DE2410848A1 - Verfahren zur herstellung von offenporigen formkoerpern aus polyvinylalkoholacetalschwamm - Google Patents
Verfahren zur herstellung von offenporigen formkoerpern aus polyvinylalkoholacetalschwammInfo
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Description
FARBWERKE HOKCIIST AG vormals Meister Lucius £a Brüning
Aktenzeichen: IiOE 74/F O68
Dr.MN/ka
Datum: h. März
Verfahren zur Herstellung von offenporigen Pormlcörpern aus
PoIyvinylalkohol-Acetalschwamm
Bio Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von offenporigen
Formkörpern aus Polyvinylalkohol-Acetalschwamm durch Acetalisierung von Polyvinylalkohol in wäßriger Lösung in Gegenwart
einer wasserlöslichen porenbildenden Substanz«
Die Herstellung von offenporigen Formkörpern atis Polyvinylalkohol-Acetalschwamm
erfolgt gewöhnlich nach zwei verschiedenen Verfahren :
1. dem Aufschäumverfahren mit Luft oder anderen Gasen und
2. dem Gießverfahren.
Beim ersten Verfahren wixxl ein aus Polyvinylalkohol-Lösung hergestellter
Schaum in Gegenwart von Mineralsäure mit einem Aldehyd acetalisiert und anschließend der Überschuß an Säure und Aldehyd
aus dem wasserunlöslich gewordenen Schaum herausgewaschen. Man erhält auf diese Weise relativ grobporige Schwämme, deren Porengröße
schwer zu steuern ist.
Nach dem zweiten Verfahren stellt man eine möglichst homogene schaumfreie Mischung oder Emulsion aus einer Polyvinylalkohol-Lösung
und einer Lösung einer nicht oder schwer acetalisierbaren·
wasserlöslichen, insist -polymeren Komponente her und acetalisier't
deti Polyvinylalkoholam;eil mit einem Aldehyd in Gegenwart einer
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-Z-
Mineralsäure. Während des für beide Verfahren notwendigen Waschprozesses
wird beim Gießverfahren zusammen mit dem Überschuß an
Aldehyd und der Säure die nicht acetalisierte, noch wasserlösliche
zweite Substanz mit herausgewaschen; es hinterbleibt ein meist sehr feinporiger Polyvinylalkohol-Schwamm. Als inerte
wasserlösliche Komponente sind vorzugsweise abgebaute oder teilacetalisierte
Stärken bekannt.
Dieses zweite Polyvinylalkoholchwanim-Herstellungsverfahren
weist noch etliche wesentliche Nachteile auf.
So ist z. B. die Steuerung der Porengröße schwierig und lange
Auswaschzeiten' sind erforderlich, Die resultierenden, feuchten
Polyvinylalkohol-Schwämme sind ol'tmals sehr lappig und besitzen
keine Sprungelastizität. Die Schrumpfung der Mischung während der sehr langen Reaktionszeit von ca. 48 Stunden bei Temperaturen
um 30 C ist relativ hoch, so daß es nicht einfach ist, maßgerechte
Schwämme in vorgefertigten Formen zu produzieren;
schließlich ist der fertige Schwamm an seiner Oberfläche ringsum mit einer Haut aus vernetztem Polyvinylalkohol überzogen, die
den Auswaschprozeß noch zusätzlich verlängert. In einem gesonderten Arbeitsgang muß diese Haut vom Schwammkörper abgeschält werden.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von offenporigen Formkörpern aus Polyvinylaikohol-Acetalschwamm durch säurekatalysierte
Acetalisierung des Polyvinylalkohols in einer Mischung oder Emulsion von wäßrigen Lösungen des Polyvinylalkohols und
einer gegen Acetalisierung praktisch inerten porenbildenden Substanz, die nach der Reaktion durch Auswaschen wieder entfernt wird,
gefunden , wobei als inerte Substanz Polyätliylenglykol oder Polyacrylamid
eingesetzt wird.
Die Acetalisierung erfolgt dabei vorzugsweise mit Formaldehyd Oder aliphatischen Dialdehyden. Als Polyvinylalkohol werden die
polymeren Verseifungs- bzw. Hydrolyseprodukte von Polyvinylestern,
insbesondere Polyvinylacetat, verwendet, die noch teilweise Estergruppen enthalten können und eine Esterzahl von bis zu 4OO mg
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KOH/g aufweisen.
Von den erfinäungsgemäß zu verwendenden Porenbildnern hat das
Polyäthylenglykol ein Molekulargewicht im Bereich von 1.000 100.000,
vorzugsweise von 10.000 - 50.000 und das Polyacrylamid ein Molekulargewicht im Bereich von 10.000 - 200.000, vorzugsweise
von 50.000 - 100.000. Bevorzugt werden verzweigtkettige Polyacrylamide verwendet. Die Porenbildner werden in Mengen von
10-50 Gew. $, bezogen auf Polyvinylalkohol, fest auf fest, eingesetzt. Trotz der chemischen Verschiedenartigkeit von Polyäthylenglykol
und Polyacrylamid sind die Vorteile bei ihrer Verwendung zur Polyvinylalkoholschwamm-Herstellung gegenüber bekannten
Verfahren praktisch gleich. In Gegenwart eines Aldehyds, vorzugsweise von Formaldehyd, werden einige Polymerketten sowohl des
Polyäthylenglykols als auch des Polyacrylamide chemisch an die
Polyvinylalkoholkette über Acetalbrücken gebunden, welche im fertigen Schwamm überraschenderweise noch zusätzlich eine Steigerung
des ohnehin schon sehr guten Saugvermögens sowie der Sprungelastizität des Polyvinylalkoholschwammes bewirken.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber
dem bekannten Stärke/Polyvinylakohol-Gießschwammverfahren ist
die Abkürzung der Reaktionszeit, da bei höheren Temperaturen ■ gearbeitet werden kann, was wiederum eine erwünschte Reduzierung
des notwendigen Überschusses an Formaldehyd und Säure und somit eine Verringerung der Abwasserverschmutzung zur Folge hat.
Die Reaktionstemperatur kann bis■auf ca. 90 C gesteigert werden,
wodurch die übliche. Reaktionszeit etwa um den Faktor 8 verkürzt wird.
Dux-ch Variation der Konzentration und der Mischungsverhältnisse
der Lösungen des PolyvinylalkohoIs und des Polyäthylenglykols
bzw. Polyacrylamide ist eine Steuerung der Porengröße im Bereich zwischen 2,0 mm und 0,02 mm Durchmesser möglich. Auf Feststoff
bezogen;kann das Verhältnis Polyvinylalkohol zu Polyäthylenglykol bzw. Polyacrylamid zwischen 1:0,1 bis 1:0,5 variiert werden.
Je größer das Verhältnis ist, umso feinporiger ist der Schwamm. Bei größeren Mengen an Porenbildnei"n ist die Mitverwendung von
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_ 4 Emulgatoren vorteilhaft, um eine homogene Mischung zu erzielen.
Zusätzlich kann bei konstantem Verhältnis Polyvinylalkohol : Porenbildner die Porengröße durch die Konzentration bzw. den
Wassergehalt der gesamten Gießlösung gesteuert werden. Daneben ist die Porengröße des resultierenden Schwammes noch über das
Molekulargewicht des eingesetzten Polyäthylenglykols bzw. Polyacrylamide
zu beeinflussen. Je höher das Molekulargewicht des inerten Zusatzstoffes, umso größer sind die Poren des Schwammes;
z» B. erhält man unter vergleichbaren Bedingungen mit einem Polyätliylenglykol vom Molekulargewicht ca. 35·ΟΟΟ einen Schwamm
mit einer mittleren Porengröße von ca. 1 -2 mm; mit einem Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht ca. 20.000 einen solchen
mit einer mittleren Porengröße von ca. 0,5-1 mm und mit einem
Polyäthylenglykol vom Molekulargewicht ca. 10.000 einen Schwamm mit einer mittleren Porengröße von ca. 0,1 - 0,5 mm.
Diese Abhängigkeit der Porengröße vom Molekulargewicht des inerten Zusatzstoffes beruht offenbar auf der sinkenden Verträglichkeit
zwischen Polyvinylalkohol-Lösung und Polyätliylenglykol-
bzw. Polyacrylamid-Lösungen mit steigendem Molekulargewicht der beiden letztgenannten Verbindungen.
Gegenüber Stärke oder Stärkederivaten als inertem Zusatz hat das erfindungsgemäße Verfahren noch den Vorteil, daß der Überschuß
von Polyäthylenglykol bzw. Polyacrylamid aus dem fertigen Schwamm in wesentlich kürzerer Zeit wieder ausgewaschen werden
kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist auch die überraschende Tatsache, daß auf der Außenseite
des feuchten Schwammkörpers keine geschlossene Haut aus acetalisiertem Polyvinylalkohol vorhanden ist. Dieser zusätzliche
Vorteil erspart das nachträgliche Abschälen des Schwammes und ermöglicht auch eine wesentliche Verkürzung des Waschvorgange
s.
Schließlich besitzt das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik den Vorzug, daß die
mit Polyäthylenglykol bzw. Polyacrylamid hergestellten, noch
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"· 5 —
feuchten Schwämme unabhängig von der Porengröße und vom Molekulargewicht des verwendeten Polyvinylalkohole eine außergewöhnliche
hohe Sprungelastizität aufweisen.
Die Schrumpfung der Mischung während der Acetalisierung des
PolyvinylalkohoIs ist praktisch vernachlässigbar, so daß nach
dem Auswaschprozeß praktisch ein der Gießform maßgerecht an paßter Polyvinylalkoholschwamm resultiert.
In den folgenden Beispielen-wird die Erfindung näher ei'läutert.
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Beispiel 1:
24OO Gew. Teile einer 20 Gew.-^igen wäßrigen Lösung eines Polyvinyl
alkohols, dessen Viskosität hfolg in ¥asser gemessen 18 cP
und dessen Esterzahl 14O beträgt, wurden mit 65O Gew. Teilen
einer 30 Gew.^igen wäßrigen Formaldehyd-Lösung vermischt.
Die homogene Mischung wurde so lange stehengelassen, bis eingerührte
Luftblasen entwichen waren. Unter ständigem Rühren, ohne jedoch Luft dabei einzurühren, wurden dieser Lösung 3500 Gew.
Teile einer 4$igen wäßrigen Lösung von Polyäthylenglykol mit
einem mittleren Molekulargewicht von ca. 35*000 zugesetzt.
Nach erfolgter Homogenisierung wurden in die Mischung 1700 Gew.
Teile ca. 60 Gew. $ige Schwefelsäure als Acetalisierungskatalyr
sator eingeführt. Ohne Luft einzubringen, wurde die Mischung 20 Min. gerührt und dann in ein säurefestes Reaktionsgefäß aus
Polyäthylen gefüllt, worin die Reaktion in ca. 12 Stunden bei ca. hO°C ablief.
Mit zunehmendem Acetalisierungsgrad des PolyvinylalkohoIs schieden
sich innerhalb der Reaktionsmischung Tröpfchen von PoIyäthylenglykol-Lösung
ab, welche beim nachfolgenden Waschprozeß die Poren des Schwammes ergaben. Nach Beendigung der Reaktion
wurde der entstandene Schwamm mit Wasser säurefrei gewaschen, wobei dex1 Schwammkörper nicht von einer mehr oder weniger
wasserundurchlässigen Haut aus acetalisiertem Polyvinylalkohol umgeben war, wie das bei entsprechenden Schwämmen der Fall ist,
die mit Lösungen von Stärke oder Stärkederivaten anstatt mit Polyäthylenglykol hergestellt werden. Der auf diese Weise erhaltene
Polyvinylalkoholschwamm hatte einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 1-2 mm und ein Wasseraufsaugvermögen,bezogen
auf den trocknen Schwamm, von 1100 Gew. $ . Sein Gehalt
an eingebauten Polyäthylenglykolgruppen betrug 1,5 Gew. ^.
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Beispiel 2:
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine homogene, luftblasenfreie
Mischung hergestellt aus 2400 Gew. Teilen der gleichen Polyvinylalkohol-Lösung wie in Beispiel 1, 65O Gew. Teilen
einer 30 Gew. folgen wäßrigen Formaldehyd-Lösung, 3500 Gew. Teilen
einer k ^igen wäßrigen Lösung von Polyäthylenglykol mit
einem mittleren Molekülargewicht von ca. 20.000, I700 Gew. Teilen
ca. 60 Gew. ^iger Schwefelsäure.
Die Aufarbeitung dieser Mischung erfolgte wie in Beispiel 1. Es wurde ein Polyvinylalkoholschwamm mit folgenden Eigenschaften
erhalten:
Mittlerer Porendurchmesser 0,5 t>is 1 mm, Wasseraufsaugvermögen
des trockenen Schwammes 1200 Gew. $, Gehalt an eingebauten
Polyäthylenglykolgruppen 1,7 Gew. $.
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine homogene, luftblasenfreie
Mischung aus folgenden Flüssigkomponenten hergestellt:
24OO Gew. Teile der gleichen Polyvinylalkohol-Lösung wie in Beispiel
1, 650 Gew. Teile einer 30 Gew. $igen wäßrigen Formaldehyd-Lösung,
35OO Gew. Teile einer h $igen wäßrigen Lösung von
Polyäthylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von ca. 10.000, 1700 Gew. Teilen ca. 60 Gew. $ige Schwefelsäure.
Die Aufarbeitung dieser Mischung erfolgte wie '.in Beispiel 1.
Der erhaltene Polyvinylalkoholschwamm hatte folgende Eigenschaften:
Mittlerer Porendnrchmesser: 0,1 bis 0,5 mm; Wasseraufsaugvermögen
des trocknen Schwammes: 1100 Gew. $>; Gehalt an eingebauten
Polyätiiylenglylcolgruppen: 2,0 Gew. $ ,
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Die Beispiele 1-3 zeigen, daß mit abnehmendem Molekulargewicht
des eingesetzten Polyäthylenglykols auch der mittlere Porendurchmesser
des. Polyvinylalkoholschwammes abnimmt.
Es wurde wie in Beispiel 2 gearbeitet mit der Ausnahme., daß bei
gleichem Ge"wichtsverhältnis von Polyvinylalkohol zu Polyäthylenglykol
eine höher konzentrierte Polyäthylenglykol-Lösung eingesetzt
wurde.
Folgende Flüssigkomponenten wurden vermischt:
2^00 Gew. Teile der gleichen Polyvinylalkohol-Lösung wie in
Beispiel 1, O50 Gew. Teile einer 30 Gew. Nigers wäßrigen Formaldehyd-
Lösung, 26^0 Gew. Teile einer 5j3 $Jigen wäßrigen Lösung
von Polyäthylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von ca. 20.000, 1700 Gew. Teile ca. 60 Gew. $ige Schwefelsäure.
Reaktion und Aufarbeitung dieser Mischung erfolgte wie in Beispiel 1.
Der erhaltene Polyvin3rlalkoholschwamm hatte folgende Eigenschaften:
Mittlerer Porendurchmesser: 0,05 bis 0,2 mm Wasseraufsaugvermögen des trockenen Schwammes: 800 Gew. ^o
Gehalt an eingebauten Polyäthylenglykolgruppen: 1,8 Gew. tfo.
Infolge der höheren Konzentration der eingesetzten Polyäthylenglykol-Lösung
war dev mittlere rollendurchmesser und das Wasserauf
saug vermögen des Schwammes geringer als in Beispiel 2.
In den folgenden Beispielen 5 und 6 wurde Polyacrylamid als
Porenbildiier verwendet.
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Bei spiel 5 ?
Es wurden in 24OO Gew. Teile der gleichen Polyvinylalkohol-Lösung
wie in Beispiel 1, 65O Gew. Teile einer 30 Gew. ^&igen
wäßrigen Formaldehyd-Lösung eingerührt. Nach Zufügen von 35OO Gew. Teilen einer ^l ^igen wäi3rigen Lösung eines verzweigten
Polyacrylamide mit einem mittleren Molekulargewicht von ca. 8O.OOO wurde die homogene Mischung mit I7OO Gew. Teilen
ca. 60 ^iger Schwefelsäure angesäuert.
Reaktion und Aufarbeitung dieser Mischung erfolgte wie in Beispiel
1 . Der feuchte Schwammkb'rper hatte ebenfalls keine Oberflächenhaut
und war daher leicht auswaschbar.
Der erhaltene Polyvinylalkoholschwamm besaß folgende Eigenschaften:
Mittlerer Poreudurchmesser: 0,05 bis 1,0 mm; Vasseraufsaugvermögen
des trocknen Schwämmes: 1100 GeAi. fo; Gehalt an Polyacrylaraidgruppen:
11,0 Gew. fo,
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurden vermischt:
2^00 Gew. Teile der gleichen Polyvinylalkohol-Lösung wie in
Beispiel 1 , 65O Gew. Teile einer 30 Gew, °/o±gen wäßrigen Fox^maldehyd-Lösung,
3500 Gew. Teile, einer 5 '$igeri wäßrigen Lösung
eines verzweigten Polyacrylamide mit einem mittleren Molekulargewicht
von ca. 80.000, 33OO Gew. Teile Wasser und I700 Gew.
Teile ca. 60 Gew» ^ige Schwefelsäure.
Reaktion und Aufarbeitung dieser Mischung erfolgte wie in Beispiel 1. Dor entstandene Polyvinylalkoholschwamm hatte folgende
Eigenschaften:
Mittlerer Porondurchmesser: 0,1 bis 2,0 mm
Wa.sserauf saugvermögon des trockenen Schwammes: 13OO Gew. $>
Gehalt an eingebauten Polyacrylamidgruppen: 13»0 Gew. $.
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Claims (2)
- - ΊΟ -Patentansprüche;.)Verfahren zur Herstellung von offenporigen Formkörpern aus Polyvinylalkohoi-Acetalschwamm durch säurekatalysierte Acetalisierung des Polyvinylalkohols in einer Mischung oder Emulsion von wäßrigen Lösungen des Polyvinylalkohole und einer gegen Acetalisierung praktisch inerten porenbildenden Substanz, die nach der Reaktion durch Auswaschen wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als inerte Substanz Polyätliylenglykol oder Polyacrylamid eingesetzt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inerte porenbildende Substanz Polyäthylenglykol mit einem mittleren Molekulargewicht von 1.000 - 100.000 oder PoIyacx-ylamid mit einem mittleren Molekulargewicht von 10.000 200.000 in Mengen von 10 - 50 Gewichtsprozent, bezogen auf Polyvinylalkohol, eingesetzt wird.3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dciß als Polyvinylalkohol ein solcher mit einer Esterzahl von bis zu kOO mg KOIty' g eingesetzt wird.K. Verfahren nach Anspruch 1 -3» dadurch gekennzeichnet, daß zur Acetalisierung des Polyvinylalkohole Formaldehyd oder aliphatische Dialdehyde verwendet werden.509838/0788
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