DE2655014C3

DE2655014C3 - Trägerschicht für semipermeable Membranen

Info

Publication number: DE2655014C3
Application number: DE2655014A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Chem. Dr. 7840 Muellheim Groitzsch; Wolfram 6943 Birkenau Schultheiss
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1976-12-04
Filing date: 1976-12-04
Publication date: 1979-09-06
Also published as: AU516289B2; DK539877A; DE2655014A1; AU3117377A; SE7713646L; CA1107580A; IL53455A0; NL185163C; NL7712123A; NL185163B; ZA776021B; DE2655014B2; FR2372922B1; DK148786B; FR2372922A1; DK148786C; JPS5370986A; GB1595299A; AT367312B; SE433505B

Description

Die Erfindung betrifft Trägerschichten für semipermeable Membranen, bestehend aus einem porösen, durch Eigenbindung gebundenen Faservliesstoff.

De. Ausbildung der Trägerschicht als einem der wesentlichen Faktoren einer semipermeablen Trennschicht ist eine ganz besondere Bedeutung beizumessen.

Es ist bereits bekannt. Träger- oder Stützschichten aus einem textlien Flächengebilde, beispielsweise aus einem Gewebe, Papier oder aus Vliesstoff zu verwenden. Die damit erzielten Ergebnisse waren bisher nicht befriedigend. Bei der Herstellung von semipermeablen Membranen aus Celluloseacetat wird die Masse in einer Schichtstärke von ca. 100—200 μπι auf eine poröse Trägerschicht aufextrudiert. Nach der anschließenden Koagulation bildet sich an der Oberfläche dieser Schicht die eigentliche aktive Membran in einer Stärke von 500 bis 5000 Angström aus, wobei es für die später erzielten ·<5 Permeationseigenschaften von ganz besonderer Bedeutung ist, eine ausgeglichene Schichtstärke zu erhalten. Insbesondere ergaben sich große Schierigkeiten aus den bei den genannten Flächengebilden im Mikrobereich unvermeidbaren Unregelmäßigkeiten.

Trägerschichten aus Vliesstoffen aus 100% synthetischen, thermoplastischen Fasern, vorzugsweise aus Polyester- oder Polypropylenfasern, die auf trockenem Wege, beispielsweise durch Krempeln oder Kardieren hergestellt wurden, und die durch einen an sich bekannten Vorgang unter Anwendung von Hitze und Druck verfestigt wurden, sind bekannt.

Derartige Vliesstoffe besitzen enorm hohe Naßfestigkeiten. Ein wesentlicher Nachteil dieser trockengelegten Vliese ist jedoch ihr ungleichmäßiges Vliesbild, d. h. w> eine ungenügende Einzelfaserverteilung sowie eine riiuhe Vliesstoffoberfläche. Bei quergelegten Vliesen ergibt sich zusätzlich eine ungleichmäßige Gewichts- und Dickenverteilung über die Produktionsbreite.

Eine gewisse Verbesserung der Gewichts- und ■ · Dickenverteilung konnte durch Kombination von quer- und längsgelegten Vliesen sowie durch Bombierung der Kalanderwalzen erreicht werden. Trotz dieser Maßnahmen bleibt jedoch, über die Produktionsbreite gesehen, eine gewisse Ungleichmäßigkeit erhalten, insbesondere höhere Gewichte und geringere Dicken der Randzonen im Vergleich /ur Mittelzone des Vliesstoffes. Diese ungleichmäßige Dicke des Vliesstoffes bewirkt beim anschließenden Beschichten desselben mit der Membranlösung eine ungleichmäßige Membrandicke, woraus sich ungleichmäßige Membraneigenschaften ergeben. Da diese ungleichmäßigen Membraneigenschaften nicht akzeptiert werden können, müssen bis jetzt relativ breite Randzonen vor oder nach dem Beschichten mit der Membran verworfen werden. Dies führt naturgemäß zu einer wesentlichen Verteuerung der gesamten Membranherstellung.

Aerodynamisch gelegte Vliese oder Spinnvliese weisen zwar eine höhere Gleichmäßigkeit hrsichtlich Gewichts- und Dickenverteilung über die Produktionsbreite auf, ihr verhältnismäßig ungleichmäßiges Vliesbild als Folge einer ungleichmäßigen Einzelfaserauflösung bzw. Einzelfaserverteilung, führen aber auch hier bei der anschließenden Beschichtung mit der Membranlösung zu relativ ungleichmäßigen Membrandicken und damit zu relativ ungleichmäßigen Membraneigenschaften.

Schwierigkeiten der beschriebenen Art waren wegen der spezifischen Eigenschaften der bekannten Textilien nahezu niemals zu vermeiden. Schwierig durchzuführende Kontrollmaßnahmen sowie ein außerordentlich hochliegender Ausschußprozentsatz mußten deshalb in Kauf genommen werden und haben zu einer außerordentlichen Verteuerung dieser Membranen geführt.

Aus DE-PS 11 42 924 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Separatorenmaterials für Akkumulatoren bekannt, bei dem synthetische Fasern auf nassem Wege zu einem Vlies vereinigt und anschließend durch Behandlung mit einer Salzlösung aktiviert wurden. Mit einer solchen Vorgehensweise läßt sich jedoch keine Trägerschicht für eine semipermeable Membran produzieren, weil das erhaltene Material neben einer unzweckmäßigen inneren Struktur eine unzureichende Oberflächenglätte aufwies. Als Folge des komplizierten Verfestigungsverfahrens war es außerdem nicht möglich, die mechanischen Eigenschaften den bestehenden Forderungen anzupassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine physiologisch unbedenkliche und in chemischer, physikalischer und thermischer Hinsicht weitgehend widerstandsfähige Trägerschicht für eine semipermeable Membran zu entwickeln, die bei einer hohen Porosität auch im Mikrobereich Unregelmäßigkeiten vermeidet und die bei einem relativ einfachen Herstellvorgang die Ausbildung einer semipermeablen Membran mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit aus der abschließend aufgebrachten Lösung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Trägerschicht für semipermeable Membranen, bestehend aus einem porösen, durch Eigenbindung gebundenen Faservliesstoff, dadurch gelöst, daß der Vliesstoff ein NäBvliesstoff ist, dessen Fasern im Bereich der Oberfläche progressiv verdichtet sind, wobei die Oberfläche stark mit thermoplastischen Bindefasern durchsetzt ist.

Die mit der Erfindung erzielte Trägerschichtoberfläche ist wesentlich glatter als die Oberfläche einer Trägerschicht aus trockengelegtem Vlies. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften läßt sich eine weitgehend isotrope hohe Festigkeit erreichen, was für die rreisten Anwendungsfälle von großer Bedeutung ist.

Aus der Gleichmäßigkeit und Glätte des erfindungsgemäßen Trägers ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung des notwendigen Kontrollvorganges und damit eine Verminderung der Fertigungskosten in überraschendem Maße.

Nach einer besonderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Trägerschicht aus Bindefasern mit einem Titer zwischen 4 und 30 dtex, vorzugsweise von 6,8 dtex und aus Nicht-Bindefasern mit einem Titer von 1 bis 7 dtex, vorzugsweise einem Titer von 1,3 bis 3 dtex besteht. Dabei sind beispielsweise 10 bis 100 Gewichtsprozent Bindefasern und 90 bis 0% Nicht-Bindefasern enthalten. Als Bindefasern sind besonders gut geeignet unverstrcckte Polyesterfasern und/oder Polypropylenfasern. Die speziellen Gebrauchseigenschaften lassen sich in ganz besonderer Weise durch die speziellen Eigenschaften der zusätzlich verwendeten Nicht-Bindefasern modifizierea Als besonders geeignet haben sich diesbezüglich verstreckte Polyesterfasern und/oder Polyamidimidfasern und/oder Fasern aus aromatischen Polyamiden bewährt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Trägerschicht erfolgt auf nassem Wege, beispielsweise in einer Schichtstärke von 150 χ 10⁶m. Der bei diesem Fertigungsvorgang ablaufende Sedimentationsvorgang führt zu einem unsymmetrischen Aufbau des gebildeten Vlieses, wobei insbesondere im Bereich der Kontaktfläche zu der später gebildeten Membran eine außerordentlich feinstrukturierte und ebene Oberfläche entsteht, die stark mit thermoplastischen Bindefasern bzw. mit dem thermoplastischen Bindemittel durchsetzt ist.

Die Gleichmäßigkeit der Gewichtsverteilung und Dickenverteilung über die Produktionrhreite ist aufgrund der Produktionsmethode nach dem Naßvlies-Verfahren wesentlich besser als die eines nach oben beschriebenen Verfahren hergestellten Vlieses. Nach diesem Verfahren können Gewichts- und Dickenschwankungen über die Produktionsbreite von ±1% erreicht werden. Vliesbild, d. h. Einzelfaseraufiösung und Einzelfaserverteilung sind nach dieser Methode wesentlich besser als bei einem trockengelegten Vlies.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Trägerschicht besteht insbesondere darin, daß diese hinsichtlich ihrer spezifischen Eigenschaften außerordentlich variabel ausgebildet werden kann.
Aufgrund der mit dem erfindungsgemäßen Vliesstoff zu erzielenden äußerst gleichmäßigen Membrandicke kann eine Membran mit sehr gleichmäßigen Eigenschaften über die Produktionsbreite hergestellt werden, mit der Folge der Ausnutzung der vollen Produktionsbreite. Dies erlaubt eine wesentlich wirtschaftlichere Herstellung qualitativ hochwertiger semipermeabler Membranen.

Beispiel

Eine Abmischung aus 50% unverstreckten Polyesterfasern mit einem Titer von 6,8 dtex bei einer Länge von 12 mm mit 50% verstreckten Polyesterfasern mit einem Titer von 1,3 dtex bei einer Länge von 6 mm wird in Wasser suspendiert Der Feststoffgehalt beträgt 0,2%. Die Suspension wird anschließend einer Schrägsiebmaschine zugeführt, und in dem Stoffauflauf nochmals verdünnt auf einen Feststoffgehalt van 0,08%. Das Wasser wird anschließend unter Anwendung von Vakuum durch das Schrägsieb nach unten abgezogen, und die Geschwindigkeit des Schrägs;iebrjs wird so eingestellt, daß darauf ein Vlies mit einem Flächengewicht von 174 g/m² mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 85% zur Ablage kommt Das überschüssige Wasser wird in einem Saugtrommeltrockner mit Hilfe durchströmender Warmluft mit einer Temperatur von 140⁰C bis auf einen Restwert von 10% entfernt Unmittelbar danach wird das Vlies einer Behandlung mit einem Kalander aus einer Stahl- und einer Baumwollwalze mit einem Durchmesser von jeweils 350 mm unterworfen, wobei die mit den Bindefasern angereicherte Oberfläehe an der Stahlwalze zur Anlage kommt Die Temperatur der Stahlwalze betrug 215^CC, die der Baumwollwalze 155° C. Es wurde ein Liniendruck von 130 kg/cm und eine Geschwindigkeit von 3,5 m/min eingestellt. Die Oberfläche des erhaltenen Vliesstoffes

■to war hochgradig eben und vollkommen frei von abstehenden Faserenden und Schlaufen.

Claims

1 Patentansprüche:

1. Trägerschicht für semipermeable Membranen, bestehend aus einem porösen, durch Eigenbindung gebundenen Faservliesstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff ein Naßvliesstoff ist, dessen Fasern im Bereich der Oberfläche progressiv verdichtet sind, wobei die Oberfläche stark mit thermoplastischen Bindefasern durchsetzt ist.

2. Trägerschicht nach Anspruch 1, dadurch to gekennzeichnet, daß sie aus Bindefasern mit einem Titer zwischen 4 und 30dtex, vorzugsweise von 6,8 dtex, und aus Nicht-Bindefasern mit einem Titer von 1 bis 7 dtex, vorzugsweise einem Titer von 13 bis 3,3 dtex, besteht.

3. Trägerschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindefasern unverstreckte Polyesterfasern und/oder Polypropylenfasern enthält

4. Trägerschicht nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Nicht-Bindefasern verstreckte Polyesterfasern und/oder Polyamidimidfasern und/oder Fasern aus aromatischen Polyamiden enthält.

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