, Glycerin-1,3-dimethacrylat und 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan miteinander verknüpft. Das resultierende Silan wird zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes hydrolytisch polykondensiert, wobei das 1,12-Dodecandioldimethacrylat und/oder das PDMS U22 vor, während oder nach der Polykondensation zugegeben werden kann. Dann wird durch Co-Polymerisation der Acrylat- und der Methacrylat-Gruppen das PDMS U22 im Polykondensat chemisch verankert. Aus der resultierenden Mischung werden nach üblichen Verfahren Membranen gefertigt, bei deren Härtung durch Polymerisation der restlichen Methacrylat-Gruppen das organische Netzwerk weiter aufgebaut wird.First, in analogy to resin type 1, glycerol-1,3-dimethacrylate and 3-isocyanatopropyltriethoxysilane linked together. The resulting silane becomes the structure of the inorganic network hydrolytically polycondensed, the 1,12-dodecanediol dimethacrylate and / or the PDMS U22 before, during or can be added after the polycondensation. Then it will be through Co-polymerization of the acrylate and methacrylate groups the PDMS U22 chemically anchored in the polycondensate. From the resulting mixture be after usual Processes made membranes, when cured by polymerization the remaining methacrylate groups continue the organic network is built.
In der folgenden Tabelle sind die O2-Permeabilitäten silanisierter und nicht-silanisierter Systeme zusammengestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Silanisierung freier -OH-Einheiten durch z.B. Trimethylsilyl-Einheiten eine Erhöhung der O2-Permeabilität zur Folge hat.
- O2-Permeabilität : x = cm3/cm·s·cmHg
- O 2 permeability: x = cm 3 / cm · s · cmHg
Edukte und Herstellung der Harztypen 2, 4 und 7 sind bei der Variation der anorganischen und der organischen Strukturdichte beschrieben. Die Silanisierung der Polykondensate erfolgt gemäß folgendem Reaktionsschema durch Umsetzung mit Trimethylchlorsilan.reactants and preparation of resin types 2, 4 and 7 are in the variation of inorganic and organic structure density. The silanization of the polycondensates is carried out according to the following reaction scheme by reaction with trimethylchlorosilane.
Alternativ kann die Silanisierung durch Zugabe von Hexamethyldisilazan (HMDS) dem mit Tetrahydrofuran (THF) verdünnten Ansatz unter Argon-Atmosphäre durchgeführt werden. Dadurch werden ebenfalls freie Si-OH-Gruppen zu Si-CH3-Gruppen umgesetzt.Alternatively, the silanization can be carried out by adding hexamethyldisilazane (HMDS) to the tetrahydrofuran (THF) diluted batch under an argon atmosphere. As a result, free Si-OH groups are also converted to Si-CH 3 groups.
Die daraus gefertigten Membranen sind durch Polymerisation der Acrylat- bzw. Methacrylat-Gruppen gehärtet. Auf die Prozeßparameter beim Spinnen bzw. Foliengießen hat die Silanisierung keine Auswirkung, sofern sie unmittelbar vor der Weiterverarbeitung erfolgt und damit den Alterungseffekt nicht beeinflußt.The membranes made therefrom are by polymerization of the acrylate or methacrylate groups hardened. The silanization has no effect on the process parameters during spinning or film casting, provided it takes place immediately before further processing and thus does not affect the aging effect.
Ausführungsbeispiel für zweiphasige Systeme Exemplary embodiment of two-phase systems
Beim Harztyp 23 wird zunächst, wie beim Harztyp 4 beschrieben, das Trimethylolpropantriacrylat und das Mercaptopropylmethyldimethoxysilan miteinander verknüpft. Anschließend wird das resultierende Silan, zusammen mit dem Dimethyldiethoxysilan, hydrolytisch polykondensiert. Das resultierende Polykondensat ist mit dem Amino-terminierten Polydimethylsiloxan nicht mischbar, man erhält ein zweiphasiges Mischsystem, das sich zu milchig-trüben Membranen verarbeiten läßt, deren Härtung durch Polymerisation der Acrylat-Gruppen erfolgt.At the Resin type 23 is first, as described for resin type 4, the trimethylolpropane triacrylate and the mercaptopropylmethyldimethoxysilane linked together. Subsequently, will the resulting silane, together with the dimethyldiethoxysilane, hydrolytically polycondensed. The resulting polycondensate is with immiscible with the amino-terminated polydimethylsiloxane, giving a biphasic Mixing system, which can be processed into milky-cloudy membranes whose hardening by polymerization of the acrylate groups.
Die erfindungsgemäßen Membranen können für Trennprozesse, z.B. in der Ultra- oder Hyperfiltrationstechnik, bei der Dialyse, bei der Gasseparation, bei der Gaspermeation, der Elektrodialyse, bei der extrakorporalen Beatmung, als künstliche Blutgefäße oder in der Medizintechnik (z.B. als Ersatz von PVC- oder Siliconschläuchen) eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Membranen zeigen eine ausgezeichnete Permeationsrate für O2 und CO2, so daß sie z.B. für den Einsatz in Oxygenatoren hervorragend geeignet sind.The membranes according to the invention can be used for separation processes, for example in ultrafiltration or hyperfiltration technology, in dialysis, in gas separation, in gas permeation, in electrodialysis, in extracorporeal ventilation, as artificial blood vessels or in medical technology (eg as a replacement for PVC or Silicone hoses) can be used. The membranes according to the invention show an excellent permeation rate for O 2 and CO 2 , so that they are outstandingly suitable, for example, for use in oxygenators.
Im folgenden wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Membranen an konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert.in the The following is the preparation of the membranes of the invention in concrete embodiments explained in more detail.
Die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 betreffen die Herstellung von Folien und Hohlfasern bzw. Kapillaren. Diese Systeme sind hochvernetzt, nicht porös und vergleichsweise gasundurchlässig.The embodiments 1 to 3 relate to the production of films and hollow fibers or Capillaries. These systems are highly cross-linked, non-porous and comparatively gas impermeable.
Beispiel 4 betrifft eine Modifikation eines der Grundsysteme in Richtung noch geringerer Gasdurchlässigkeit durch den Einbau von Tetraethoxysilan (TEOS).example 4 relates to a modification of one of the basic systems in the direction even lower gas permeability by the incorporation of tetraethoxysilane (TEOS).
Die Beispiele 5 bis 10 betreffen gezielte Modifikationen auf der Grundlage dieser Systeme in Richtung einer erhöhten Gasdurchlässigkeit. Als Maß für die Gaspermeabilität ist die O2-Permeabilität angegeben (Einheit Barrer = 10-10 cm3 (STP) / cm·s·cm Hg ).Examples 5 to 10 relate to targeted modifications based on these systems towards increased gas permeability. As a measure of the gas permeability, the O 2 permeability is indicated (unit Barrer = 10 -10 cm 3 (STP) / cm · s · cm Hg).
Beispiel 11 betrifft die Herstellung poröser Strukturen und Beispiele 12 betrifft durch Pyrolyse der Membranen erhaltene mikroporöse Systeme.example 11 relates to the production of porous Structures and Examples 12 relates to pyrolysis of the membranes obtained microporous Systems.
-
Beispiel
1 Edukte
:
Glycerin-1,3-dimethacrylat 1 mol 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan 1 mol 1,12-Dodecandioldimethacrylat 0,2 mol Glycerol-1,3-dimethacrylate 1 mol 3-isocyanatopropyltriethoxysilane 1 mol 1,12-dodecanediol 0.2 mol
Die
Synthese des Harzes erfolgt wie in der
Hohlfaserherstellung:Hollow fiber production:
Das
mit einem Photoinitiator (z.B. 2 % Irgacure 184, Fa. Ciba Geigy)
versetzte Harz (Viskosität
bei Verarbeitungstemperatur (10 °C)
ca. 100 Pas) wird durch eine ringförmige Düse extrudiert (Außendurchmesser ca.
1 mm, Ringstärke
ca. 0,2 mm). Durch eine N2-gespülte zweite
co-zentrische Innendüse
wird die Hohlfaden-Geometrie zunächst
stabilisiert, bis durch eine Kombination zweier UV-Strahlungseinheiten
(z.B. Blue-Point II, Fa. Hönle
mit einem Rundstrahler F 300, Firma Fusion) die organische Aushärtung erfolgt Spinnparameter
Anschließend wird die Hohlfaser aufgespult. Durch Variation der Spinnparameter (Spinnmassentemperatur, Druck, Abzugsgeschwindigkeit, Gas-Durchflußrate durch den Innenkanal) läßt sich die Fasergeometrie in weiten Bereichen variieren. Im vorliegenden Fall lagen die minimalen im Dauerbetrieb erzielten Fasergeometrien bei ca. 50 μm Außendurchmesser und ca. 10 μm Wandstärke. Die größten erzielten Hohlfaser-Dimensionen lagen bei ca. 2 mm Außendurchmesser und 0,2 mm Wandstärke.Subsequently, will the hollow fiber wound up. By varying the spinning parameters (spinning mass temperature, Pressure, take-off speed, gas flow rate through the inner channel) let yourself the fiber geometry vary widely. In the present Fall were the minimum fiber geometries achieved in continuous operation at about 50 microns outer diameter and about 10 microns Wall thickness. The biggest ones achieved Hollow fiber dimensions were about 2 mm outside diameter and 0.2 mm wall thickness.
Folienherstellungfilm production
Das mit einem Photoinitiator (z.B. 1 % Irgacure 184, Fa. Ciba Geigy) versetzte Harz wird mittels eines Spaltrakels auf eine hochpolierte Walze aufgebracht. Nach dem Durchlauf durch eine UV-Härtungseinheit (z. B. UVAPRINT CM, Firma Hönle) wird die Folie abgelöst und aufgewickelt. Durch Variation der Walzen-Umlaufgeschwindigkeit, der Walzentemperatur und Spalthöhe konnten im vorliegenden Fall Folienstärken zwischen ca. 30 μm und 200 μm eingestellt werden.The with a photoinitiator (e.g., 1% Irgacure 184, Ciba Geigy) staggered resin is applied by means of a Spaltrakels on a highly polished Roll applied. After passing through a UV curing unit (eg UVAPRINT CM, Hönle) the foil detached and wound up. By varying the roller circulation speed, the roll temperature and gap height could in the present case set film thicknesses between about 30 microns and 200 microns become.
-
Eigenschaften
O2-Permeationskoeffizient [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg]: 0.09 E-Modul [MPa]: 2640 Zugfestigkeit [MPa]: 106 Trimethylolpropantriacrylat TMPTA) 1.2 (1) mol Mercaptopropylmethyldimethoxysilan 1 mol O 2 permeation coefficient [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 00:09 Modulus of elasticity [MPa]: 2640 Tensile strength [MPa]: 106 Trimethylolpropane triacrylate TMPTA) 1.2 (1) mol mercaptopropylmethyldimethoxysilane 1 mol
Die
Synthese des Harzes erfolgt wie in der
Faser-/Folienherstellung:Fiber / film production:
Die Faser-/Folienherstellung erfolgt analog zu Beispiel 1. Die erzielten minimalen Hohlfaserdimensionen lagen bei ca. 350 μm Außendurchmesser und 50 μm Wandstärke.The Fiber / film production takes place analogously to Example 1. The achieved minimum hollow fiber dimensions were about 350 microns outside diameter and 50 μm Wall thickness.
-
Eigenschaften
O2-Permeationskoeffizient [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 0.23 E-Modul [MPa] : 1520 Zugfestigkeit [MPa] : 59 "Norbornen-Silan" 1 mol Dimethyldiethoxysilan 2 mol Trimethylpropan-tris(3-mercaptopropionat) 0,47 mol O 2 permeation coefficient [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 00:23 Modulus of elasticity [MPa]: 1520 Tensile strength [MPa]: 59 "Norbornene silane" 1 mol dimethyldiethoxysilane 2 mol Trimethylolpropane tris (3-mercaptopropionate) 0.47 mol
- Das Verhältnis SH-Gruppen : C=C-Doppelbindungen liegt bei 0.71 : 1The relationship SH groups: C = C double bonds is 0.71: 1
Synthese des "Norbornen-Silans"synthesis of the "norbornene silane"
Wie
bei den Harztypen 16 bis 19 erläutert
und wie in der
Synthese des HarzesSynthesis of the resin
Nach Vorlage von 13.31 g (21.9 mMol) werden 6.49 (43.8 mMol) Dimethyldiethoxysilan eingewogen und bei 30 °C gerührt. Zur Hydrolyse und Kondensation werden 2.76 g Wasser (entsprechend 2 H2O pro OR-Gruppe) und Katalysator zugesetzt. Nach ca. 28 h Rühren bei 30 °C wird der Ansatz nach Zusatz von Essigester und Ausschütteln in Wasser aufgearbeitet. Das resultierende Harz zeigt einen ausgeprägten und beherrschbaren Alterungseffekt (Viskositätsanstieg von 1000 auf 3000 Pa·s innerhalb von 20 Tagen (25 °C) und eine gute Verspinnbarkeit. Kurz vor der Weiterverarbeitung zu Fasern/Folien wird zu diesem Harz das Trimethylpropantris(3-mercaptopropionat zugegeben.After submission of 13.31 g (21.9 mmol) are weighed 6.49 (43.8 mmol) of dimethyldiethoxysilane and stirred at 30 ° C. For the hydrolysis and condensation, 2.76 g of water (corresponding to 2 H 2 O per OR group) and catalyst are added. After about 28 h stirring at 30 ° C, the mixture is worked up after addition of ethyl acetate and shaking in water. The resulting resin exhibits a pronounced and controllable aging effect (increase in viscosity from 1000 to 3000 Pa · s within 20 days (25 ° C.) and good spinnability.) Shortly before being further processed into fibers / films, trimethylpropane tris (3-mercaptopropionate added.
Faserherstellungfiber production
Es wurden Hohlschläuche von ca. 1000 μm Außendurchmesser und 100 μm Wandstärke und von hoher Flexibilität (80 % Bruchdehnung) hergestellt.It were hollow tubes of approx. 1000 μm outer diameter and 100 μm Wall thickness and of high flexibility (80% elongation at break) produced.
Beispiel 4Example 4
-
Mit
Tetraethoxysilan (TEOS)-modifizierte Basissysteme Edukte
:
Tris(2-Hydroxyethyl)isocyanurat-triacrylat (SR 368) 1 mol Mercaptopropylmethyldimethoxysilan 1 mol Tetraethoxysilan (TEOS) 0.5 mol Lösungsmittel : Ethoxyethylacetat 42.5 Gew.% Tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate (SR 368) 1 mol mercaptopropylmethyldimethoxysilane 1 mol Tetraethoxysilane (TEOS) 0.5 mol Solvent: ethoxyethyl acetate 42.5% by weight
Synthesesynthesis
Zur Vorlage von 155.6 g (0.37 Mol) SR 368 in 370 ml Ethoxyethylacetat werden 66.34 g (0.37 Mol) Mercaptopropylmethyldimethoxysilan unter Schutzgasatmosphäre zugetropft. Unter Kühlung werden 23.95 g einer ethanolischen KOH-Lösung langsam zugetropft. Zur Hydrolyse und Kondensation der Methoxygruppen werden 10.64 g 0.5n HCl zugetropft. Nach 5 h Rühren werden TEOS und 21.88g 0.12n HCl zugegeben. Nach 20 h Rühren bei RT wird der Ansatz mit Wasser ausgeschüttelt, filtriert und auf einen Feststoffgehalt von 57.5 Gew.% einrotiert.to Submission of 155.6 g (0.37 mol) of SR 368 in 370 ml of ethoxyethyl acetate 66.34 g (0.37 mol) of mercaptopropylmethyldimethoxysilane under Protective atmosphere dropwise. Under cooling 23.95 g of an ethanolic KOH solution are slowly added dropwise. to Hydrolysis and condensation of the methoxy groups become 10.64 g of 0.5n HCl added dropwise. After 5 h stirring TEOS and 21.88g 0.12n HCl are added. After stirring for 20 h RT, the mixture is extracted by shaking with water, filtered and on a Solids content of 57.5 wt.% Rotated.
Folienherstellungfilm production
Um Rißbildungen infolge der die Polymerisation begleitenden Schrumpfung zu vermeiden, wurde mit sehr geringer Strahlungsintensität ausgehärtet (ca. 0.01 W/cm2). Das Lösungsmittel wurde nach der Aushärtung möglichst langsam entfernt.In order to avoid cracking due to the shrinkage accompanying the polymerization, it was cured with very low radiation intensity (about 0.01 W / cm 2 ). The solvent was removed as slowly as possible after curing.
Eigenschaftenproperties
Die Zugabe des vierfach hydrolyiser- und kondensierbaren TEOS bewirkt gegenüber dem Harz aus Beispiel 2 eine Erhöhung des anorganischen Vernetzungspotentials bei gleichzeitiger Reduktion der Sauerstoff-Permeabilität auf einen Wert von 0.07. Eine Porosität infolge des Lösungsmittelentzugs konnte nicht festgestellt werden.The Addition of the quadruple hydrolyzable and condensable TEOS causes across from the resin of Example 2 an increase the inorganic crosslinking potential with simultaneous reduction the oxygen permeability to a value of 0.07. Porosity due to solvent deprivation it could not be detected.
Beispiel 5Example 5
Der Austausch einer Methyl-Gruppe gegen eine das Vernetzungspotential erhöhenden Alkoxy-Gruppe führt zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität und gleichzeitigen Verminderung der Permeabilität.Of the Exchange of a methyl group for one the networking potential increasing Alkoxy group leads to an increase the mechanical stability and simultaneous reduction of permeability.
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Harz
A Edukte
:
TMPTA 1 mol Mercaptopropylmethyldimethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan 4 mol Methyltrimethoxysilan O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] 11.5 TMPTA 1 mol Mercaptopropylmethyldimethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan 2 mol Methyltrimethoxysilan 2 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] 3.9 TMPTA 1 mol Mercaptopropylmethyldimethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan Methyltrimethoxysilan 4 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] 1.2 TMPTA 1 mol mercaptopropylmethyldimethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane 4 mol methyltrimethoxysilane O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg] 11.5 TMPTA 1 mol mercaptopropylmethyldimethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane 2 mol methyltrimethoxysilane 2 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg] 3.9 TMPTA 1 mol mercaptopropylmethyldimethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane methyltrimethoxysilane 4 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg] 1.2
Synthese von Harz ASynthesis of Resin A
Zur Vorlage von 89.03 g (0.3 Mol) Trimethylpropantriacrylat (TMPTA) in 300 ml Essigester werden unter Argon-Atmosphäre und Eiskühlung 54.15 g (0.3 Mol) Mer captopropylmethyldimethoxysilan zugegeben. Anschließend werden langsam 19.55 g einer ethanolische KOH-Lösung zugetropft. Nach Zugabe von 8.73 g 0.5n HCl und 10 min Rühren werden 178.03 g (1.2 Mol) Dimethyldiethoxysilan und 35.0 g 0.12n HCl zugegeben. Nach 23 h Rühren bei RT wird der Ansatz mit Wasser ausgeschüttelt, filtriert und auf einen Feststoffgehalt von 89 % einrotiert.to Presentation of 89.03 g (0.3 mol) trimethylpropane triacrylate (TMPTA) in 300 ml of ethyl acetate under argon atmosphere and ice cooling 54.15 g (0.3 mol) Mer captopropylmethyldimethoxysilan added. Subsequently are slowly added dropwise 19.55 g of an ethanolic KOH solution. After adding of 8.73 g of 0.5N HCl and stirring for 10 minutes 178.03 g (1.2 mol) of dimethyldiethoxysilane and 35.0 g of 0.12 n HCl added. After stirring for 23 h at RT, the mixture is extracted by shaking with water, filtered and on a Solids content of 89% evaporated.
Die Synthese der Harz-Varianten B und C erfolgt ganz analog.The Synthesis of the resin variants B and C takes place completely analogously.
Beispiel 6Example 6
Einbau von die O2-Permeation begünstigenden Crosslinkern (TETRAKIS).Incorporation of O 2 permeation-promoting crosslinkers (TETRAKIS).
Das zweifach vernetzbare 1.3-Bis(3-Methacryloxypropyl)-tetrakis-(trimethylsiloxy) disiloxan (TETRAKIS) trägt zu einer Erhöhung des organischen Vernetzungspotentials bei und erhöht gleichzeitig die O2-Permeation, weshalb es auch mit einem niedrig vernetzten System kombinierbar ist.The double-crosslinkable 1,3-bis (3-methacryloxypropyl) tetrakis (trimethylsiloxy) disiloxane (TETRAKIS) contributes to an increase in the organic crosslinking potential and at the same time increases O 2 permeation, which is why it can also be combined with a low-crosslinking system.
-
Harz
A Edukte:
Dodecandiodimethacrylat 1 mol Mercaptopropylmethyldimethoxysilan 1 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3(STP) / cm·s cm Hg] : 3 Dodecandiodimethacrylat 1 mol Mercaptopropylmethyldimethoxysilan 1 mol TETRAKIS 1/3 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 20 Dodecandiodimethacrylat 1 mol mercaptopropylmethyldimethoxysilane 1 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 3 Dodecandiodimethacrylat 1 mol mercaptopropylmethyldimethoxysilane 1 mol TETRAKIS 1/3 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 20
Beispiel 7Example 7
Einbau von Dimethylsiloxan-Strukturen durch KondensationInstallation of Dimethylsiloxane structures by condensation
Die Integration von Dimethylsiloxan-Strukturen durch Co-Kondensation des Precursors mit Dimethyldiethoxysilan ist in weiten Bereichen varriierbar. Der daraus resultierende Variationsbereich der Sauerstoff-Permeation beträgt drei Größenordnungen.The Integration of dimethylsiloxane structures by co-condensation of the precursor with dimethyldiethoxysilane is in wide ranges varriierbar. The resulting variation range of oxygen permeation is three orders of magnitude.
-
Harz
A Edukte
:
Glycerin-1.3-dimethacrylat 1 mol Isocyanatopropyltriethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan 0 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 0.09 Glycerin-1.3-dimethacrylat 1 mol Isocyanatopropyltriethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan 4 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 22 Glycerin-1.3-dimethacrylat 1 mol Isocyanatopropyltriethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan 6 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 66 Glycerin-1.3-dimethacrylat 1 mol Isocyanatopropyltriethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan 8 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 1 10 Glycerin-1.3-dimethacrylat 1 mol Isocyanatopropyltriethoxysilan 1 mol Dimethyldiethoxysilan 10 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 140 Glycerol 1.3 dimethacrylate 1 mol isocyanatopropyltriethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane 0 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 00:09 Glycerol 1.3 dimethacrylate 1 mol isocyanatopropyltriethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane 4 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 22 Glycerol 1.3 dimethacrylate 1 mol isocyanatopropyltriethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane 6 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 66 Glycerol 1.3 dimethacrylate 1 mol isocyanatopropyltriethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane 8 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 1 10 Glycerol 1.3 dimethacrylate 1 mol isocyanatopropyltriethoxysilane 1 mol dimethyldiethoxysilane 10 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 140
Synthese von Harz CSynthesis of Resin C
Zur Vorlage von 66.4 g (0.29 Mol Glycerin-1.3-dimethacrylat und Dibutylzinndilaurat (als Additionskatalysator) werden unter Kühlung 72.0 g (0.29 Mol) 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan zugetropft. Nach 21 h Rühren werden 290 ml Essigester, 258.9 g (1.75 Mol) Dimethyldiethoxysilan und 63. 3 g Wasser (incl. Katalysator) zugesetzt. Nach 6 d Rühren wird mit Wasser ausgeschüttelt, filtriert, einrotiert und die flüchtigen Bestandteile an der Ölpumpe vollständig entfernt. Feststoffgehalt: 95.6 %, Viskosität nach 1 h: 2.2 Pas (25 °C).to Initial charge of 66.4 g (0.29 mol glycerol-1,3-dimethacrylate and dibutyltin dilaurate (as the addition catalyst) under cooling 72.0 g (0.29 mol) of 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan dropwise. After 21 h stirring 290 ml of ethyl acetate, 258.9 g (1.75 mol) of dimethyldiethoxysilane and 63. Added 3 g of water (including catalyst). After stirring for 6 d shaken with water, filtered, evaporated and the volatile Components on the oil pump Completely away. Solids content: 95.6%, viscosity after 1 h: 2.2 Pas (25 ° C).
Die Synthese der Harz-Varianten A, B, D und E erfolgt ganz analog.The Synthesis of the resin variants A, B, D and E is completely analogous.
Beispiel 8Example 8
Einbau von Dimethylsiloxan-Strukturen durch Addition über Amino-Endgruppen Amino-terminiertes Polydimethylsiloxan DMS A 21 (Gelest) wird durch Reaktion der Amino-Gruppen mit den Acrylat-Gruppen des Systems von Beispiel 2 addiert.installation of dimethylsiloxane structures by addition via amino-terminated amino-terminated polydimethylsiloxane DMS A 21 (Gelest) is by reaction of the amino groups with the Added acrylate groups of the system of Example 2.
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Harz
A Edukte
:
Harzsystem aus Beispiel 2 1 mol DMS A 21 0.03 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 19 Harzsystem aus Beispiel 2 1 mol DMS A 21 0.09 mol O2-Permeabilität [10-10 cm3 (STP) / cm·s cm Hg] : 160 E-Modul [MPa] 210 Biegefestigkeit [MPa] 25 Resin system from example 2 1 mol DMS A 21 0.03 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 19 Resin system from example 2 1 mol DMS A 21 0.09 mol O 2 permeability [10 -10 cm 3 (STP) / cm • cm Hg]: 160 Modulus of elasticity [MPa] 210 Bending strength [MPa] 25
Das Lösungsmittel n-Butylacetat wurde nach Aushärtung quantitativ entfernt.The solvent n-butyl acetate was cured after curing removed quantitatively.
Beispiel 9Example 9
Einbau von Dimethylsiloxan-Strukturen durch Co-Polymerisation von Acryloxy-terminiertem Polydimethylsiloxan PDMS U22 (ABCR) Das relativ kurzkettige, ca. 14 Polydimethylsiloxan-Einheiten enthaltende PDMS U22 der Firma ABCR ist in jedem Mischungsverhältnis z. B. mit System aus Beispiel 1 mischbar. Dieses System blieb bis zu einem Molverhältnis von ca. 8:1 zu Hohlfasern spinnbar.
- Edukte
:
System aus Beispiel 1 8 mol Acryloxy-terminiertes Polydimethylsiloxan PDMS U22 1 mol
- Starting materials:
System of Example 1 8 mol Acryloxy-terminated polydimethylsiloxane PDMS U22 1 mol
Beispiel 10Example 10
Erzeugung von Porositäten in Hohlfaserngeneration of porosities in hollow fibers
Die Zweiteilung des organischen Aushärtungsvorgangs bei der Hohlfaser-Herstellung in eine zunächst unvollständige, nur formkonservierende Vorhärtung unmittelbar unterhalb des Spinndüsenausgangs und die anschließende vollständige Durchhärtung in einem UV-Rundstrahler bietet eine Möglichkeit der Porenerzeugung in UV-härtenden, lösungsmittelhaltigen Systemen.The Bifurcation of the organic curing process at the hollow fiber manufacturing in an initially incomplete, only Form preservative pre-hardening immediately below the spinneret exit and the subsequent one full curing in a UV omnidirectional provides a possibility of pore generation in UV-curing, solventborne Systems.
Das System aus Beispiel 1 wurde mit 20 % Lösungsmittel (Essigester) verdünnt, ohne nachteiligen Einfluß auf die Spinnbarkeit. Nach Zugabe von 2 % des UV-Starters Irgacure 184 wurde das System nach dem beschriebenen Verfahren zu einem Hohlfaden extrudiert (Spinnparameter: Spinndruck = 8 bar, Spinnfadentemperatur = 5 °C, Abzugsgeschwindigkeit = 0.8 m/s). Nach der Vorhärtung durch einen UV-Strahler geringer Leistung (Blue Point II, Fa. Hönle) ca. 5 mm unterhalb der Spinndüse ist die Hohlfaser noch klebrig, aber bereits formstabil. Durch Erhitzung mit einem IR-Strahler wird das Lösungsmittel herausgetrieben, bevor es im UV-Rundstrahler vollständig ausgehärtet wird. Das Ergebnis ist eine poröse Hohlfaser.The System of Example 1 was diluted with 20% solvent (ethyl acetate), without adverse influence the spinnability. After addition of 2% of the UV starter Irgacure 184 the system became a hollow thread according to the method described extruded (spinning parameters: spinning pressure = 8 bar, filament temperature = 5 ° C, Withdrawal speed = 0.8 m / s). After pre-hardening with a UV lamp of low power (Blue Point II, Fa. Hönle) about 5 mm below the spinneret the hollow fiber is still sticky, but already dimensionally stable. By heating with an IR emitter becomes the solvent expelled before it is completely cured in the UV omnidirectional. The result is a porous one Hollow fiber.
Beispiel 11Example 11
Erzeugung einer mikroporösen, silicatischen Hohlfaser Im Material der erfindungsgemäßen Membranen sind auf molekularer Ebene anorganische Si-O-Si-Einheiten mit organisch polymerisierten Kohlenstoff-Einheiten kombiniert. Nach der Entfernung des organischen Anteils, z.B. aus einer anorganisch hochvernetzten erfindungsgemäßen Hohlfaser durch Pyrolyse und Oxidation, wird eine mikroporöse Hohlfaser mit einer engen Porenradienverteilung erhalten.generation a microporous, silicate hollow fiber In the material of the membranes according to the invention are at the molecular level inorganic Si-O-Si units with organic combined polymerized carbon units. After the removal the organic portion, e.g. from an inorganic highly crosslinked hollow fiber according to the invention By pyrolysis and oxidation, a microporous hollow fiber with a narrow Pore radius distribution obtained.
-
Edukte
:
Glycerin-1.3dimethacrylat 1 mol 3-Isocyanatopropyltriethoxysilan 1 mol Tetraethoxysilan (TEOS) 0.5 mol Glycerol 1.3dimethacrylat 1 mol 3-isocyanatopropyltriethoxysilane 1 mol Tetraethoxysilane (TEOS) 0.5 mol
Das mit TEOS modifizierte Harzsystem wurde nach dem beschriebenen Verfahren zu Hohlfasern verarbeitet.The TEOS-modified resin system was prepared by the method described processed into hollow fibers.
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Spinnparameter
Spinndruck 18 bar Spinnfadentemperatur 45 °C Abzugsgeschwindigkeit 0.3 m/s spinning pressure 18 bar Filament temperature 45 ° C off speed 0.3 m / s
Es wurden Hohlfasern von 231 μm Außendurchmesser und 36 μm Wandstärke erhalten. Diese Hohlfasern wurden in einem Röhrenofen durch langsames Erhitzen auf 650 °C zunächst in Stickstoff-Atmosphäre vorpyrolysiert, dann abgekühlt und durch erneutes Erhitzen auf 650 °C in Luft vollständig oxidiert. Das Ergebnis waren Hohlfaserstrukturen von 126 μm Außendurchmesser und 20 μm Wandstärke. Die Porositätsbestimmung über Stickstoff-Adsorption ergab eine BET-Oberfläche von 300 bis 800 m2/g und die Mikroporenanalyse einen mittleren Porenradius von < 1 nm.Hollow fibers of 231 μm outside diameter and 36 μm wall thickness were obtained. These hollow fibers were pre-pyrolyzed in a tube furnace by slow heating to 650 ° C, first in a nitrogen atmosphere, then cooled and completely oxidized by reheating to 650 ° C in air. The result was hollow fiber structures of 126 μm outside diameter and 20 μm wall thickness. The determination of the porosity by nitrogen adsorption gave a BET surface area of 300 to 800 m 2 / g and the micro pore analysis showed an average pore radius of <1 nm.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007016632B4 (en) * | 2007-04-05 | 2009-12-24 | Technische Universität Chemnitz | Self-supporting porous membrane and process for its preparation |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0094060B1 (en) * | 1982-05-06 | 1986-03-26 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Process for the manufacture of membranes on the basis of heteropolycondensates of silicic acid, membranes so produced and their use |
DE4416857C1 (en) * | 1994-05-13 | 1995-06-29 | Fraunhofer Ges Forschung | Hydrolysable and polymerisable silane(s) useful in coating, adhesive and moulding compsns. or composites |
DE19627220C2 (en) * | 1995-07-06 | 1997-11-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Thiolsilanes, process for their preparation and their use |
EP0665049B1 (en) * | 1994-01-26 | 1998-01-07 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Microporous membrane made of non-crystalline polymers and method of producing the same |
-
1998
- 1998-10-09 DE DE19846608A patent/DE19846608B4/en not_active Expired - Fee Related
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- 1999-07-15 AT AT99113690T patent/ATE485884T1/en active
- 1999-07-15 DE DE59915212T patent/DE59915212D1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0094060B1 (en) * | 1982-05-06 | 1986-03-26 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Process for the manufacture of membranes on the basis of heteropolycondensates of silicic acid, membranes so produced and their use |
EP0665049B1 (en) * | 1994-01-26 | 1998-01-07 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Microporous membrane made of non-crystalline polymers and method of producing the same |
DE4416857C1 (en) * | 1994-05-13 | 1995-06-29 | Fraunhofer Ges Forschung | Hydrolysable and polymerisable silane(s) useful in coating, adhesive and moulding compsns. or composites |
DE19627220C2 (en) * | 1995-07-06 | 1997-11-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Thiolsilanes, process for their preparation and their use |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007016632B4 (en) * | 2007-04-05 | 2009-12-24 | Technische Universität Chemnitz | Self-supporting porous membrane and process for its preparation |
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