DE2460764C2 - Filtermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial, das im wesentlichen aus einem durch Koagulation einer
Polymerlösung erhaltenen mikroporösen und/oder makroporösen Flächengebilde besteht,
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filtermaterials aus Polyurethan-Elastomeren, bei dem man in an sich bekannter Weise ein NCO-Voraddukt herstellt und dieses in einem geeigneten Lösungsmittel löst oder das NCO-Voraddukt direkt in einem Lösungsmittel herstellt und diese mit einer vorher hergestellten Lösung aus einem geeigneten Lösungsmittel und Hydrazin und/oder den Hydrazinderivaten und/oder Diaminen und/oder Polyolen umsetzt, die erhaltene hochviskose Endlösung nach der Formgebung auf einem anschließend entfernbaren Träger und/oder zusammen mit einem im Filtermaterial verbleibenden Stützgitter freitragend in ein Koagulationsbad einbringt und das entstandene mikroporöse Flächengebilde trocknet.
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filtermaterials aus Polyurethan-Elastomeren, bei dem man in an sich bekannter Weise ein NCO-Voraddukt herstellt und dieses in einem geeigneten Lösungsmittel löst oder das NCO-Voraddukt direkt in einem Lösungsmittel herstellt und diese mit einer vorher hergestellten Lösung aus einem geeigneten Lösungsmittel und Hydrazin und/oder den Hydrazinderivaten und/oder Diaminen und/oder Polyolen umsetzt, die erhaltene hochviskose Endlösung nach der Formgebung auf einem anschließend entfernbaren Träger und/oder zusammen mit einem im Filtermaterial verbleibenden Stützgitter freitragend in ein Koagulationsbad einbringt und das entstandene mikroporöse Flächengebilde trocknet.
Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wurde aus der Literaturstelle »Ulimanns Enzyklopädie der technischen
Chemie, 3. Auflage, Ergänzungsband, S. 322 abgeleitet, der Oberbegriff des Patentanspruchs 5 aus der DE-AS
16 94 148.
Die Schwierigkeiten bei der Herstellung von mikroporösen Flächengebilden liegen insbesondere darin, daß
es nicht gelingt, Flächengebilde mit glatten Oberseiten herzustellen. Zwar ist dies bei dünnen Flächengebilden
bis zu einer Dicke von etwa 400 μ fast erreichbar, jedoch bedeutet dies eine komplizierte und langwierige
Koagulationstechnik. In der Regel muß ein solches System in graduierlich sich an echtem Lösungsmittel
verringernden Koagulationsbädern eingetaucht werden. Oft ist sogar eine Vorgelierung nötig, die wiederum
schnell erfolgen muß, da sonst nur eine mangelhafte Mikroporosität erreicht wird.
Derartige Verfahren r.lnd beispielsweise aus der
vorgenannten Literaturrcelle Ulimann bekannt.
Es ist ferner seit langem die Herstellung von Flächengebilden durch Koagulation einer Polymerlösung
bekannt. Auch ist es aus der deutschen Auslegeschrift 16 94 148 bekannt, mikroporöse Flächengebilde
aus Polyurethanlösungen nach dem Koagulationsverfahren herzustellen, wobei allerdings die auf
diese Weise erhaltenen mikroporösen Flächengebilde lediglich wasserdampfdurchlässig sind. Gegenüber Flüssigwasser
sind sie undurchlässig.
In der französischen Patentschrift 15 69 376 sind Filtermaterialien beschrieben, die hergestellt werden,
indem man ein nicht durchlöchertes Material mittels einer Lochplatte durchlöchert und anschließend schleift.
Seit langer Zeit gibt es ferner Schicht- und
Flächenfilter, die im wesenJichen aus gewebten.
gewirkten oder genadelten Fasern unterschiedlicher Länge, die zusätzlich noch mit einem Kleber oder
mechanisch verstärkt wurden, bestehen. Als Faserstoffe kommen praktisch alle möglichen Materialien, sei es
natürlich oder synthetischen Ursprungs, in Frage.
ίο Gemeinsam ist diesen Filtern jedoch die Eigenschaft, da
alle eine mehr oder minder porige Oberfläche haben, des ungewollten Verstopfens durch die abzufilternden
Teilchen. Auch bewirkt dies einen anfänglich schnellen Filtiatdurchsatz, der vielleicht noch nicht fein genug
gefiltert ist, und mit zunehmender Verstopfung der Filterfläche einen ungenügenden Durchsatz.
Aufgabe der Erfindung war es daher, die durch das Koagulationsverfahren erhaltenen mikroporösen
und/oder makroporösen Flächengebilde so zu beeinflussen bzw. zu bearbeiten, daß sie einerseits als
Membranfilter und andererseits als echte Filter, z. B. als Flüssigkeitsfilter, eingesetzt werden können, sowie ein
Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials nach Anspruch 2 zur Verfugung zu stellen, mit dem in
einfachster Weise reproduzierbar solche Polyurethanlösungen hergestellt werden können, die nach der
Koagulationstechnik mikroporöse und/oder makroporöse Flächengebilde ajs weitgehends vernetzten Polyurethan-Elastomeren
ergeben und nach entsprechender
jo Nachbearbeitung die erfindungsgemäßen Filtermaterialien
darstellen.
Gelöst wurde diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß mindestens eine Oberfläche des Flächengebildes
je nach gewünschter Porengröße mehr oder weniger angeschliffen ist, wobei zur Herstellung der
Flächengebilde ein Verfahren bevorzugt wird, bei dem weitgehendst vernetzte Polyurethan-Elastomere gebildet
werden und das dadurch gekennzeichnet ist, daß
man
(a) in die vorher hergestellte Lösung aus einem geeigneten Lösungsmittel und Hydrazin und/oder
Hydrazinderivaten und/oder Diaminen und/oder Polyolen, die für den Fall, daß in diesen
4-, Verbindungen nur zwei nach Zerewitinoff aktive
Wasserstoffatome vorliegen, zusätzlich eine solche Verbindung enthalten muß, die mindestens drei
nach Zerewitinoff unterschiedlich aktive Wasserstoffatome enthält, unter ständiger Messung der
so Viskosität innerhalb eines bestimmten Zeitraumes
kontinuierlich so viel von der NCO-Voradduktlösung einmischt, bis die Viskosität in einem Bereich
liegt, in dem bereits die Zugabe immer kleinerer Mengen an NCO-Voradduktlösung einen immer
größeren Viskositätsanstieg bedingen, bis schließlich die Viskosität einen Wert erreicht hat - und
dann muß die Zugabe der NCO-Voradduktlösung spätestens abgebrochen werden - bei dem die
Zugabe einer weiteren kleinsten NCO-Voraddukt-
bo lösung zu einer sofortigen Verquallung führen
würde, wobei die Zugabe der NCO-Voradduktlösung mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgt,
daß die sogenannte Endlösung einen Feststoffgehalt zwischen 15 und 35Gew.-% aufweist, und
b5 (b) nach durchgeführter Koagulation und Trocknung
eine oder beide Oberflächen des Flächengebildes, das aus vernetzten Polyurethan-Elastomeren besteht,
anschleift.
Ausgangspunkt für diese Entwicklung war die Erkenntnis, daß die nach der Koagulationstechnik
hergestellten Flächengebilde einen besonderen Membranaufbau aufweisen, d. h., daß extrem dünne porenlose
Grenzschichten die eigentliche porige Mittelschicht umgeben bzw. einschließen. Die Mittelschicht kann
wahllos angeordnete Poren verschiedener Größe haben, oder aber die Poren können hauptsächlich zu den
begrenzenden Außenschichten hin gerichtet sein. Weiterhin können sie untereinander zu einem kapillaren
System miteinander verbunden sein, oder aber als Einzelporen mehr oder weniger zahlreich vorliegen.
Je nach der angewandten Koagulationstechnik erhält man Flächengebilde mit symmetrischer oder asymmetrischer
Porengestalt in der Mittelschicht, die von extrem dünnen porenlosen Außen- oder Grenzschichten
umgeben ist. Koaguliert man die ausgerakelte Polymerlösung auf einem glatten ununterbrochenen
Träger, so führt dies zur Bildung einer asymmetrischen Porengestaltung, d. h. es bilden sich Poren, die
trichterförmig gestaltet sind. Koaguliert man jedoch die auf einem Stützgitter ausgerakelte Polymerlösung, in
der praktisch das Stützgitter eingebettet ist, freitragend, dann kann die Flüssigkeit des Koagulationsbades beide
Oberflächen des zu koagulierenden Flächengebildes angreifen, so daß man eine symmetrische Porengestaltung
erhält, d. h. es werden viele senkrecht zur Oberfläche stehende röhrenförmige Poren gebildet. Die
symmetrische und asymmetrische Porengestaltung werden durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht.
Es zeigt
F i g. 1 in schematischer Darstellung einen vergrößerten Querschnitt durch eine mikroporöse Folie mit
asymmetrischer Porengestaltung, die noch nicht der erfindungsgemäßen Schleifbehandlung unterworfen
wurde, und
F i g. 2 in schematischer Darstellung einen vergrößerten Querschnitt durch eine mikroporöse Folie mit
symmetrischer Porengestaltung, die noch nicht der erfindungsgemäßen Schleifbehandlung unterworfen
wurde.
In F i g. 1 bedeutet die porenlose Grenzschicht A die Schicht, die dem Einfluß der Koagulationsflüssigkeit
ausgesetzt war. Die porenlose Grenzschicht B stellt die Seite dar, die sich in direktem Kontakt mit dem glatten
Träger befand, so daß von dieser Seite her die Koagulationsflüssigkeit die zu koagulierende Schicht
nicht angreifen konnte.
In Fig.2 sind die porenlosen Grenzschichten A
praktisch gleich, da sie beide dem Einfluß der Koagulationsflüssigkeit in gleicher Weise ausgesetzt
wäfen. Die Kfingci Cucüicfi däS otiitZgcWcuc ΗΠ.
Gemäß der Erfindung werden die extrem dünnen porenlosen Grenzschichten A und B abgeschliffen,
wobei je nach Einsatzzweck des Filtermaterials eine oder beide Seiten abgeschliffen werden. Wieviel von der
Oberfläche der Flächengebilde jeweils abgeschliffen wird, richtet sich danach, welche Filterleistung mit dem
jeweiligen Filtermaterial erreicht werden soll. Man kann also auch durch das Abschleifen die Porengröße des
Filtermaterials einstellen. Das Abschleifen erfolgt in an sich in der Praxis bekannter Weise, gegebenenfalls nach
dem Naßschleifverfahren. Ansonsten erfolgt die Regulierung der Porengröße in an sich bekannter Weise,
beispielsweise durch die Art des Koagulationsbades bzw. der angewandten Koagulationstechnik und durch
den Zusatz bestimmter porenregulierender Substanzen, z. B. organischer Säure, beispielsweise Ameisensäure.
Das nach dem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren hergestellte Filtermaterial mit asymmetrischer
Porengestaltung (d. h. ohne Stützgewebe) läßt sich, wenn man Filtermaterialien von noch dünnerer
Schichtdicke haben will, spalten. Das Spalten erfolgt in solchen Fällen gegebenenfalls nach dem Schleifvorgang.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Polyurethan-Filtermaterialien
beschrieben, mit dem es ohne kapitalintensive
ίο Anlagen möglich ist, vernetzte Polyurethan-Elastomere
herzustellen, die einen so hohen Vernetzungsgrad aufweisen, daß sie nach ihrer Herstellung nicht mehr in
dem vorherigen Lösungsmittel voll löslich sind.
Die erfindungsgemäß eingesetzten NCO-Voraddukte sind höhermolekulare Verbindungen mit zwei endständigen
NCO-Gruppen, die ein Molekulargewicht von 500 bis 10 000, aber auch zwischen 800 und 2500, aufweisen
können. Auch können diese NCO-Voraddukte einen Gehalt an NCO-Gruppen von 1,5 bis 5% aufweisen. Die
Herstellung dieser NCO-Voraddukte erfolgt in bekannter Weise durch Umsetzung höhermolekularer OH-Gruppen
enthaltende Verbindungen mit einem Überschuß an Polyisocyanat. Die Herstellung solcher
NCO-Voraddukte ist beispieslweise beschrieben in Angewandte Chemie 64, 523 bis 531 (1952), Kunststoffe
42, 303 bis 310 (1952), DE-PS 8 31 772, DE-PS 8 97 014, DE-PS 9 29 507 und US-Patent 30 00 757. Man steuert
die NCO-Voradduktbildung so, daß man lineare NCO-Voraddukte mit einer engen Molekulargewichtsverteilung
erhält. Welche NCO-Voraddukte man jeweils einsetzt, hängt von den einzelnen Systemen ab,
da die Reaktivität des NCO-Voraddukts gegenüber dem Kettenverlängerer und/oder Vernetzer weitgehend das
Verhältnis zwischen linearem Molekulargewicht und dem Vernetzungsgrad bestimmt.
Als geeignete höhermolekulare OH-Gruppen enthaltende Verbindungen, die zur Herstellung der NCO-Voraddukte
geeignet sind, seien beispielsweise erwähnt: Polyester, Polyäther, Polyesteramide, Polythioäther und
Polyacetale.
Als Polyole zur Herstellung der NCO-Voraddukte können z. B. lineare Hydroxylpolyester eingesetzt
werden, die primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Hydroxylgruppen enthalten und die man
entweder durch Polykondensation von ε-Caprolacton oder 6-Hydroxycapronsäure oder Copolymerisation
von ε-Caprolacton mit zweiwertigen Alkoholen oder durch Polykondensation von Dicarbonsäuren mit
zweiwertigen Alkoholen erhalten hat
so Die zur Herstellung der NCO-Voraddukte eingesetzten Hydroxylpolyester können auch als Dicarbonsäuren
gen Alkoholen hergestellt sein. Zu geeigneten Dicarbonsäuren gehören beispielsweise Adipinsäure, Bernsteinsäure,
Korksäure, Sebacinsäure, Oxalsäure, Methyladipinsäure,
Glutarsäure, Pimelinsäure, Azelainsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Maleinsäure,
Fumarsäure. Citraconsäure, Itaconsäure. Zu geeigneten zweiwertigen Alkoholen oder deren Gemisehe,
die mit den Dicarbonsäuren oder ε-Caprolacton zu den gewünschten Hydroxylpolestem umgesetzt werden,
gehören beispielsweise Äthylenglykol, Propylenglykol,
Butylenglykole, z. B. 1,4-Butandiol; Butendiol,
Butindiole Bis-Orydroxymethylcyclohexan), Diäthylenglykol,
2^-Dimethylpropylenglykol, 13-PropylenglykoL
Es können aber auch die oben genannten Diole allein gebraucht werden. Dies gilt auch für Diamine oder
andere rwei nach Zerewitinov aktive Wasserstoffatome
enthaltende niedermolekulare Verbindungen.
Geeignete, primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Hydroxylgruppen tragende Polyalkylenäther,
die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, werden durch Umsetzen eines Alkylenoxyds mit einer
kleinen Menge einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung, wie Wasser, Äthylenglykoi, Propylenglykol,
Amylenglykol, enthalten. Auch können Alkylenoxydkondensate des Äthylenoxyds, Propylenoxyds,
Butylenoxyds, Amylenoxyds, Styroloxyds und deren Gemische verwendet werden. Auch können die
Polyalkylenäther, die aus Tetrahydrofuran herstellbar sind, verwendet werden.
Jedes geeignete lineare Polyesteramid kann zur Herstellung der NCO-Voraddukte Verwendung finden,
beispielsweise das Reaktionsprodukt eines Amins und/oder Aminoalkohols mit einer Dicarbonsäure.
Geeignete Amine sind beispielsweise Äthylendiamin, Propylendiamin; geeignete Aminoalkohole sind beispielsweise
l-Hydroxy-2-aminoäthylen. Jede geeignete Polycarbonsäure kann verwendet werden, beispielsweise
die, die für die Herstellung der Hydroxylpolyester bereits genannt worden sind. Außerdem kann eine
Mischung eines Glykols und eines Aminoalkohols oder Polyamine verwendet werden. Jedes der für die
Herstellung der Hydroxypolyester bereits genannten Glykole kann auch für die Herstellung der Hydroxypolyesteramide
Verwendung finden.
Auch können zur Herstellung der NCO-Voraddukte auch solche Polyole eingesetzt werden, die man als
Polyäther-ester-polyole bezeichnen kann, in denen
alternierend Esterbindungen und Ätherbindungen vorliegen. Diese Polyäther-ester-polyole sind in der
kanadischen Patentschrift 7 83 646 beschrieben.
Zu den zur Herstellung der NCO-Voraddukte eingesetzten Polyolen gehören Polyester auf Basis
Adipinsäure, 1,6-Hexandiol und Neopentylglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ca.
2000 (Polyol 2002, Hersteller: Polyol Chemie in Osnabrück, Hydroxylzahl 56, Säurezahl 1), Polyester auf
Polycaprolactonbasis mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 (Niax Polyol D 560,
Hersteller: Union Carbide Corporation) und Polyäther der Handelsbezeichnung »Polyol PTGM« der BASF mit
einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000.
Weiterhin sind auch höhermolekulare Verbindungen mit endständigen Carboxyl-, Amino- und Mercapto-Gruppen
geeignet. Polysiloxane, die gegenüber Isocyanaten reaktionsfähige Gruppen aufweisen, seien ebenfalls
erwähnt. Weitere gebräuchliche Verbindungen sind zum Beispie! in J. H. Saunders. K. C. Frisch
»Polyurethanes« Part i, New York, 1962, S. 33 bis öl und in der dort zitierten Literatur beschrieben.
Zur Herstellung der NCO-Voraddukte kann jedes geeignete organische Diisocyanat verwendet werden,
beispielsweise aliphatische Diisocyanate, aromatische Diisocyanate, alicyclische Diisocyanate und heterocyclische
Diisocyanate, beispielsweise Methylendiisocyanat, Äthylendiisocyanat Propylendiisocyanat, Butylendiisocyanat,
Cyclohexylen-M-diisocyanat, Cyclohexylen-1,2-diisocyanat,
Tetra- oder Hexamethylendiisocyanat, Arylendüsocyanate oder ihre Alkylierungsprodukte, wie
die Phenylendiisocyanate, Naphthylendüsocyanate, Diphenylmethandiisocyanate,
Toluylendiisocyanate, Dioder Triisopropylbenzoldiisocyanate, Aralkyldiisocyanate,
wie die Xylylendiisocyanate, Fluor-substituiorte-Isocyanate,
ÄthylenglykoIdiphenyIäther-2^'-diisocyanat, Naphthalin-l,4-diisocyanat, Naphthalin-1,1 '-diisocyanat,
Biphenyl-2,4'-diisocyanat, Biphenyl-4,4'-diisocyanat, Benzophenon-3,3'-diisocyanat,Fluoren-2,7-diisocyanat,
Anthrachinon-2,6-diisocyanat, Fyren-3,8-diisocyanat, Chrysen-2,8-diisocyanat, 3'-Methoxyhexandiiso-■>
cyanat, Octan-diisocyanat, cit.co'-Diisocyanat-M-diäthylbenzol,
ω,ω'- Diisocyanat-1,4-dimethylnaphthalin, Cyclohexan-l,3-diisocyanat,
l-lsopropylbenzol-2,4-diisocyanat, l-Chlorbenzol-2,4-diisocyanat, l-Fluorbenzol-2,4-diisocyanat,
l-Nitrobenzol-2,4-diisocyanat, l-ChIor-4-
K) methoxybenzol-2,5-diisocyanat, Benzolazonaphthalin-4,4'-diisocyanat,
Diphenyläther-2,4-diisocyanat. Diphenyläther-4,4-diisocyanat, sowie Isocyanurat-Gruppen
enthaltende Polyisocyanate.
Als Diisocyanate werden eingesetzt: 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und/oder dessen 2,4- und/oder dessen 2,2'-Isomeren, 1,6-Hexamethylendiisocyanat,
2,4-Toluylen- und/oder 2,5-Toluylendiisocyanat und
m-Xylylendiisocyanat.
Die Kettenverlängerer/Vernetzer sind solche Stoffe, die sehr aktive, aber doch unterschiedlich aktive
Wasserstoffatome besitzen, wie sie zum Beispiel in der NH2-Gruppe von Hydrazinen vorliegen. Hydrazin verbindungen,
auch Hydrazin selbst, kann verwendet werden, wobei die Kettenverlängerung so erfolgen
kann, daß etwa 60% dieser NH2-Gruppen für die Kettenverlängerung und die restlichen 40% zur
Kettenvernetzung gebraucht werden. Die Reaktion muß spontan sein, so daß Zudosierung und Viskositätsanstieg sich proportional verhalten. Systeme mit
jo Kettenverlängcrer/Vernetzergemischen, die weniger
aktiv sind (als z. B. Hydrazin) müssen so katalysiert werden, daß die 60 bis 40% Relation erhalten bleibt, da
so die Gesetzmäßigkeiten der Flory-Gleichung ausgenutzt
werden, die den Grad der Polymerisation in einem Lösungsmittel mit der Anzahl der Vernetzungsstellen
bestimmt.
An dieser Stelle sei bemerkt, daß nach Saunders und Frisch in »Polyurethans: Chemistry and Technology, II.
Technology, Seite 319« die Herstellung von Polyurethan-Elastomeren
besonders schwierig ist, wenn Diamine als Kettenverlängerer gebraucht werden, da diese
aufgrund ihrer großen Reaktionsfähigkeit leicht zu inhomogenen Produkten führen. Im Sinne der Erfindung
wird aber gerade diese Tatsache gebraucht, um gleichmäßige Produkte zu erhalten. So wird ganz
bewußt die große Reaktivität des Hydrazins dazu genutzt, Kettenverlängerung und einen sich selbst
steuernden Grad an Vernetzung zu erreichen, und zwar so, daß dies in Lösungen geschieht und die Endlösung
noch mindestens 24 Stunden bei geeigneter Lagerung gießfähig bleibt.
Um darüber hinaus noch eine zusätzliche Vernetzung zu erreichen, kann man die in der Polyurethanchemie
bekannten Vernetzungsreaktionen anwenden. Auch
kann man der Vernetzerlösung Formaldehyd in seiner Polymerform zusetzen. Bei der Vorlage von Formaldehyd
in DMF und Hydrazinhydrat wird der erste Schritt einer Wolff-Kishner-Reaktion eingeleitet, wobei neben
Wasser das Hydrazon entsteht Diese Reaktion jedoch wird unter den gewählten Reaktionsbedingungen
weitgehend unterdrückt, so daß vielmehr die folgende Vernetzungsreaktion gefördert wird.
O O
Il Il
) = C=N—C-N—Ν —C-O — + CH2O
H H
H H
O HO
O = C = N-C-N Ν —C-O
CH2 + H2O
O = C = N—C-N—Ν —C-O
0 Η °
Die Zugabemenge des Aldehyds ist abhängig vom späteren Verwendungszweck. Die obere Grenze liegt
bei dem stöchiometrisehen Punkt, bezogen auf NH-Gruppen des Elastomeren. Diese Vernetzung ist jedoch
eine andere, da sie erst später bei erhöhten Temperaturen, wie sie beim Entfernen des Lösungsmittels
auftreten, zur Wirkung kommt.
Eine zusätzliche Vernetzung erreicht man auch, wenn man ungesättigte Systeme einsetzt und diese Doppel- _>
<> bindungen durch Elektronenbestrahlung aufbricht und damit eine lokalisierte Verzweigungsreaktion auslöst.
Wie bereits erwähnt, eignen sich für die Zwecke der Erfindung die Hydrazinverbindungen, wie Hydrazinhydrat,
Carbohydrazid, Carbodihydrazid, Semicarbazid, Carbazon, Oxalsäure-dihydrazid, Terephthalsäure-dihydrazid
und Dihydrazide längerkettiger Dicarbonsäuren sowie Dihydrazinverbindungen der allgemeinen Formel
H2N -NH-X-NH-NH2
in welcher X bedeutet CO1CS, P(O)OR, P(O)NR2, BOR
oder SiO, wobei R anstelle eines aliphatischen oder aromatischen Restes steht, sowie Verbindungen, die das
Piperazingerüst
N —
und zwei oder mehr endständige Aminogruppen aufweisen, wobei die Reste R Alkyl- oder Arylreste
darstellen. Selbstverständlich kann man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die entsprechenden
Hydratformen einsetzen, was im Falle von Hydrazin sogar wegen der geringen Gefahr bei der Handhabung
bevorzugt wird.
Durch Polyaddition der oben beschriebenen NCO-Prepolymeren
mit Hydrazin- oder Dihydrazinverbindungen entstehen beispielsweise Polycarbohydrazide
bzw. Polycarbodihydrazide oder deren Gemische mit den sich wiederholenden, teilweise über die » —NH-«
und» —NH-NH-«Gruppen vernetzte Einheiten.
—fPE— NH- CO —NH- NH- CO-NH J7-
V
-PE—NH-CO-N —NH-CO —NH-
-PE—NH-CO-N —NH-CO —NH-
—[PE—NH- CO — NH- NH- X — NH- COJ7-
-PE—NH-CO— NH-NH- X — N-CO-
—[PE — NH- CO — NH- NH- X — NH- NH- COJ7-
V
— -PE—N —CO —NH-NH-X — NH-NH- COPE— NH — CO — NH — N
— -PE—N —CO —NH-NH-X — NH-NH- COPE— NH — CO — NH — N
Ν — NH- CO
PE — NH — CO — N—N N — NH — CO-
wobei »V« einen möglichen und gesteuerten Verknüpfungspunkt zu einer benachbarten Polymerkette darstellt,
in welchen die Abkürzungen PE Polyester, Polyäther, Polyamide, Polythioether, Polyacetale und X eine
Carbonyl-, Thiocarbonyl-, Sulfo-, SiO-, BOR- P(O)OT- oder P(O)N H2-Gruppe bedeuten und R anstelle eines
aliphatischen oder aromatischen Restes steht π deutet an, daß in dem fertigen Polyurethan eine Mehrzahl bzw.
Vielzahl von den vorstehend angegebenen Einheiten enthalten sind.
Zu geeigneten Diaminen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden können, gehören beispielsweise Äthylendiamin, Propylendiamin, Toluylendiamin,
Xylylendiamin, Piperazin bzw. Piperazinhexahydrat sowie 1,4-Diaminopiperazin.
Wie bereits erwähnt, setzt man die Hydrazine, Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine Vorzugs-
weise entweder im Unterschuß oder im Überschuß ein. Bei Verwendung eines Unterschusses fügt man zu der
vorgelegten Komponentenlösung weitere Substanzen hinzu, die mindestens zwei mit Isocyanaten, gegebenenfalls
unterschiedlich reagierende, aktive Wasserstoffatome aufweisende Gruppen enthalten, die entweder als
Kettenverlängerung und/oder Vernetzer fungieren können, wobei diese Substanzen nach erfolgter
stöchiometrischer Reaktion im Überschuß vorliegen. Diese überschüssigen Mengen wirken dann ähnlich wie
e;n Überschuß an Hydrazinen, Dihydrazinverbindungen und/oder Diaminen als Vorgeliermittel. Der Überschuß
kann in beiden Fällen bis zu 30% betragen. Zu geeigneten Verbindungen dieser Art zählen alle
anderen üblicherweise in der Polyurethanchemie eingesetzten Kettenverlängerer bzw. Verneizer, beispielsweise
Diole, z. B. Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykole, 1,4-Butandiol, Butendiol, Butindiol,
Xylylenglykole, Amylenglykol, 1,4-Phenylen-bis-/3-hydroxyäthyläther,
1,3-Phenylen-bis-jS-hydroxyläthyläther,
Bis-(hydroxymethyl-cyclohexan), Hexandiol, und Alkanolamine, beispielsweise Äthanolamin, Aminopropylalkohol,
2,2-Dimethylpropanolamin, 3-Aminocyclohexylalkohol,
p-Aminobenzylalkohol, Trimethylol propan.
Glycerin oder N,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxypropyl)-äthylendiamin. Von all diesen Substanzen setzt man
günstigerweise Glyzerin ein. Selbstverständlich kann man gleichzeitig mehrere Kettenverlängerer und/oder
Vernetzer einsetzen. Die Anwesenheit von Wasser, das auch als Kettenverlängerer und/oder Vernetzer wirken
kann, wirkt sich nicht störend bei diesem Verfahren aus.
Falls gewünscht, kann man der vorstehend beschriebenen Hydrazine, Dihydrazinverbindungen und/oder
Diamine enthaltenden Lösung neben oder anstelle der zugefügten Kettenverlängerung und/oder der Vernetzer
Kettenabbrecher sowie gegebenenfalls zusätzliche Geliermittel hinzufügen. Zu geeigneten Kettenabbrechern
gehören beispielsweise einwertige Alkohole, z. B. Methanol, Äthanol, Propanol oder Butanol, oder
Substanzen mit einer Aminogruppe, wie Äthylamin.
Den vorstehend beschriebenen Hydrazine, Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine enthaltenden Lösungen
kann man vor ihrer Umsetzung mit den NCO-Voraddukten noch Füllstoffe, organische oder
anorganische Pigmente, Farbstoffe, optische Aufheller, UV-Absorber, Antioxydantien und/oder zusätzlich
vernetzend wirkende Substanzen, günstigerweise solche, die erst nach der Koagulation bei erhöhten
Temperaturen vernetzen, hinzufügen. Mitunter ist es jedoch besser, die vorstehend angegebenen Zusätze
nicht der Hydrazine, Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine enthaltenden Lösung zuzufügen, sondern der
Endlösung, gegebenenfalls erst kurz vor ihrer Verwendung zur Herstellung der gewünschten Produkte.
Auch setzt man somit die Farbstoffe, die in dem gebrauchten Lösungsmittel löslich sein sollten, erst kurz
vor der Formgebung zu, da einige Farbstoffarten eine nichtgewünschte katalytische Wirkung auf das NCO-Voraddukt
ausüben können. Ein Nachteil dieser Farbstoffe ist auch, daß viele von ihnen unter
Lichteinwirkung verbleichen.
Günstiger ist es daher in gewissen Fällen, die erwähnten Pigmentfarben zu gebrauchen. Diese geben
im allgemeinen zwar nicht die leuchtenden Töne, wie die löslichen Farbstoffe, jedoch zeichnen sie sich durch gute
Deckkraft aus.
Es wurde außerdem gefunden, daß entgegen den Erwartungen, durch Pigmentation die mikroporöse
Struktur des Flächengebildes noch erhöht wird. Dies wirkt sich günstig auf die Durchlässigkeit aus.
Bei richtiger Pigmentauswahl kann die angewendete
Menge niedrig gehalten werden. Es ist deshalb nicht zu
ι befürchten, daß die elastischen Eigenschaften des
Systems nennenswert nachträglich beeinflußt werden.
Im Falle von Rußpigmenten ist es sogar möglich, bei
Auswahl geeigneter Ware, die eine gewisse Anzahl von OH-Gruppen aufweist, diese fest mit in das Voraddukt
ίο einzubauen. Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß
Rußpigmente die besten Hydrolylisierungsstabilisatoren für solche Polyurethansysteme sind.
Das oben schon erwähnte Ausschwimmen von anderen Pigmenten kann durch Zusatz von sogenannten
ij Antifloatingagentien vermieden werden.
Reine Füllstoffe bieten sich in großer Zahl an. Allgemein kann man sagen, daß alle nichtreaktiven
pulverigen oder faserigen Materialien, deren einzelne Faserlänge unterhalb der Foliendicke liegen, ganz
eingebettet werden können. Hierdurch kann man erreichen, daß dünnere Schichtdicken als üblich
gleichmäßigeie Oberflächen auf einem Trägermaterial ergeben.
Besonders interessant ist die Beimengung von
2") mikroporösen Kieselerden, mit denen man die Durchlässigkeit
des Materials genau steuern kann. Außerdem sind diese porösen Erden als erste poröse Zentren in
dem noch nicht koagulierten Film eine wertvolle Hilfe für den späteren Nich.löseraustausch.
jo Sie bewirken dabei sowohl eine Stützpunktfunktion
des hereinkommenden Nichtlösers als auch eir.e Auffangstation des herausgedrängten Lösers. Erreicht
wird dadurch eine schnellere Koagulation und eine gleichmäßigere Mikroporosität.
3> Es ist aber auch möglich, mit reagierenden Zusatzstoffen
zu arbeiten. Wählt man z. B. einen OH-haltigen Stoff, z. B. CeHulosepulver oder -fasern, so ist es
möglich, diesen als Füllmittel teilweise fest mit einzubauen. Diese Stoffe eignen sich dann ganz
besonders dafür, die Einreißfestigkeit zu verbessern. Ebenfalls kann abhängig von der Faserlänge die
Oberflächenbeschaffenheit des mikroporösen Flächengebildes geändert werden.
Außerdem ist es möglich, wenn dies gewünscht wird.
Aromastoffe mit einzubauen, z. B. Kaffee-Extrakt.
Zu geeigneten Lösungsmitteln für die Reaktionskomponenten gehören organische Lösungsmittel, insbesondere
hochpolare Lösungsmittel. Beispiele hierfür sind aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol.
Xylol, Tetralin, Dekalin, chlorierte Kohlenwasserstoffe,
wie Methylenchlorid, Chloroform, Trichloräthylen, Tetrachioräthan, Dichiorpropan, Chiorbenzoi, Ester,
wie Essigsäureäthylester, Essigsäurepropylester, Essigsäurebutylester, Diäthylcarbonat, Ketone, wie Aceton,
Butanon-2, Pentanon-2, Cyclohexanon, Äther, wie Furan, Tetrahydrofuran, Dioxan, Anisol, Phenetol,
Dialkoxyäthane und Äther-Ester des Glykols, Säureamide, wie Formamid, Dimethylformamid, Dimethylacetamid
und Sulfoxyde, wie Dimethylsulfoxyd. Zu den besonders günstig einzusetzenden Lösungsmitteln gehören
die Säureamide, z. B. Formamid, Dimethylformamid
und Ν,Ν-Dimethylacetamid, Sulfoxyde, z.B. Dimethylsulfoxyd,
Dioxan, Tetrahydrofuran oder Gemische derselben. Obwohl man die NCO-Voraddukte in
einem anderen Lösungsmittel als die Hydrazine, Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine lösen kann,
verwendet man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren günstig für beide Reaktionskomponenten das gleiche
Lösungsmittel bzw. Lösungsnüttelgetnisch.
Zur eigentlichen Kettenverlängerungs- und -vernetzungsreaktion,
die beide praktisch gleichzeitig ablaufen, gibt man unter ständigem Rühren die NCO-Voradduktlösung
zu der vorgelegten Kettenverlängerer/Vernetzer-Lösung hinzu. Die Polyurethanbildungsreaktion
verläuft exotherm und ist sehr schnell abgeschlossen. Sowohl die Kettenverlängerung als auch die Vernetzung
bewirken den Viskositätsanstieg, wonach die Viskosität nach anfänglichem leichten Anstieg plötzlich
stark zunimmt Bei der Durchführung dieser Stufe muß daher die NCO-Voradduktlösung vorsichtig zu der
anderen Komponente zugegeben werden, da nach einer gewissen Zugabemenge bereits kleinste Mengen an
NCO-Voraddukt einen starken Viskositätsanstieg bewirken, so daß bei Erreichen eines bestimmten Punktes
die Reaktionslösung plötzlich verquallt. Erfindungsgemäß wurde überraschenderweise gefunden, daß man
hervorragend brauchbare Polyurethanlösungen erhält, wenn man die Zugabe an NCO-Voraddukt dann
abbricht, wenn die Viskosität der Lösung einen solchen Wert erreicht hat. Dieser Viskositätswert liegt bei den
üblicherweise eingesetzten Systemen zwischen 6000 und 40 000 cps, d. h. die Reaktionslösung bzw. die
Endlösung weist eine honigartige Konsistenz auf.
Bei der praktischen Durchführung eines erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens hat sich ferner herausgestellt,
daß man die NCO-Voradduktlösung, die vorzugsweise einen Feststoffgehalt von 60 bis 80
Gew.-%, insbesondere von 70 Gew.-%, und einen w Gehalt an freien Isocyanatgruppen von 1,5 bis 5%
aufweist, mit einer solchen Geschwindigkeit zu der anderen Komponentenlösung, die die Hydrazine,
Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine in einer Konzentration von 0,02 bis 0,05 Mol-% enthält, unter ü
Mischen kontinuierlich hinzugibt, daß in dem Augenblick, wo die starke Viskositätserhöhung eintritt, die
Reaktionslösung einen Feststoffgehalt zwischen 15 und
35 Gew.-% aufweist. Da die Zugabemenge des NCO-Voradduktes von vielen Faktoren (Temperatur, w
Mol-Gewicht des zur Herstellung des Voradduktes eingesetzten Polyesters bzw. Polyethers, Festgehalt an
NCO-Gruppen, Alter des Voradduktes) abhängt, läßt sich dies nicht genau berechnen, es muß also empirisch
gearbeitet werden. Am sichersten verfährt man dabei, 4">
wenn man in einem kleinen Vorversuch die in etwa benötigte Menge an Voraddukt bestimmt und sich dann
im übrigen bei der eigentlichen Herstellung der Polyurethan-Endlösung auf den Viskositätsanstieg verläßt.
Um größere Mengen einer brauchbaren End'.ösung bzw. Reaktionslösung herzustellen, empfiehlt es sich
eine Durchlaufmeßuhr, die den aus dem Vorversuch gefundenen Wert reproduzieren kann. Die Feineinstellung
erfolgt dann aber über ein eingebautes Viskosimeter. Als einfachstes Gerät zur Messung der Viskosität ist
ein Kugelfallviskosimeter zu empfehlen, da die Genauigkeit ausreicht und die Reinigung leicht ist.
Allerdings ist dieses Gerät nur bei unpigmentierten Systemen zu gebrauchen. Will man noch färben, so muß
dies geschehen, wenn die Viskosität schon eingestellt ist. <>o
Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung der Viskosität, und zwar auch bei gefärbten Ausgangslösungen,
bietet die Messung der Arbeitsleistung des Rührmotors durch ein geeignetes Ampermeter.
Nach einer speziellen Ausführungsform setzt man als to
NCO-Voraddukt ein solches ein, das durch Umsetzung eines Polyesters (hergestellt aus Adipinsäure und
Hexandiol-1,6) mit 4.4'-Diphenylmethandiisocyanat in
Dimethylformamid erhalten wurde. Diese NCO-Voradduktiösung gibt man zu einer Lösung von unterschüssigem
Hydrazinhydrat in Dimethylformamid, der man zusätzlich einen Überschuß an Glyzerin zugesetzt hat.
Während der Zugabe und der Umsetzung hält man die Reaktionstemperatur zwischen 20 und 45° C, vorzugsweise
zwischen 25 und 40° C.
Im allgemeinen steuert man die Bildung der Polyurethan-Endlösung so, daß vor der Formgebung
alle gebildeten Polyurethane noch scheinbar in der Reaktionslösung gelöst sind, nach der Formgebung
jedoch ein Polymergebilde vorliegt, das zu nicht mehr als 50 Gew.-% in kaltem Dimethylformamid und zu
nicht mehr als 60 Gew.-% in siedendem Dimethylformamid löslich ist.
Die so erhaltenen hochviskosen, gleichmäßig vorgelierten Lösungen, die man nunmehr in einem Arbeitsgang
erhält, können tagelang gelagert werden. Beachtet man die angegebenen Reaktionsbedingungen (Temperatur,
Feststoffgehalt, Zeit und die richtige Folge der einzelnen Reaktionsschritte), so erhält man reproduzierbar
eine Endlösung, die sich im Grenzbereich Lösung — Gel befindet und in überraschenderweise zu
den nachfolgend angegebenen mikroporösen Produkten führt. Durch die Auswahl geeigneter Rohstoffe
können die physikalischen Eigenschaften für einen speziellen Einsatzzweck gesteuert werden. Die optischen
Eigenschaften können ohne zusätzliche Weiterverarbeitung während der Entstehung des Polymergebildes
bestimmt werden.
Zu geeigneten zusätzlichen Geliermitteln, die der Polyurethan-Endlösung vor der Formgebung zugefügt
werden können, gehören beispielsweise solche Lösungsmittel, die mit dem Lösungsmittel bzw. dem Lösungsmittelgemisch
der fertigen Reaktionslösung mischbar sind, aber ein Nichtlösungsmittel für die erhaltenen, teilweise
vernetzten Polyurethane darstellen. Zu solchen Nichtlösungsmitteln gehören aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie Benzol, Toluol, Äthylenbenzol, Xylol, Tetralin, Dekalin, technische Lösungsmittelgemische, die aromatische
Kohlenwasserstoffe enthalten, wie Sangajol, aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan,
Octan, Nonan, Decan, sowie deren Stereoisomere, Erdölfraktionen, wie Petroläther, Ligroin, Waschbenzin,
Testbenzin, Schwerbenzin, cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Methylcyclohexan, Terpentinöl, chlorierte
Kohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Di-, Trichloräthylen, Hexachloräthan, Perchloräthylen, Chlorcyclohexan,
Methylchlorcyclohexan, Ester, wie Essigsäuremethylester, -äthylester, -propylester, -butylester.
Ameisensäureester, Ketone, wie Aceton, Butanon-2 Pentanon-2, Äther, wie Diäthyl-, Dipropyl-, Dibutyläther,
Nitroverbindungen, wie Nitromethan, Nitrobenzol, Alkohole, wie tert.-Butanol, und Nitrile, wie
Acetonitril.
Es versteht sich von selbst, daß je nach eingesetzter Systemen die hier als Nichtlösungsmittel aufgeführter
Verbindungen auch als Lösungsmittel und die vorhei aufgeführten Lösungsmittel als Nichtlösungsmittel fun
gieren können, wodurch sich Überschneidungen bei dei vorstehenden Aufzählung nicht vermeiden ließen.
Die erfindungsgemäß hergestellte Polyurethan-End lösung verwendet man dann zur Herstellung de
Mikroporösen Flächengebilde, indem man die hochvis kose Lösung nach der Formgebung in ein Koagulations
bad einbringt. Als Koagulationsflüssigkeit kann mal grundsätzlich die vorstehend erwähnten Nichtlösungs
mittel oder Gemische von Lösungsmitteln und Nichtlö
sungsmitteln einsetzen. Aus wirtschaftlichen Gründen verwendet man erfindungsgemäß jedoch als Koagulationsflüssigkeit
vorzugsweise Wasser ohne irgendwelche Zusätze. Im Gegensatz zu den herkömmlichen
Koagulationsprozessen verläuft die Koagulation bei 5 den erfindungsgemäßen Systemen um den Faktor 10
schneller.
Selbstverständlich kann man die nach der Koagulation erhaltenen Gebilde, falls nicht entsprechende
Zusätze in der Polyurethanlösung vor der Koagulation enthalten waren, noch nachträglich mit entsprechenden
Mitteln behandeln.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, mikroporöse Flächengebilde mit guten mechanischen
Eigenschaften, sehr guter Flexibilität und hervorragender Lösungsmittelbeständigkeit herzustellen,
die nach dem Abschleifen eine ausgezeichnete Filterwirkung zeigen. Generell kann man die mikroporösen
Gebilde in beliebiger Gestalt herstellen, z. B. in Form von Schläuchen, und zwar auch so, daß sie
zunächst in ihrem Feinbau aus zwei begrenzenden porenlosen Grenzschichten und einer um ein Vielfaches
dickeren mikroporösen Innenschicht bestehen. Die porenlosen Grenzschichten werden dann ebenfalls
abgeschliffen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik folgende
Vorteile (neben den bereits genannten) bringt:
1. Durch die asymmetrische Porengestaltung ergeben sich günstige Durchflußraten.
2. Die glatte Oberfläche ermöglicht eine weitgehende Säuberung.
3. Das eingebaute Filter kann ohne seine Form zu verlieren in Dampf sterilisiert werden.
4. Die eingesetzten Rohstoffe und das Endprodukt 3d
sind physiologisch unbedenklich.
5. Bei der Herstellung fallen keine umweltfeindlichen Laugen, Lösungsmittel etc. an, da die Lösungsmittel
wiederverwendbar sind.
6. Die Polyurethan-Endlösung kann unter Formgebung
auf beliebige Flächen oder Körper aufgetragen werden.
7. Die Filtermaterialien können verschweißt werden.
Neben der Anwendung der neuen Materialien als Filter für Industrie und Haushalt, können sie auch als
technische Folien dort eingesetzt werden, wo:
1. Luft gereinigt und/oder keimfrei gemacht werden soll.
2. Gase aus hochviskosen Lösungen austreten sollen.
3. Teilweise durchlässiges Verpackungsmaterial gebraucht wird und
4. Emulsionen gebrochen werden sollen.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch darauf einzuschränken. In den
Beispielen bedeuten DMF »Dimethylformamid« und MDI »4,4'-Dimethylmethandiisocyanat«.
Beispiel 1
Vorbereitung des Polyols (Stufe 1)
Vorbereitung des Polyols (Stufe 1)
In einem Rührreaktor, der mit Vakuumanschluß sowie Heiz- und Kühlmantel versehen ist, wird etwas
mehr als die berechnete Menge Polyol eingefüllt und bei 100°C/10 Torr 30 Minuten entgast und entwässert.
Anschließend kühlt man auf 50°C und setzt 0,1% Acetylchlorid hinzu. Man rührt 30 Minuten bei dieser
Temperatur, erhitzt dann auf 1000C und legt so lange
Vakuum an, bis kein Gas mehr austritt Eine Probe wird abgezogen und nach bekannter Weise die OH-Zahl und
Säurezahl bestimmt. Mit DMF wird das so vorbereitete Polyol auf 70 Gew.-% Feststoffe eingestellt.
Herstellung des NCO-Voraddukts mit ^ =2.04 (Stufe 2)
In einen trockenen, stickstoffgefüllten Rührreaktor wird die berechnete Menge MDI eingefüllt und mit
DMF auf 70% Feststoffe eingestellt. Unter Rühren und Erwärmen wird das MDI schnell klar gelöst. Über 30
Minuten wird das ca. 55° C warme Polyol aus Stufe 1 zu
der MDI-Lösung von 40°C hinzugegeben. Die Exotherme muß bei 65 ± 2° C abgefangen werden.
Die erhaltene hellgelbe NCO-Voradduktlösung weist - je nach Molgewicht des Polyols - einen Rest
NCO-Gehalt von ca. 3,5% auf.
Herstellung der die vernetzten Polyurethane enthaltenden Lösung (Endlösung) (Stufe 3)
In einem vakuumdichten Rührgefäß wird eine Lösung aus 60 Gew.-Teilen poröser Kieselsäure (Kieselgur,
Diatomeenerde), 300 Gew.-Teilen DMF, 10 Gew.-Teilen Glycerin und 2 Gew.-Teilen Hydrazinhydrat vorgelegt
und auf 30 ±2° C erwärmt. Unter Rühren wird die ca. 40° C warme NCO-Voradduktlösung kontinuierlich so
zugegeben, daß die Viskosität der Endlösung anfänglich langsam, dann immer schneller steigt. Letztlich bewirken
dann kleine Zugabemengen einen extrem großen Viskositätsanstieg. Dieser Bereich liegt bei etwa
10 000 cP. Anschließend wird entgast.
Formgebung und Schleifen (Stufe 4)
Die gemäß Stufe 3 erhaltene, die vernetzten Polyurethane enthaltende Lösung (Endlösung) wird auf
einer Glasplatte zu einem 1 mm starken Naßfilm ausgerakelt und in ein 85° C heißes Wasserbad getaucht.
Nach ca. 1,5 Minuten ist eine weiße, elastische, mikroporöse Folie entstanden, die nicht mehr in dem
vormaligen Löser voll löslich ist. Die so erhaltene Folie
wird dann unter Bildung eines echten Filtermaterials auf beiden Seiten angeschliffen.
In einem trockenen Rührreaktor werden unter Stickstoffatmosphäre 2,04 MoI MDI mit Dimethylformamid
in 70%iger Lösung bei 40°C eingebracht.
Während einer halben Stunde bei einer Reaktionstemperatur von 65°C±2°C wird ein Mol eines in
70%iger DMF-Lösung befindlichen Polyesters, bestehend aus Adipinsäure und Hexandiol-1,6 mit der
Hydroxylzahl 139,5 kontinuierlich zugegeben. Es entsteht eine über Wochen stabile NCO-Voradduktlösung
mit einem NCO-Gehalt von 2,5 — 3,0%.
bo Zu 3100 Gew.-Teilen DMF und 50 Gew.-Teilen Hydrazinhydrat in einem mit Flügelrührer ausgestatteten
Rührgerät gibt man kontinuierlich bei 35°C innerhalb von 5 Minuten so viel der obigen NCO-Voradduktlösung
hinzu, bis kleinste Zugabemengen einen
(,5 extrem großen Viskositätsanstieg bewirken, d. h. eine
honigartige Polyurethan-Endlösung entstanden ist. Die nun etwa 30%ige Polyurethar.-Endlösung wird wie in
Beispiel 1 zudem Filtermaterial verarbeitet.
Eine NCO-Voradduktlösung, hergestellt wie in
Beispiel 2 beschrieben, wird in eine Lösung aus 3100 Gew.-Teilen DMF, 200 Gew.-Teilen Glyzerin und 50
Gew.-Teilen Hydrazinhydrat eingerührt, bis kleinste Zugabemengen einen extrem großen Viskositätsanstieg
bewirken, d. h. eine hochviskose, honigartige Polyurethan-Endlösung entstanden ist, die wie in Beispiel 1 zu
dem Filtermaterial verarbeitet wird.
In einem trockenen Rührreaktor werden unter Stickstoffatmosphäre 2,04 Mol MDI mit Dimethylformamid
in 7O°/oiger Lösung bei 400C eingebracht
Während einer halben Stunde bei einer Reaktionstemperatur von 65° C ±2° C wird 1 Mol eines in 7O°/o:ger
DMF-Lösung befindlichen Polyesters., bestehend aus Adipinsäure und gleichen Molanteilen von Äthylenglykol
und Butandiol-1,4 mit einer Hydroxylzahl von 56
kontinuierlich zugegeben. Es entsteht eine über Wochen stabile NCO-Voradduktlösung mit einem Rest NCO-Gehaltvonl,5-2,0%.
Zu einer Lösung, bestehend aus 3100 Gew.-Teilen DMF, 90 Gew.-Teilen Carbodihydrazid und 100
Gew.-Teilen Methanol wird so viel von der vorbereiteten NCO-Voradduktlösung hinzugerührt, bis kleinste
Zugabemengen einen extrem großen Viskositätsanstieg bewirken, d. h. eine hochviskose Polyurethan-Endlösung
entstanden ist, die wie in Beispiel 1 zu dem Filtermaterial verarbeitet wird.
In einem trockenen Rührreakfor werden unter Stickstoffatmosphäre 2,04 Mol MDI mit Dimethylformamid
in 7O°/oiger Lösung bei 400C eingebracht.
Während einer halben Stunde bei einer Reaktionstemperatur von 65° ±2° C wird ein Mol eines in
70%iger DMF-Lösung befindlichen Polyesters, bestehend aus Adipinsäure und Hexandiol-1,6 mit der
Hydroxylzahl 139,5 kontinuierlich zugegeben. Es entsteht eine über Wochen stabile NCO-Voradduktlösung
mit einem Rest NCO-Gehalt von 3,2%.
Zu einer Lösung aus 300 Gew.-Teilen DMF, 7,68 Gew.-Teilen Carbodihydrazid und 10 Gew.-Teilen
Glyzerin werden ca. 165 Gew.-Teile der obigen NCO-Voradduktlösung eingerührt, bis kleinste Zugabemengen
einen extrem großen Viskositätsanstieg bewirken, d. h. eine honigartige hochviskose Polyurethan-Endlösung
unter leichter Wärmetönung entstanden ist, welche über Tage stabil bleibt. Diese Endlösung wird
wie in Beispiel 1 zudem Filtermaterial verarbeitet.
extrem großen Viskositätsanstieg bedingen. Die erhaltene Polyurethan-Endlösung wird wie in Beispiel 1 zu
dem Filtermaterial verarbeitet.
Beispie! 7
Zu einer Lösung aus 100 Gew.-Teilen DMF, 2,56 Gew.-Teilen Carbodihydrazid werden 59,5 Gew.-Teile
der in Beispiel 5 erwähnten NCO-Voradduktlösung eingerührt, bis kleinste Zugabemengen einer, extrem
ίο großen Viskositätsanstieg bedingen. Die so erhaltene Polyurethan-Endlösung wird wie in Beispiel 1 zu dem
Filtermaterial verarbeitet
In eine wie in Beispiel 2 hergestellten Polyurethan-Endlösuiig
werden 10% (berechnet auf die Feststoffe) eines nicht reagierenden Figmentes und/oder Farbstoffes
mit einer Teilchengröße bis max. 5 μ eindispergiert und wie in Beispiel 1 zu dem Filtermaterial verarbeitet
Eine NCO-Voradduktlösung, bereitet nach Beispiel 2 oder 3, wird in eine Lösung aus 300 Gew.-Teilen DMF,
11,6 Gew.-Teilen 1,4-Diaminopiperazin und 10 Gew.-Teilen Glyzerin so eingerührt, bis kleinste Zugabemengen
einen extrem großen Viskositätsanstieg bedingen. Die erhaltene Polyurethan-Endlösung wird wie in
Beispiel 1 zu dem Filtermaterial verarbeitet.
Man verfährt wie in Beispiel 1, gibt aber anstelle der porösen Kieselsäure in Stufe 3 feinst zermahlenen
Kaffeesatz und/oder Kaffee-Extrakt hinzu. Nach der Koagulation und der Schleifbehandlung entsteht ein
hellbraunes Flächengebilde, welches wiederholbar besonders gut zur Kaffeezubereitung benutzt werden
kann.
Man verfährt wie in Beispiel 1, setzt jedoch anstelle
der Kieselsäure, Cellulosepulver ein. Nach Koagulation entsteht ein weißes mikroporöses Flächengebilde, das
nach der Schleifbehandlung ein sehr gutes Filtermati;-
4r) rial ergibt.
Man verfährt wie in Beispiel 10 oder 11 und taucht ei η
Stützgewebe aus natürlichem oder synthetischem
v) hochpolymerem Material oder aber ein Metallgeflecht
in die Masse. Anschließend wird in heißem Wasser koaguliert.
Zu einer Lösung von 300 Gew.-Teilen DMF, 2,5 55 Man verfährt wie in den Beispielen 1 bis 12, koaguliert
Gew.-Teilen Piperazin, 0,8 Gew.-Teilen Hydrazinhydrat jedoch in einer heißen wäßrigen Lösung, in der lösliche
werden ca. 183 Gew.-Teile einer gemäß Beispiel 5 hergestellten NCO-Voradduktlösung gegeben
(NCO:NH2>1), bis kleinste Zugabemengen einen
Salze und/oder Säuren und/oder Basen und/oder mit Wasser mischbare und/oder lösliche organische Lösungsmittel
als Porenregulatoren enthalten sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (18)
1. Filtermaterial, bestehend im wesentlichen aus einem durch Koagulation einer Polymerlösung
erhaltenen mikroporösen und/oder makroporösen Flächengebilde, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Oberfläche des Flächengebildes je nach gewünschter Porengröße mehr oder weniger
angeschliffen ist ι ο
2. Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem an mindestens
einer Seite angeschliffenen mikroporösen Polyurethan-Flächengebilde besteht
3. Filtermaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, oaß es zusätzlich Füllstoffe
und/oder ein oder mehrere Stützgewebe aufweist
4. Filtermaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Stützgewebe ein Glasseidenstützgewebe ist. 2n
5. Verfahren zur Herstellung von Filtermaterial gemäß Anspruch 2 aus Polyurethan-Elastomeren,
bei dem man
ein NCO-Voraddukt herstellt und dieses in einem geeigneten Lösungsmittel löst oder das NCO-Voraddukt
direkt in einem Lösungsmittel herstellt und diese mit
einer vorher hergestellten Lösung aus einem geeigneten Lösungsmittel und Hydrazin und/oder m
den Hydrazinderivaten und/oder Diaminen und/oder Polyolen umsetzt,
die erhaltene hochviskose Endlösung nach der Formgebung auf einem anschließend entfernbaren
Träger und/oder zusammen mit einem im Filtermaterial verbleibenden Stützgitter freitragend in ein
Koagulationsbad einbringt und
das entstandene mikroporöse Flächengebilde trocknet,
das entstandene mikroporöse Flächengebilde trocknet,
40
dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) in die vorher hergestellte Lösung aus einem geeigneten Lösungsmittel und Hydrazin
und/oder den Hydrazinderivaten und/oder Diaminen und/oder Polyolen, die für den Fall,
daß in diesen Verbindungen nur zwei nach Zerewitinoff aktive Wasserstoffatome vorliegen,
zusätzlich eine solche Verbindung enthalten muß, die mindestens drei nach Zerewitinoff
unterschiedlich aktive Wasserstoffatome enthält, unter ständiger Messung der Viskosität
innerhalb eines bestimmten Zeitraumes kontinuierlich so viel von der NCO-Voradduktlösung
einmischt, bis die Viskosität in einem Bereich liegt, in dem bereits die Zugabe immer kleinerer
Mengen an NCO-Voradduktlösung einen immer größeren Viskositätsanstieg bedingen, bis
schließlich die Viskosität einen Wert erreicht hat — und dann muß die Zugabe der bo
NCO-Voradduktlösung spätestens abgebrochen werden — bei dem die Zugabe einer
weiteren kleinsten NCO-Voradduktlösung zu einer sofortigen Verquallung führen würde,
wobei die Zugabe der NCO-Voradduktlösung b5 mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgt, daß
die Endlösung einen Feststoffgehalt zwischen 15 und 35 Gew.-% aufweist, und
(b) nach durchgeführter Koagulation und Trocknung eine oder beide Oberflächen des Flächengebildes,
das aus vernetzten Polyurethan-Elastomeren besteht, anschleift.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß man eine NCO-Voradduktlösung
einsetzt, die einen Feststoffgehalt zwischen 60 und 80 Gew.-°/o, insbesondere von 70 Gew.-c/o, aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet daß das in Lösung befindliche
NCO-Voraddukt 1,5 bis 5% freie Isocyanatgruppen aufweist
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man
eine Hydrazine und/oder Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine enthaltende Lösung einsetzt, die
die Hydrazine und/oder Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine in einer Konzentration von 0,02
bis 0,05 Mol-% enthält.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man
als Lösungsmittel ein hochpolares Lösungsmittel, vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel, insbesondere
Dimethylformamid, einsetzt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man
als Hydrazinlösung eine solche einsetzt, die man aus Hydrazinhydrat und Dimethylformamid hergestellt
hat.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man im Falle der Verwendung einer Hydrazinlösung
die Lösungen bei einer Temperatur zwischen 20 und 400C, insbesondere zwischen 25 und 35°C reagieren
läßt.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hydrazine und/oder Dihydrazinverbindungen und'oder Diamine in einem stöchiometrischen
Über- oder Unterschuß gegenüber den vorliegenden Isocyanatgruppen eingesetzt werden, wobei man im
Falle eines Unterschusses dieser Lösung Substanzen zufügt, die mindestens zwei mit Isocyanaten,
gegebenenfalls unterschiedlich reagierenden, aktive Wasserstoffatome aufweisenden Gruppen enthalten,
wobei diese Substanzen im Überschuß eingesetzt werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
man in der die Hydrazine und/oder Dihydrazinverbindungen und/oder Diamine enthaltende Lösung
zusätzlich vernetzend wirkende Substanzen, insbesondere solche, die erst nach der Formgebung bei
erhöhten Temperaturen vernetzen, und/oder andere Kettenverlängerer und/oder Kettenabbrecher, sowie
gegebenenfalls zusätzliche Geliermittel löst und zu dieser Lösung gegebenenfalls vor ihrer Verwendung
Füllstoffe, organische oder anorganische Pigmente, Farbstoffe, optische Aufheller, UV-Absorber,
Antioxydantien und/oder zusätzlich vernetzend wirkende Substanzen, hinzufügt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Koagulationsbad aus Wasser besteht.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
man während der Formgebung der Endlösung in das
Flächengebilde ein Stützgitter, vorzugsweise ein Stützgewebe, einbringt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgewebe ein Glasseidenstützgewebe
ist
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
man das Verfahren kontinuierlich durchführt
18. Verwendung der Filter gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 17 als
Flüssigkeitsfilter, insbesondere als Kaffeefilter.
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