DE2514860A1 - Verfahren zur herstellung von festen polymeren, die fuer fluessigkeiten und gase durchlaessig sind - Google Patents

Verfahren zur herstellung von festen polymeren, die fuer fluessigkeiten und gase durchlaessig sind

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DE2514860A1 DE19752514860 DE2514860A DE2514860A1 DE 2514860 A1 DE2514860 A1 DE 2514860A1 DE 19752514860 DE19752514860 DE 19752514860 DE 2514860 A DE2514860 A DE 2514860A DE 2514860 A1 DE2514860 A1 DE 2514860A1
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Enrico Drioli
Robert F Landel
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Description

Dr. W. P. Radt 2 5 1 A 8 6 O
Dipl.-Ing. E. E. Finkener
Dipl-Ing. W. Ernesti Oonsiglio Nazionale delle
Patentanwälte
463^B ο c h u m
Heinrich-König-StraEe 12 Rom / Italien
Fernsprecher i 15 50, 4 23 27 ______■____—___________». Telegrammadresse: Radtpatent Bochum
75 126
EEF/US
Verfahren zur Herstellung von festen Polymeren, die für Flüssigkeiten und Gase durchlässig sind
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von festen Polymeren, die für Flüssigkeiten und Gase durchlässig sind.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, mikroporöse, durchlässige, halbdurchlässige oder teilweise durchlässige Strukturen aus festen polymeren Stoffen, insbesondere aus dünnen Filmen, herzustellen, die als solche nicht für Flüssigkeiten oder Gase durchlässig sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß in dem Material durch mechanische Beanspruchung Mikroaushöhlungen oder -Vertiefungen gebildet werden. Die Erfindung sieht vor, daß die Beanspruchung des Materials dadurch erfolgt, daß das polymere Material einem mechanischen Zug unterworfen oder dem Angriff durch Lösungsmittel ausgesetzt wird, die zu örtlichen Wölbungen und folglich zu Kräftekonzentrationen führen.
Die Erfindung beruht auf folgendem Phänomen: Wenn bestimmte Polymere, insbesondere bestimmte thermoplastische Substanzen, wie z.B. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PG), Polystyrol (PS) und Nylon 6 einer Zug- und/oder Druckbeanspruchung und Temperaturen unterworfen werden, die im allgemeinen unterhalb der Glasumwandlungstemperatur (Transformationstemperatur) des Materials in
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der Umgebung liegen, in der die Behandlung durchgeführt wird, "bilden sich Mikrovertiefungen (Haarrisse), die dazu neigen, in der Nähe aller derjenigen Zonen zu entstehen, in denen aus verschiedenen Gründen eine Konzentration von Kräften auftritt.
Diese Mikrovertiefungen oder Haarrisse, die bisher einen Nachteil darstellten und der Verwendung der oben erwähnten Stoffe Grenzen setzten, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung insofern nutzbringend ausgenutzt, als sie geeignet sind, die Stoffe, die selbst undurchlässig für Flüssigkeiten und Gase sind, in durchlässige oder halbdurchlässige Stoffe umzuwandeln.
Erfindungsgemäß können fein zerteilte, inerte Stoffe oder Füllmaterialien in das polymere Material zu dem Zweck eingeschlossen werden, den Keimbildungsprozeß gleichförmiger zu machen und den Ablauf der Bildung der Mikrovertiefungen zu steuern.
Mittels der oben erwähnten Behandlungen können Mikrovertiefungen erhalten werden, die einen Durchmesser haben, der ausschließlich eine Funktion der Art des thermoplastischen Polymers ist, das verwendet wird und der in allen Fällen zwischen 20 und 3000 A liegt, wobei die Länge eine Funktion der aufgebrachten Kraft und des Prozentsatzes der Mikroeinschlüsse ist.
Aus diesem Grunde ist die Anwesenheit von Mikroeinschlüssen (beispielsweise kugelartigen Mikroteilchen aus Glas oder kristallinen wasserhaltigen Aluminiumsilikaten), die an und für sich nicht unentbehrlich sind, um die Permeabilität hervorzurufen, nützlich, um die mechanischen Eigenschaften des Polymers (Erhöhung der Festigkeit, Verringerung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und dergleichen) zu verbessern und die Ausbreitung und Verteilung
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_ χ —
der Mikrovertiefungen in dem Material zu steuern.
Die Herstellung des Grundmaterials, das, wie erwähnt, vorzugsweise aus thermoplastischen, polymeren Membranen besteht, erfolgt in bekannter Weise durch Laminieren oder Extrusion oder durch schnelles Verdampfen einer Lösung des Polymers in geeigneten Lösungsmitteln, die auf eine vollkommen flache Unterlage gesprüht wird, die man anschließend in Wasser taucht.
Die auf diese Weise erhaltenen durchlässigen Membranen können bevorzugt für zahlreiche Trennverfahren verwendet werden, die gegenwärtig auf verschiedenen technischen Gebieten benutzt werden, beispielsweise bei der Meerwasserentsalzung, bei der Reinigung von verschmutzten Wässern, bei Trennverfahren in der Lebensmittelindustrie und bei biologischen Prozessen. Darüber hinaus besteht, insbesondere wenn die Stoffe in Form von Rohren hergestellt werden, ein weites Anwendungsgebiet für diejenigen Verfahren, bei denen es auf die Verteilung einer Flüssigkeit oder eines Gases in einer so feinen und homogenen Form wie möglich ankommt, beispielsweise bei der Verteilung von Wasser in den Boden, bei der Sauerstoffanreicherung und/oder Chlorierung von Flüssigkeiten und dergleichen.
Die Erfindung wird nachfolgend durch fünf Ausführungsbeispiele erläutert, bei denen ABS, PO, PS und Nylon 6 als Ausgangspolymere und Glaskügelchen mit einem Durchmesser von 34- bis 44 Mikron oder wasserhaltiges, kristallines Aluminiumsilikat mit Ionenaustauscheigenschaften als inerte Stoffe benutzt wurden.
Beispiel Λ
300 g eines Polymers in Form von Körnern wurden auf einen Walzenmischer geschüttet, der auf etwa 1800O erwärmt wurde.
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Nachdem sich, ein gleichförmiger Film gebildet hatte, wurden 100 g Glaskügelchen mit einem Durchmesser von 34 "bis 44 Mikron zugegeben, was 12 Vol.-% bezogen auf das Gesamtgemisch, ausmachte. Nach. 20-minütigem Mischen wurde der noch heiße Film von den Walzen entfernt und einer Zugbeanspruchung unterworfen, die '^gg — 8784 kg/m betrug, wenn bei Raumtemperatur gearbeitet wurde oder
6~Vßs "»* 1952 kg/m , wenn die Temperatur in der Nähe der Glasumwandlungstemperatur (1000G) des Polymers lag, was ausreichte, um die erforderlichen Mikrovertiefungen in dem Film zu erzeugen.
Messungen der wasserdurchlässigkeit haben ergeben, daß das Material im nicht deformierten Zustand weder eine Durchlässigkeit für Flüssigkeiten noch für Gase besaß, während das gleiche Material nach der mechanischen Behandlung eine
—P -ζ P Durchlässigkeit von 1 χ 10 cnr/sec. cm bei einem Druck
von 36 Atmosphären hatte.
Beispiel 2
50 g ABS und 10 g kugelartiger Mikroglasteilchen mit einem 44 Mikron nicht übersteigenden Durchmesser wurden in einem Lösungsmittel gelöst, das aus 200 cnr Methylenchlorid und 300 cnr Methyläthyl-Keton bestand. Die so erhaltene Lösung wurde bei Raumtemperatur auf eine völlig ebene Oberfläche gesprüht, beispielsweise eine Glasplatte und die Glasplatte nach einer kurzen Verdampfungszeit in Wasser getaucht. Anschließend wurde wie im Beispiel 1 eine Zugkraft auf den Film ausgeübt. Messungen der Durchlässigkeit ergaben die gleichen Ergebnisse wie im Beispiel 1.
Beispiel 3
Membranen aus Polystyrol wurden durch Verdampfen einer Lö-
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sung von 10 g Polystyrol, 90 cur Methyläthyl-Keton und 60 cm^ Methylenchlorid hergestellt. Diese Membranen wurden sowohl mit Mikroeinsehlüssen (etwa 37 Vol.-%) als auch ohne Mikroeinschlüsse hergestellt. Derartige Membranen zeigten keine Durchlässigkeit bei einem Druck von Atmosphären und hatten auch keine unter dem Mikroskop sichtbaren Haarrisse. Die gleichen Membranen hatten bei einem Druck von 40 Atmosphären eine erhebliche Durchlässigkeit für Wasser (5 x 10~ emv see. cm bei der Membran ohne Mikroeinschlüsse) bei 20°0. Diese Membranen hatten unter dem Mikroskop Haarrisse.
Beispiel 4
Membranen aus PO wurden durch Verdampfen einer Lösung von 10 g Polycarbcnat, 100 cnr Tetrahydrofuran und 100 cnr üthylendioxan hergestellt. Die Membranen wurden sowohl mit Mikroeinschlüssen (etwa 10 Vol.-%) und ohne Mikroeinschlüsse gefertigt. Membranen mit einer- Stärke von 20 Mikron waren bei einem Druck von 4-0 Atmosphären bei 20 C undurchlässig. Wurde dieser Versuch bei einer Temperatur von 70 C ausgeführt, so hatten die gleichen Membranen eine
—4· 3 / Durchlässigkeit in der Größenordnung von 2 χ 10 emv sec.
cm . Im letztgenannten Fall wurden Haarrisse unter dem Mikroskop festgestellt.
Beispiel 5
Nylon 6-Membranen mit einer Stärke von 50 Mikron haben keine Durchlässigkeit bei einem Druck von 18 Atmosphären. Bei einem Druck von 40 Atmosphären und einem Temperaturanstieg von 25 auf 700G wurde eine Durchlässigkeit für
CL ~7
Wasser in der Größenordnung von etwa 2 χ 10 emv see. cm festgestellt.
Es ergibt sich somit folgendes:
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Venn die Temperatur erhöht wird, vergrößert sich die Durchlässigkeit, wenn T ^ Tg ist; wenn T > Tg wird, sinkt sie gegen O. Die Haarrisse verschwinden, wenn T > Tg wird.
Die Metallunterlage der Membran in der Zelle dient dem Zweck, Konzentrationen örtlicher Kräfte in den einzelnen Poren der porösen Unterlage zu erzeugen.
Pat ent ansprüche
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Claims (9)

  1. 25U860
    Pat entansprüche
    Μ.) Verfahren zur Herstellung von festen Polymeren, die XUirchlässig für Flüssigkeiten und Gase sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Material mittels mechanischer Beanspruchung Mikrovertiefungen gebildet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymere einem mechanischen Zug unterworfen werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymere dem Angriff von Lösungsmitteln unterworfen werden, die örtliche Vertiefungen und damit Konzentrationen von Kräften hervorrufen.
  4. 4-, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Polymere glasartige thermoplastische Substanzen sind.
  5. 5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymere aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PG), Polystyrol (PS) oder Nylon 6 "bestehen.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Polymeren fein zerteilte inerte Stoffe zugesetzt werden.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Polymeren kugelartige Mikroglasteilchen zugesetzt werden.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Polymeren fein zerteiltes Füllmaterial zugesetzt
    509842/0923
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  9. 9. Verfaliren nach den Ansprüchen Λ und 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Polymeren kristalline wasserhaltige Aluminiumsilikate zugesetzt werden,
    ΊΟ. Verfahren nach den Ansprüchen Λ und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer an der Stelle, an der es verwendet wird, einer Beanspruchung dadurch unterworfen wird, daß die Form der Unterlage der "benutzten Einrichtung "verändert wird.
    509642/0923
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