DE3016713C2 - Poröses offenzelliges füllstoffhaltiges reaktionsfähiges Material - Google Patents
Poröses offenzelliges füllstoffhaltiges reaktionsfähiges MaterialInfo
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Description
2. Aus einer polymeren Grundlage und einem reaktionsfähigen
Füllstoff bestehendes poröses, offenzelliges Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt an reaktionsfähigen Fasern 50 bis 70%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials,
beträgt
3. Verfahren zur Herstellung einer aus einer polymeren Grundlage und einem reaktionsfähigen Füllstoff
bestehenden porösen, offenzelligen Materials nach Anspruch 1, durch Vermischen einer Lösung
von Polyvinylalkohol, Formalin, grenzflächenaktivem Stoff und saurem Härtungskatalysator mit den
zerkleinerten Fasern, Verschäumen der Reaktionsmisse
und Halten derselben bei 20 bis 1000C 1 bis
50 Stunden, dadurch gekennzeichnet, daß man der Reaktionsmasse beim Vermischen und Verschäumen
zusätzlich 0,2 bis 30 Masseprozent, bezogen auf den Gehalt an Polymer, mehrwertige Phenole, die zu
Oxydations-Reduktions-Umwandlungen fähig sind, oder oligomere Produkte der Kondensation der genannten
Phenole mit Aldehyden zugibt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf aus einer polymeren Grundlage und einem reaktionsfähigen Füllstoff
bestehendes poröses, offenzelliges Material.
Solche Materialien finden immer breitere Verwendung zur Aufbereitung von Speisewasser für Energieanlagen
hoher und extrem hoher Parameter, Herstellung von sauerstofffreiem Wasser hoher Reinheit, welches in
der modernen elektronischen Industrie sowie bei der Erzeugung einiger Polymere verwendet wird, zur Überführung
einiger Verbindungen niedriger Wertigkeitsstufe in die höhere, Abtrennung von Chrom aus bei
verschiedenen Produktionsverfahren anfallenden Abflußlösungen, Hochreinigung von Stickstoff von Sauerstoffmikrobeimengungen,
zur Reinigung von Kohlenwasserstoffen von Schwefelwasserstoffbeimengungen
und Reinigung von Flüssigkeiten vom Wasserstoffperoxid.
Eine besondere Gruppe von reaktionsfähigen Polymeren, die Oxydations-Reduktions-Eigenschaften aufweisen,
bilden Elektronenaustauscher oder Redox-Polymere. Das sind Polymere, deren Makromoleküle zu reversiblen
Oxydations-Reduktions-Umwandlungen fähig
Die Redox-Polymere können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden, und zwar durch Polymerisation,
Polykondensation, Pfropfung polymerer Ketten, nach der Methode der polymeranalogen Umwandlungen
und durch Sättigung von Ionenaustauschern mit chemisch aktiven Stoffen, die Oxydations-Reduktions-Eigenschaften
aufweisen.
Die Redox-Polymere unterteilt man in lösliche und unlösliche. Die unlöslichen (vernetzten) Redox-Polymere
weisen den Vorteil auf, daß sie als Reagenzien in eine chemische Reaktion eingesetzt und dann abfiltriert werden
können. Sie können in eine Kolonne eingebracht und für Differential-Gegenstromreaktionen verwendet
werden. Dabei erhält man ein hinreichend reines Endprodukt,
das keiner zusätzlichen Reinigung bedarf.
Die unlöslichen Redox-Polymere werden im wesentlichen
in Gestalt von Teilchen unregelmäßiger Form hergestellt Als besonders günstig gilt die sphärische Form
der Teilchen, weil in diesem Falle der geringste Strömungswiderstand
in den Kolonnen gewährleistet wird.
Die Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions-Reaktionen in den Redoy-Polyineren wird durch die Diffusion
der reagierenden Stoffe in die Tiefe der Granalien limitiert In den unlöslichen Redox-Polymeren werden
die Oxydations-Reduktionsprozesse mit zunehmendem Vernetzungsgrad des Polymers verlangsamt Bei verhältnismäßig
großen Abmessungen und relativ geringer spezifischer Oberfläche quellen die Granalien der Redox-Polymere
infolge vorhandener dreidimensionaler Vernetzungen wenig, wodurch die Geschwindigkeit der
Diffusionsprozesse und folglich auch die Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions-Reaktionen verlangsamt
wird.
Die Zugabe spezieller Zusätze bei der Synthese von Oxydations-Reduktions-Polymerisaten, die mit den
Ausgangsmonomeren verträglich sind, macht es möglich, Redox-Polymere makroporöser Struktur zu erhalten.
Die makroporösen Redox-Polymere sind durch höhere kinetische Kennwerte gekennzeichnet, jedoch ist
ihre Oxydations-Reduktions-Kapazität um ein Mehrfaches niedriger.
Ein weiterer Nachteil der synthetischen Redox-Polymere ist die niedrige osmotische Stabilität und geringe
mechanische Festigkeit
Die Verluste an Redox-Polymeren infolge der Spaltung der Körner nach den bei der Zerkleinerung des
Harzes und beim Schwinden während der Wärmebehandlung entstandenen Rissen erreichen in einigen Fällen
15 bis 17%.
Zur Verhinderung einer Spaltung der Teilchen ist es notwendig, daß die Struktur des Elektronenaustauschers
eine höhere Elastizität aufweist. Von allen diesen Nachteilen sind dip Oxydations-Reduktions-Fasem frei.
In der Tat bewirkt die bedeutend stärker entwickelte Oberfläche der Fasern, die in der Oberflächenschicht an
aktiven funktioneilen Gruppen maximal angereichert ist, die schnelle Benetzbarkeit und die hohe Kapillarität
verleiht den Fasermaterialien eine höhere Geschwindigkeit der ablaufenden Prozesse im Vergleich zu den
granulierten Materialien. Außerdem beträgt die wirksame Korngröße der granulierten Redoxite 0,40 bis
0,60 mm, während der Querschnitt der meisten reaktionsfähigen Fasermaterialien 20- bis 30mal kleiner ist
und 0,02 bis 0,03 mm beträgt. Folglich ist der Diffusionsweg der reagierenden Stoffe in den Fasermaterialien
ebenfalls ungefähr 20- bis 30mal kürzer. Dieser Umstand ist die Hauptursache für die höhere Kinetik der
reaktionsfähigen Fasern im Vergleich zu den granulier-
ten Materialien. Wesentlich ist es auch, daß die meisten
modifizierten Fasern mit reaktionsfähigen Gruppen eine hohe Porosität besitzen, die häufig 100 bis 200 m2/g
erreicht
Jedoch haften den Oxydations-Reduktions-Fasern (Redox-Fasern) wie auch den nichtgewebten Materialien
auf ihrer Grundlage bestimmte Nachteile an. Eingebracht in die Kolonne, ballen sie sich nämlich verhältnismäßig
schnell zusammen, wodurch sie den hydrodynamischen Widerstand der Filterschicht stark erhöhen.
Zum Vermeiden dieses Nachteils ist es notwendig, daß die Filterschicht die Elastizität der elastischen geschlossenzelligen
Schaumkunststoffe aufweist
Es ist gegenwärtig ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumkunststoffen, die Ionengruppen enthalten,
bekannt (US-PS 39 88 268). Amphotere Schaumkunststoffe erhält man aus Reagenzien, welche Kationen-
und Anionengruppen enthalten. So ist auch die Herstellung von Polyurethanschaumkunststoff durch
Umsetzung der Isocyanate, beispielsweise des 1-Methyl-2,4-diisocyanai§,
mit organischen Verbindungen, beispielsweise Rizinpolyglycolester bekannt Das Gemisch
erhitzt man auf 1700C, hält im Verlaufe von drei
Stunden, wonach es auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
Ein Nachteil der so erhaltenen Stoffe ist es, daß sie
einen unbedeutenden Gehalt an ioncgenen Gruppen aufweisen und aus diesem Grunde für die Verwendung
in der Chemosorption und der Oxydation-Reduktion nicht geeignet sind. Sie sind nur für die Züchtung von
Pflanzen bestimmt
Es sind auch Ionenaustauschschaumkunststoffe bekannt
(US-PS 38 67 319 und 39 47 38T), die man durch
Verschäumen eines Polymers enthält, das in Gegenwart einer flüchtigen polaren Verbindung er alten wird, die
ein Weichmacher für die ionogenen Gruppen ist Das Polymer enthält 0,4 bis 10 Molprozent aufgepfropfte
Säuregruppen, insbesondere Sulfogruppen. Das so erhaltene Material weist eine niedrige Austauschkapazität
(die Menge der ionogenen Gruppen, insbesondere der Sulfogruppen, beträgt 0,2 bis 20 Molprozent) und niedrige
mechanische Festigkeit auf. Außerdem ist es hart und spröde.
In der US-PS 30 94 494 werden Ionenaustauscherzellenmaterialien beschrieben, die aus geschäumtem Polyurethan,
das die Rolle der polymeren Grundlage erfüllt, und einem Füllstoff, einem Ionenaustauscherkunstharz,
in einer Menge von 0,5 bis 160 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile polymere Grundlage bestehen. Für
die Herstellung solcher Materialien gibt man zu 100 Gewichtsteilen des Oligomers von Polypropylenglykol (erhalten
beim Erhitzen von 2 Teilen eines Gemisches aus 100 g Polypropylenglycol mit einer Molekularmasse
von 2000 und 35 Teilen Toluoldiisocyanat (isomeres Gemisch 80/20)) 67 Teile feingemahlenes lonenaustauscherharz
auf Basis von Sulfosäure (sulfiertes Styrol und Divinylbenzol in der Natriumform) hinzu, verrührt bis
zur Erzielung einer homogenen Zusammensetzung, setzt dann ein Gemisch von 2,4 Teilen Wasser, 1 Teil
Methylmorpholin, 1 Teil Tritähylamin, 0,6 Teilen Dimethylpolysiloxan (Silikonöl) zu und verrührt bis zum Verschäumen.
Die so erhaltenen Materialien sind biegsam, elastisch und für Gase und Flüssigkeiten durchlässig.
Jedoch kommt es unter der Wirkung von Arbeitslösungen zur Auswaschung des feingemahlenen lonenaustauscherharzes
aus dem Material, was sich wesentlich auf die Austauschkapazität beim Betrieb auswirkt und
zur einer Senkung der Lebensdauer solcher Materialien führt Außerdem weist es verhältnismäßig niedrige kinetische
Kennwerte auf.
Infolge dieser Besonderheiten erscheint die Verwendung der lonenaustauscher-Zellenmaterialien und von
mit Harz gefüllten Schaumstoffen für die Lösung solcher Probleme wie den Schutz der Umwelt vor Verunreinigung
unwirksam.
Aufgrund niedriger Werte der Austauschkapazität der Hydrophobie und der niedrigen Geschwindigkeit
ίο der Austausch- und der Oxydations-Reduktions-Prozesse
kann ihre Verwendung nicht die Reinigung von Abwässern von Schadstoffen bis zu höchstzulässigen Konzentrationen
gewährleisten. Außerdem ist die Möglichkeit die Eigenschaften der Materialien zum Zwecke einer
Erweiterung ihrer Anwendungsgebiete zu variieren, erschwert oder gar ausgeschlossen.
Das in der DE-AS 11 21 326 beschriebene Verfahren
zur Herstellung von geschäumten Ionenaustauschermaterialien auf Grundlage von feinzerteilten Anion- oder
Kationaustauscherharzen durch ihre Verankerung in einem geschäumten und gehärteten Bindemittel, das bei
der Reaktion von Polyethern mit Polyisocyanaten entsteht ist zur Herstellung von Materialien mit einer höheren
Kinetik bestimmt
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein reaktionsfähiges Material zu entwickeln, welches hohe Geschwindigkeiten
der Ox^dations-Reduktioni-Prozesse, hohe osmotische Stabilität mechanische Festigkeit und
hohe elastische Eigenschaften aufweist
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Materialien zu entwickein, die stabile Form und stabile
Masse bei längerem Betrieb behalten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es auch, Materialien zu entwickeln, die vielfältige Einsatzmöglichkeiten
haben und für den Elektronenaustausch in stark verdünnten Lösungen geeignet sind.
Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundcgelegt, durch Zugabe zu einer polymeren Grundlage
eines reaktionsfähigen faserförmigen Füllstoffes ein reaktionsfähiges Material zu entwickeln, welches
hohe Geschwindigkeiten der Oxydations-Reduktions-Prozesse, hohe osmotische Stabilität mechanische Festigkeit
und biegsamelastische Eigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird wie aus den vorstehenden An-Sprüchen
ersichtlich, gelöst.
Beträgt der Gehalt an reaktionsfähigen Fasern 50 bis 70%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials, so
besitzt das Material eine hohe Oxydations-Reduktions-Kapazität, eine hohe mechanische Festigkeit, osmotisehe
Stabilität und biegsamelastische Eigenschaften.
Es ist eine gesetzmäßige Tatsache, daß durch Verringerung der Teilchengröße sowohl die Geschwindigkeit
der Ionenaustauscher- als auch die der Oxydations-Reduktions-Vorgänge erhöht wird. Als aktiver Füllstoff
von porösen, reaktionsfähigen Materialien werden jedoch vorzugsweise Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet,
da dann die Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions-Vorgänge
um ein Vielfaches höher als in Materialien mit feinzerteilten Redoxharzen ist. Dies
bo wird durch eine Reihe von Gründen hervorgerufen, deren
wichtigster der im folgenden genannte ist. Der Durchmesser der Oxydations-Reduktions-Fasern beträgt
0,02 bis 0,03 mm. Der Durchmesser der lonenaustauscherharzteilchen gemäß der DE-AS 1121326
(Spalte 6, Zeile 33 ff.) beträgt jedoch vorzugsweise 0,04 bis 0,1 mm, d. h. etwa zwei- bis fünfmal soviel. Darüber
hinaus sind die erfindungsgemäßen Oxydations-Reduktions-Gruppen vorteilhaft an der Oberfläche der Fasern
konzentriert, im feinzerteilten Harz jedoch gleichmäßig
in der ganzen Teilchenmenge verteilt Von daher ist der effektive Diffusionsweg der Reagenzien (Oxydationsoder Reduktionsmittel) zu aktiven Fasergruppen um ein
Vielfaches geringer als zu aktiven feinzerteilten Harzgruppen, worin auch die Hauptursache der höheren Geschwindigkeit
der Oxydations-Reduktions-Vorgänge unter Mitwirkung der Redox-Fasern zu sehen ist. Eine
höhere Geschwindigkeit dieser Vorgänge, zu denen auch die schnelle Benetzbarkeit und die hohe Kapillarität
der Fasermaterialien in Kombination mit einer durch Größen von 100 bis 200 m2/g erreichten hohen Porosität
der Fasern selbst beitragen, gewährleisten eine hohe Arbeitseffektivität der Materialien auf dieser Grundlage,
selbst unter solchen Bedingungen, wo die Konzentration des Reaktionstoffs in der Arbeitslösung äußerst
gering und die Verwendung von Materialien auf Grundlage von Kunstharzen wirtschaftlich nicht zu vertreten
ist
Zusammen mit einer höheren Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions-Vorgänge weisen die erfindungsgemäßen
Materialien auf Grundlage von Redox-Fasern eine im Vergleich zu Kunstharzstoffin höhere
chemische Festigkeit auf und verschmutzen die Arbeitslösungen nicht als Verunreinigungen. Dies ist eine Folge
der im Vergleich zu Kunstharzteilchen wesentlich höheren osmotischen Stabilität der Redox-Fasern. Beim
Quellen im Wasser und bei heftigem Austausch der Ionenstärke der Lösung entstehen innerhalb der Teilchen
des mit aktiven Gruppen verbundenen Kunstharzes gewaltige Spannungen (ein sog. osmotischer Schock), die
zur Bildung weiterer Risse in den Teilchen führen. Die dabei entstehenden feinen Splitter werden ständig aus
der Filterpatrone herausgespült und verschmutzen somit das Filtrat. Um diese Splitter abzusondern, bedarf es
zusätzlicher Spezialfilter, die die Leistung der Anlagen herabsetzen. Der Verlust an reaktionsfähigen Harzen
bei vielen Fertigungsprozessen allein durch osmotische Zerstörung beträgt bis zu 15 bis 17%. Die osmotische
Stabilität von industriell gefertigten Ionenaustauscherkunstharzen
beträgt 50 bis 90%, die der Redox-Fasern jedoch annähernd 100%. Letzteres rührt daher, daß die
Redox-Fasern eine elastischere Struktur, eine hohe Orientierung der Makromoleküle und der übermolekularen
Strukturen entlang der Faserachse und einen verminderten Quellungsgrad aufweisen. Poröse, mit Redox-Fasern
angefüllte Materialien weisen außerdem eine höhere mechanische Festkeit auf und setzen dem
Flüssigkeitsstrom bei höherem Druck weniger Widerstand entgegen. Dies ist eine Folge einerseits der physikalisch-chemischen
ReaKtion des Kraftfeldes der Redox-Fasern mit dem Bindemittel, was dessen Konzentration
vor allem an den Berührungsstellen der Fasern untereinander hervorruft, und andererseits der Strukturierung
des Bindemittels.
Mit Hilfe poröser, mit Redox-Fasern gefüllter Materialien können Arbeitslösungen von Oxydationsmitteln
(oder Reduktionsmitteln) bis zu 50mVm'g ohne wesentliche
Erhöhung des hydraulischen Widerstands gefiltert werden.
Entscheidenden Einfluß auf das Fassungsvermögen des Materials hat der Masseanteil des darin befindlichen
Füllstoffes. Wie aus der DE-AS 11 21 326 (Spalte 1) hervorgeht,
beträgt der Anteil des Ionenaustauscherharzes pro lOOGßwichtsteile Bindemittel höchstens 160, vorzugsweise
jedoch 20 bis 60 Gewichtsteile, wohingegen bei Verwendung zerkleinerter Redox-Fasern bis zu
400 Gewichtsteile in Fr&ge kommen. Durch die genannten Werte, & h. durch die hohe Reaktionsgeschwindigkeit,
die osmotische Stabilität und den höheren Anteil an aktivem Füllstoff weist das poröse Material auf dir
Grundlage von faserigen Oxydations-Reduktions-Stoifen wesentliche Vorteile gegenüber analogen Materialien
auf der Grundlage von zerkleinerten Kunstharzen auf.
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man Polyvinylalkoholfasern mit kovalent gebundenen mehrwertigen
Phenolen, insbesondere mit Pyrokatechin, Pyrogallol und Hydrochinon in Form von aufgepfropften
Ketten von Polymethylenpyrokatechin, Polymethyienpyrogallol und Polymethylenhydrochinon. Außerdem
verwendet man Poylvinylakoholfasem mit den in ihre Struktur eingebauten oligomeren Produkten der Polykondensation
mehrwertiger Phenole mit Formaldehyd, insbesondere Pyrokatechinformaldehyd-, Pyrogallolformaldehyd-,
Hydrochinonformaldehydfasern. Die Polyvinylalkoholfasern
sind durch hohe Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions-Prozesse gekennzeichnet Die
Kapazität der Redox-Polymerisate ?*■'? Basis dieser Fasern
erreicht 5 bis 6 rnVal/g.
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Polyvinylaikoholfasern mit kovalent gebundenem
Naphthochinon, Anthrachinon und AminophenoL
Man verwendet Polyvinylalkoholfaseni mit Phenothiazinfarbstoffen,
die an die Fasern kovalent gebunden und zu Oxydations-Reduktions-Umwandlungen fähig
sind.
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Polyvinylalkoholfasern mit Sulfhydrylgruppen.
Man verwendet metallhaltige Fasern auf Basis von modifiziertem Polyvinylalkohol, insbesondere kupfer-,
eisen-, wisrnuthaltige Fasern. Die Metallionen beteiligen sich beim Übergang aus der höheren Wertigkeitsstufe
in die niedrigere an den Oxydations-Reduktions-Prozessen. Die Kapazität solcher Fasern erreicht 4 bis 5 mVal/
g. Sie zeigen eine hohe Leistungsfähigkeit bei der Abtrennung von Sauerstoff aus Wasser.
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Hydratcellulosefasern und Acetatcellulosefasern
mn. kovalent gebundenen mehrwertigen Phenolen (Pyrokatechin,
Pyrogallol, Hydrochinon), Naphtho- und Anthrachinonen, Aminophenolen und oligomeren Produkten
ihrer Kondensation mit Aldehyd. Verwendet werden auch Hydratcellulosefasern mit Phenoihiazinfarbstoffen
und Hydratcellulosefasern mit Sulfhydrylgruppen.
Man verwendet auch metallhaltige (kupfer-, wismut-, zinn-, eisenhaltige) Fasern auf Basis von lonenaustauscherhydratcellulosefasern
und Ionenaustauscheracetatcellulosefasem.
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Polyacrylnitrilfasern mit kovalent gebundenem
Pyrokatechin, Pyrogallol, Hydrochinon oder mit oligomeren Produkten ihrer Kondensation mit Aldehyd.
Von den metallhaltigen Polyacrylfaöern verwendet man kupfer-, eisen-, wismut-, zinnhaltige Fasern.
Als mehrwertige Phenole verwendet man Hydrochinon, Pyrokatechiii, Pyrogallol oder deren Gemisch mit Resorcin und als oligomere Produkte der Kondensation der genannten Phenole mit Aldehyden Novolakharze auf Basis von Hydrochinon oder des Pyrokatechins mit Formaldehyd.
Als mehrwertige Phenole verwendet man Hydrochinon, Pyrokatechiii, Pyrogallol oder deren Gemisch mit Resorcin und als oligomere Produkte der Kondensation der genannten Phenole mit Aldehyden Novolakharze auf Basis von Hydrochinon oder des Pyrokatechins mit Formaldehyd.
Dabei beobachtet man bei der Härtung in einem thermostatierten
Gefäß das Ablaufen mehrerer untereinander konkurrierender Reaktionen, wie Substitution der
freien Hydroxylgruppen des Polyvinylalkohole durch
Formaldehyd nach der Acetalysierungsreaktion, Umsetzung des Formaldehyds mit Polyphenolen oder mit deren oligomeren Produkten unter Bildung von Mono-,
Di- und Polymethylolderivaten der Polyphenole und deren Reaktion mit freien Hydroxylgruppen der Glieder
des Polyvinylalkohol, Wachstum der aufgepfropften Kette der Oligomethylenpolyphenole und weitere Kondensation der Oligomere der Methylenpolyphenole unter Bildung unlöslicher Produkte. Somit kommt es zu
einer kovalenten Bindung der Redox-Gruppen an die polyraere Grundlage.
Die Zugabe von Resorcin zu den Hydrochinon- und Pyrokatechin-Redox-Polymerisaten in einer Menge von
0,07 bis 0,09%, bezogen auf die Menge des Grundpolyphenols, erhöht bedeutend die chemische Beständigkeit
der Redox-Polymerisate.
Die porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien werden bei bedeutenden mechanischen Einwirkungen und starken Veränderungen der lonenstärke
der Lösungen praktisch nicht zerstört.
Die porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien sind durch Biegsamkeit, Elastzität, Unzerstörbarkeit bei Verformungen, Schlägen und Stößen gekennzeichnet Die Materialien sind hydrophil und weisen ein
gut entwickeltes Netz von kommunizierenden Kapillaren und Poren auf. In trockenem Zustand verschwindet
die mikroporöse Kondensationsstruktur des Materials, indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt Es bleibt nur die beim Verschäumen und durch
die Zugabe des faserigen Fallstoffes erzeugte Porosität erhalten. In trockenem Zustand ist das Material hart,
läßt sich mechanisch bearbeiten (sägen, drehen, schneiden) zum Erteilen der notwendigen Abmessungen und
der Form. Das Vorliegen eines Systems verhältnismäßig grober offener Poren und von kommunizierenden Kapillaren erleichtert bedeutend das Durchtränken der
Materialien mit Gebrauchslösungen. Die dünnen Porenwände werden schneii befeuchtet und quellen, wobei
sich die Kryptokondensationsstruktur wieder entfaltet und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand
vor der Trocknung einnahm. In gequollenem Zustand weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf, ist zu
sehr großen umkehrbaren Verformungen fähig. Da das Wassser ein Weichmachungsmittel für das Schaumpolyvinylformat ist, führt selbst ein längerer Betrieb des porösen reaktionsfähigen Materials zu keinem Verlust an
Elastizität
In den porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien ist die Zellengröße viel geringer als die Faserlänge, weshalb die letzteren in der Masse der polymeren
Grundlage fest befestigt sind Im Betrieb werden solche porösen, füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien
infolge ihrer hohen osmotischen Stabilität und mechanischen Festigkeit durch hohe Stabilität der Masse gekennzeichnet
Die porösen reaktionsfähigen Materialien können auf bestehenden Ausrüstungen für die Herstellung von
Schaumpolyvinylformal und Schaumpolyurethan erhalten werden.
Die Oxydations-Reduktions-Prozesse unter Beteiligung dieser Materialien kann man nach bestehender
Technologie in Kolonnen, Filterpressen und in anderen Apparaten durchführen, ohne wesentliche konstruktive
Änderungen an der apparativen Gestaltung dieser Prozesse vornehmen zu müssen.
Für die Herstellung eines porösen offenzeüigen füilstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials auf Basis von
Schaumpolyvinylformal verschäumt man eine wässenge
Lösung von Polyvinylakohol (man verwendet Polyvinylalkohol mit einer Molekulargewicht von 30 000 bis
150000) in Gegenwart eines grenzflächenaktiven Stoffes mit Hilfe eines mechanischen Rührers. Beiivi Verschäumen gibt man Formaldehyd in Form einer
37%igen wässerigen Lösung und eine wässerige Lösung von Natriumchlorid zu. Man führt das Verschäumen bis
zur Erzielung eines Verschäumungsgrades von 3 bis 10 durch, wobei man Rührer verwenden kann, die in einem
ίο Geschwindigkeitsintervall von 500 bis 10 000 U/min betrieben werden. Als Schaumbildner können ionogene
und nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe, wie Alkylsulfate, Alkylsulfonate, Alkylarysulfonate, Amine verschiedenen Substitutionsgrades, Polyoxyäthylenester
der Fettsäuren und andere grenzflächenaktive Verbindungen, verwendet werden.
Als Katalysatoren der Reaktion der Kondensationsstrukturbildung des Schaumpolyvinylformals verwendet man Mineralsäure, wie Salz-, Phosphor-, Salpeter-,
Schwefelsäure und andere. Den Katalysator gibt man zweckmäßigerweise einige Minuten oder eine Minute
vor der Beendigung des Verschäumen zu.
Man gibt den faserigen Füllstoff der Reaktionsmasse in einem Schneckenmischer oder in demselben Behälter,
in dem die Verschäumung durchgeführt wurde, bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten des Rührers (100 bis
300 U/min) zu. Die Fasern können eine Länge von 1... 2 mm bis 50... 60 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm aufweisen.
Die Strukturierung (Acetalysierung) des Polyvinylalkohol kann bei einer Temperatur von 20 bis 100° C
durchgeführt werden, wobei sich entsprechend die Acetalysierungsdauer von 1 bis 50 Stunden verändert Die
Viskosität des Systems steigt allmählich, wodurch die
Schaumstabilität zusätzlich erhöht wird. Während des
Haltens scheiden sich aus der Lösung kleinste Teilchen der neuen Phase aus, was zur Bildung der Kondensaiiönssifuktur und zuni gleichzeitigen Erhärten des
Schaums führt Während der Kondensationsstrukturbil
dung scheiden sich die Teilchen der neuen Phase (des
Polyvinylformals) an der Oberfläche der Fasern ab, verbinden sich miteinander und bilden ein dreidimensionales Netzwerk, in dem auch die Fasern eingeschlossen
sind. Da die Länge der Fasern (um das 1 - oder 2fache bis
um das hundertfache) die Porengröße übersteigt, so sind
sie im allgemeinen gleichzeitig in mehrere Zellen eingebaut, durchziehen die Wände der Zellen oder sind in den
Wänden selber angeordnet Somit kommt es zu einer eigenartigen Bewehrung des Systems, wodurch die Fe
stigkeit des porösen Materials bedeutend zunimmt Da
bei kommt es zu keiner merklichen Senkung der Elastizität und Biegsamkeit der polymeren Grundlage (der
Matrix), da die Fasern selber eine hohe Biegsamkeit aufweisen.
Nach der Abtrennung der flüssigen Phase, die man noch einmal zur Bereitung des Reaktionsgemisches verwendet, wäscht man die erhaltenen Materialien sorgfältig mit enthärtetem Wasser zur Entfernung der überschüssigen Säure, des Salzes und des Formalins und
trocknet danach bei einer Temperatur von 70 bis 90° C
Bei der Herstellung des porösen reaktionsfähigen Materials bringt man den Acetalysierungsgrad des PoIyvinylalkohols auf einen Wert, der die Bildung in den
Wänden der Schaumbläschen der Kondensationsstruk
tür bewirkt Beim Trocknen verschwindet die mikropo
röse Kondensaticnsstrukiur. indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt Es bleibt nur die
gröbere Porosität erhalten, die beim Verschäumen und
durch die Zugabe des faserigen Füllstoffes erhalten wurde. Im trockenen Zustand ist das Material hart und
kann verschiedenartiger mechanischer Bearbeitung zum Erteilen dem Material der notwendigen Maße und
Formen unterworfen werden. Das Vorliegen in dem Material eines entwickelten Systems von offenen Poren
und Kapillaren erleichtert bedeutend das Durchtränken des Materials mit wässerigen Lösungen. Die dünnen
Wäntr. werden schnell befeuchtet und quellen, wobei sich die Kryptokondensationsstruktur wieder entfaltet
und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand vor der Trocknung einnahm. In einem solcnen gequollenen
Zustand, wo das Schaumpolvinylformal ein kompliziertes faserig-poröses System darstellt, das aus feinsten
Sturkturelementen besteht, weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf und ist zu sehr großen umkehrbaren
Verformungen unter der Wirkung von Beanspruchungen fähig. Da das Wasser ein Weichmacher für das
Schaumpolyvinylformal ist, führt selbst ein längerer Betrieb des porösen reakuunsiäiiigeii Materials ZU keinem
Verlust an Elastizität.
Bei der Herstellung poröser reaktionsfähiger Materialien mit Oxydations-Reduktions-Eigenschaften gibt
man der Reaktionsmasse während des Vermischens und beim Verschäumen zusätzlich mehrwertige Phenole, die
zu Oxydations-Reduktions-Umwandlungcn fähig sind, oder oligomere Produkte ihrer Kondensation mit Aldehyden
zu. Man verwendet vorzugsweise Pyrokatechin, Pyrogallol, Hydrochinon oder zuvor synthetisierte
Oligomere von Pyrokatechinformaldehyd, Hydrochinonformaldehyd, Pyrokatechinresorzinformaldehyd
und rlydrochinonresorzinformaldehyd mit einem Molekulargewicht von 600 bis 800. Man bereitet wässerige
Lösungen mit einer Konzentration von 5 bis 15 Masseprozent.
Die Zugabe zu der Reaktionsmasse erfolgt in kleinen Portionen unter intensivem Rühren.
Da das Reaktionsgemisch Formaldehyd und Säure enthält, beobachtet man beim Halten in einem thermostatierten
Gefäß den Ablauf mehrerer untereinander konkurrierenden Reaktionen, wie Substitution der freien
Hydroxylgruppen des Copoiymerisates von Vinylalkohol und Vinylformal durch Formaldehyd nach der
Acetalysierungsreaktion, Umsetzung des Formaldehyds mit Polyphenolen oder mit deren oligomeren Produkten
unter Bildung von Mono-, Di- und Polymethylolderivaten der Polyphenole und deren Reaktion mit freien Hydroxylgruppen
der Glieder des Polyvinylalkohole, Wachstum der aufgepfropften Kette der Oligomethylenpolyphenole
und weitere Kondensation der Oligomere der Methylenpolyphenole unter Bildung unlöslicher
Produkte. Somit kommt es zu einer kovalenten Bindung der Redox-Gruppen an die polymere Grundlage-
Die erhaltenen Materialien werden mit vom Sauerstoff befreitem Wasser gewaschen und bei einer Temperatur
von 60 bis 80° C getrocknet.
Das Verfahren zur Herstellung eines porösen reaktionsfähigen Materials auf Basis von elastischem
Schaumpolyurethan sieht folgende Stufen vor: Vermischen des Polyesters mit den darin dispergierten geschnittenen
Redox-Fasern mit Diisocyanate Verrühren in einem schnellaufenden Mischer, Vermischen mit dem
Katalysator und wenig Wasser und Härten der Schaumkunststoffe.
Für die Herstellung eines porösen offenzelligen füllstoffhakigen reaktionsfähigen Materials auf Basis von
elastischem Schaumpolyurethan vermischt man alle Ausgangskomponenten in einem Mischer (einstufige
Methode) oder man erhält zunächst Polyesterisocyanat aus Polyester und Diisocyanat, in Überschuß genommen,
und vermischt dann dieses mit den anderen Komponenten (zweistufige Methode). Bei der einstufigen
Methode läuft die Reaktion mit großer Geschwindigkeit, bei der zweistufigen bedeutend langsamer ab. In
dem letzteren Fall besteht die Möglichkeit, die Dichte des Materials zu regeln.
Man verwendet Polyester (Kondensationsprodukte
ίο polyfunktioneller Säuren und polyfunktioneller Alkohole),
Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxyden mit bifunktionellen Alkoholen) und stickstoffhaltige
polyfunktionelle Alkohole oder Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxiden mit polyfunktionellen
Aminen, beispielsweise Äthylendiamin, Diäthylentriamin)
und andere.
Als Katalysatoren der Umsetzung des Diisocyanates mit den Hydroxylgruppen der Polyester und Polyäther
oder der mehrwertigen Alkohole, die die Reaktionsge-
2ö schwiüdigkcit und die Dauer des Prozesses kontrollieren,
verwendet man Phenolate, Methyl- und Äthylmorpholine, Pyridin, Dimethylanilin.
Als Emulgatoren dienen Natriumsalze der Sulfosäuren. Es können auch andere grenzflächenaktive Stoffe
verwendet werden. Als Weichmacher verwendet man Dibutylphthalat und Trikresylphosphat.
Die Dichte des geschäumten Gemisches und die Anzahl der Querverbindungen regelt man durch die Veränderung
der Menge des Wassers und des Diisocyanates, die dem Polyester beziehungsweise dem Polyäther zugesetzt
werden. Je mehr Wasser und Diisocyanat zugesetzt werden, desto geringer ist die scheinbare Dichte
und desto größer die Anzahl der Vernetzungen zwischen den Ketten, wobei die letzteren die Härte des
Materialserhöhen.
Das Härten des porösen reaktionsfähigen Materials dauert einige Stunden.
Die Reaktionsfähigkeit der fertigen Materialien untersucht man unter laboratoriumsmäßigen Bedingungen
wie folgt
Zur Bestimmung der Oxydations-Reduktions-Kapazität bringt man eine Einwaage des lufttrockenen Redox-Polymerisates
in einer Menge von 03 bis 0,5 g in einen Stehkolban von 200 bis 250 ml Fassungsvermögen
ein, in dem sich genau 100 ml 0,2 n-Lösung von Eisen(III)-chlorid
in 0,2 η-Salzsäure befinden. Die Temperatur der Lösung wird auf 55° C gehalten. Der Kolben
wird periodisch geschüttelt. Nach 10 Minuten preßt man das Redox-Polymerisat ab und trägt aus dem KoI-ben
heraus, während die Lösung des Oxydationsmittels auf den Gehalt derselben an gebildetem zweiwertigem
Eisen analysiert wird.
Zur Analyse entnimmt man mit einer Pipette für 25 ml eine Probe der Lösung und überträgt sie in einen
Kolben für 100 ml, gibt 20 ml 2 η-Salzsäure und 4 Tropfen
Indikator, Diphenylamin, zu. (Der Indikator wird durch Auflösung von 0,2 g Diphenylamin in 100 ml konzentrierter
Schwefelsäure bereitet) Nach dem Verrühren des Kolbeninhaltes führt man die Titrierung mit
0,1 n-Kaliumhydrogenchromatlösung bis zum Auftreten
dunkelgrüner Farbe durch. Dann gibt man der Lösung 5 ml 2%ige Lösung von Orthophosphorsäure zu, die die
Ionen des Eisens (Oxideisens) zu einem Komplex abbindet und dadurch deren oxydierenden Einfluß auf das
Diphenylamin ausschaltet Dann titriert man so lange, bis die Lösung violettblau wird.
Die Oxydations-Reduktions-Kapazität (ORK) des Redox-Polymerisates wird nach der folgenden Formel
berechnet:
ORK
V-N-A
worin V = Menge der Dichromatlösung, die für das Titrieren
verbraucht wdrde, in ml; N = Normalität der Hydrogenchromatlösung; q = Einwaage des Redox-Polymerisates,
in g.
Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen, der die Geschwindigkeit des Elektronenaustausches
kennzeichnet, ist das Verhältnis der Oxydations-Reduktions-Kapazität
bei zehnminutigem Kontakt zwischen dem Material und der Lösung zur vollständigen Oxydations-Reduktions-Kapazität.
Zur Bestimmung des Prozentsatzes der Senkung der Kapazität der Materialien werden die letzteren mehrmaligen
Oxydations-Reduktions-Zyklen unterworfen.
Die erfindungsgemäßen füllstoffhaltigcn reaktionsfähigen
Materialien übertreffen bedeutend (um das 2- bis 3fache) die bestehenden Redox-Materialien in den kinetischen
Kennwerten, der osmotischen Stabilität und der mechanischen Festigkeit.
Die Materialien weisen biegsamelastische Eigenschaften auf und sind zu sehr großen umkehrbaren Verformungen
fähig.
Die mit Fasern gefüllten porösen reaktionsfähigen Materialien werden zum Unterschied von den bestehenden
Polymerisaten bei bedeutenden mechanischen Einwirkungen und starken Veränderungen der Ionenstärke
der Lösungen praktisch nicht zerstört.
Bei der Herstellung von porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen
Materialien können beliebige Typen reaktionsfähiger Fasern mit Oxydations-Reduktions-Eigenschaften
verwendet werden. Das Material kann für viele Zwecke eingesetzt werden und ist für den Betrieb
in flüssigen und gasförmigen Medien, die eine niedrige Konzentration des gelösten Stoffes aufweisen geeignet
Im Betrieb werden die porösen reaktionsfähigen Materialien
infolge ihrer hohen osmotischen Stabilität und mechanischen Festigkeit durch hohe Stabilität der Masse
gekennzeichnet.
Die Oxydations-Reduktions-Prozesse sowie die Sorptionsprozesse
unter Verwendung dieser Materialien kann man nach der bestehenden Technologie in Kolonnen,
Filterpressen durchführen, ohne wesentliche konstruktive Änderungen an der apparativen Gestaltung
dieser Prozesse vornehmen zu müssen.
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Schaumpolyvinylfonnal und 80% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenpyrogallol-Ketten enthält.
100 ml 10%ige Lösung von Polyvinylalkohol yerschäumt
man in einem offenen Gefäß in Gegenwart von Alkylsulfat als Emulgator mit einem mechanischen Rührer
bei atmosphärischem Druck im Verlaufe von 10 bis 15 Minuten. Dann gießt man unter fortgesetztem Rühren
dem Schaum 10 ml 37%ige Lösung von Formaldehyd hinzu. 1 bis 2 Minuten vor der Beendigung des Verschäumens
gibt man als Katalysator der Reaktion der Kondensationsstnikturbüdung konzentrierte Salzsäure
in einer Menge von 10 ml zu. Dem homogenen S-Aaum
gibt man unter Rühren Oxydations-Reduktions-Fasern, erhalten durch Aufpfropfen von Polymethylenpyrogaliol
an Polyvinylalkoholfasern. in einer Menge von 40 g (80%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials) zu.
Die Schnittlänge der Fasern beträgt 5 bis 8 mm. Die
erhaltene Masse gieiit man in eine Form und hält zum
Härten in einem thermostatierten Gefäß bei einer Temperatur von 70°C 60 Minuten und dann zur Erzielung
eines möglichst vollständigen Ablaufs des Prozesses 24 Stunden bei Zimmertemperatur. Das erhaltene Material
wäscht man nach der Abtrennung der flüssigen Phase von den unumgesetzten Reagenzien und trocknet.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit
einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 4,0 mVal/
g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen (das Verhältnis der statischen Kapazität zur vollständigen
Kapazität) im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 75%.
Die scheinbare Dichte des Materials, die 150 bis 1o0kg/iii! auMiiauiu, bleibt während des Betriebes ur.
verändert.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die Oxydations-Reduktions-Kapazität
um 12% gegenüber der Ausgangskapazität.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 233 g Polyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem Polymethyienpyrokatechin (70%, bezogen auf die
Masse des fertigen Materials) ein.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapaztät von 3,5 mVal/g.
Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 76%.
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazhät um 15% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare
Dichte des Materials, die 140 bis 150 kg/mJ beträgt,
bleibt während des Betriebes unverändert
so Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformai und 70% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenpyrogallol-Ketten enthält Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in
Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 233 g Polyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem
Polymethylenpyrogaliol ein und gibt zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 30%, bezogen auf
die Masse des Polyvinylalkohole, Pyrogallol in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 33 bis
4,2 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen
im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 79%.
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 17Vo gegenüber der Ausgangskapazität Die scheinbare
Dichte des Materials, die 15© kg/m3 beträgt, bleibt während
des Betriebes unverändert
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Schaumpolyvinylformal und 80% Polyvinylalkohol-Dxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenhydrochinon-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
der in Beispiel 1 verwendeten Fasern 40 g Polyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem Polymcthyienhydrochinon
ein und gibt der Reaktionsmasse beim Verschäumen zusätzlich 4,0 g (0,4 Masseprozent) Hydrochinon in
Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Die erhaltene Masse hält man zum Härten 90 Minuten in einem thermostatierten Gefäß bei einer Temperatur
von 6O0C.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit
einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3,2 mVal/
Der KücffiZicfii der Ausnutzung der Rcdcx-Gruppcn
im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 74%.
Nach /ehv, Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 19% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare
Dichte des Materials, die 130 bis 135 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Polyvinylalkohol-Cxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 23,3 g (70 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin ein und
gibt zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 0,5 g (5%, bezogen auf die Masse des Polyvinylalkohol.«;)
Pyrokatechin in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Die erhaltene Masse hält man zum Härten 60 Minuten in einem thermostatierten Gefäß bei einer Temperatur
von/0° C.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3,9 bis
4,0 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 82%.
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 18% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare
Dichte des Materials, die 130 bis 140kg/mJ beträgt,
bleibt während des Betriebes unverändert.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Polyacrylnitril-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 40 g (80 Masseprozent) Polyacrylnitrilfasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin ein und gibt
zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 1 g (10%, bezogen auf die Masse des Polyvinylalkohols) Pyrokatechin
in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Die Härtungstemperatur beträgt 500C, die Härtungsdauer 90 Minuten.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3,5 bis
4,0 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 81%.
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 22% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare
Dichte des Materials, welche 130 bis 140 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Schaumpolyvinylformal und 60% Polyacrylnitril-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenpyrogallol-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 70 g
Fasern 15 g (60 Masseprozent) Polyacrylnitrilfasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrogallol ein und gibt
zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 1.5 g (15%, bezogen auf die Masse des Polyvinylalkohols) Pyrogallol
in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Die Härtung wird bei einer Temperatur von 800C im
Verlaufe von 60 Minuten durchgeführt. Als Katalysator der Reaktion verwendet man statt Salzsäure Orthophosphorsäure
in einer Menge von 2,7% je 100 g absolut trockene Substanzen der Mischung.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 4,1 bis
4,3 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 80%.
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 12% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare
Dichte des Materials, welche 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal uni 70% Hydratce'lulose-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch sfatt 40 g
Fasern 23,3 g (70 Masseprozent) Hydratcellulojofasern
mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin ein und gibt zusätzlich dem Reaktionsgemisch beim Verschäumen
2,0 g (20%, bezogen auf die Masse des Poiyvinylalkoholes) Pyrokatechin in Form einer 10%igen wässerigen
Lösung zu. Die Härtung wird bei einer Temperatur von 500C im Verlaufe von 2 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 43 mVal/
g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 75%. Nach
zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 19% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des
Materials, die 130 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes
unverändert
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Hydratcellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropften Polymethylenhydrochinon-Ketten enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
15 16
mit aufgepfropftem Polymethylenhydrochinon ein und serigen Lösung zu. Die Härtung wird bei einer Tempe
gibt zusätzlich dem Reaktionsgemisch beim Verschäu- ratur von 20"C im Verlaufe von 50 Stunden durchge-
men 2^5 g (25%, bezogen auf die Masse des Polyvinylal- führt
kohols) Hydrochinon in Form einer 10%igen wässeri- 5 Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit
gen Lösung zu. Die Härtung wird bei einer Temperatur einer Oxydations-Reduklions-Kapazitäl von 33 mVal/
von 400C im Verlaufe von 8 Stunden durchgeführt g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen fj
einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 43 mVal/ Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 14% gegenüber |j
g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen io der Ausgangskapazität Die scheinbare Dichte des Ma- fj
im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 81 %. Die scheinba- terials, die 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betrie- W,
re Dichte des Materials, die 120 kg/m3 beträgt, bleibt bes unverändert jq
während des Betriebes unverändert |
Beispiel 13 %
dations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Poly me- techinformaldehydnovolakoligomer, enthält ;
thylenpyrokatechin-Ketten enthält 20 Das Verfahren ist analog zu dem in Beispiel 1 be- '
Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g (70 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, modifziert
Fasern 233 g (70 Masseprozent) AcetatceUulosefasem mit Pyrokatechinformaldehydnovolakoligomer, ein und :;,
mit aufgepfropftem Porymethylenpyrokatechin ein und gibt zusätzlich 0.2 g (2%, bezogen auf die Masse des ^
gibt zusätzlich dem Reaktionsgemisch beim Verschäu- 25 Polyvinylalkohole) Pyrofcatechinformaldehydnovolako- jj
men 3.0 g (30%, bezogen auf die Masse des Polyvinylal- ligomer in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu. /i
kohols) Pyrokatechin in Form einer 10%igen wässeri- Die Härtung wird im Verlaufe 1 Stunde bei einer Tem- -.ξ
gen Lösung zu. Die Härtung wird bei einer Temperatur peratur von 90° C durchgeführt :;,
von 30' C im Verlaufe von 15 Stunden durchgeführt Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit ;;
einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,9 mVal/ g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen
g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 81%. Nach zehn ,
im Verlaufe von tO Minuten beträgt 74%. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 14% gegenüber
Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 21% gegenüber der Ausgangskapazität Die scheinbare Dichte des Ma- i
der Ausgangskapazität Die scheinbare Dichte des Ma- J5 terials, welche 190 kg/m' beträgt, bleibt während des
terials, die 100 kg/m1 beträgt, bleibt während des Betrie- Betriebes unverändert
bes unverändert
Bcispie I 14 Beispiel 11
40 Poröses reaktionsfähiges Material, welches 70%
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyvinylformal und 30% Polyacrylnitril-Oxy-Schaumpolyvinylformal und 50% Polyvinylalkohol- dations-Reduktions-Fasern, modifiziert mit Pyrokatech-Oxydations-Reduktions-Fasern, die Anthrachinon ent- informaldehydoligomer, enthält
halten, enthält. Das Verfahren ist analog zu dem in Beispiel 1 be-
Das Verfahren is; analog zu dem in Beispiel 1 be- 45 schriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 4,4 g
schriabenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 10 g (30 Masseprozent) Polyacrylnitrilfasern, modifziert mit
(50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, die Anthra- Pyrokatechinformaldehydoligomer, ein. Als Katalysator .;
chinon (insbesondere 2-Hydroxyanthr,",chinon) enthal- der Härtungsreaktion verwendet man statt konzentrierten, ein. Die Härtung wird bei einer Temperatur von ter Salzsäure konzentrierte Schwefelsäure in einer
20°C im Verlaufe von 50 Stunden durchgeführt 50 Menge von 13% je 100 g absolut trockene Substanzen
einer Oxydations-Reduktions·Kapazität von 13 bis Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit
l,4mVal/g. Die scheinbare Dichte des Materials, die einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 1,1 mVal/
100 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unver- g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen
ändert. Nach zehn Bctriebszylklcn sinkt die Kapazität 55 im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 84%. Nach zehn
um 18% gegenüber der AiisgamgskapazilaL Betricbs/yklcn sinkt die Kapazität um 12% gegenüber
der Aiisgangskapa/ilät. Die scheinbare Dichte des Ma-
rend des Betriebes unverändert
dations-Reduktions-Fasern, die Tetranaphthohydrochinon enthalten, enthält. Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30%
Das Verfahren ist analog zu dem in Beispiel 1 be- Schaumpolyvinylformal und 70% Hydratcellulose-Oxyschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 233 g 65 dations-Reduktions-Fasern, modifiziert mit Pyrokatech-(70 Masseprozent) Polyvinylalikoholfasern, die Tetra- informaldehydoligomer, enthält
naphthohydrochinon enthalten, ein und gibt zusätzlich Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in
0.4 g (4%, bezogen auf die Masse des Polyvinylalkohole) Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 23,3 g (70 Masseprozent) mit Pyrokatechinformaldehyd
modifizierte Hydratcellulosefasern ein und gibt zusätzlich 0,4 g (4%, bezogen auf die Masse des
Polyvinylalkohole) Pyrokatechinformaldehydoligomer in Form einer 10%igen wässerigen Lösung und 4 Masseprozent
(0,4 g) Resorzin in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit
einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 4,4 mVal/ g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen
im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 72%. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 7,2% gegenüber
der Ausgangskapazität Die scheinbare Dichte des Materials, welches 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des
Betriebes unverändert.
Beispiel 16
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpclyvinylformal und 70% Hydratcellulose-OxydaticRS-Reduktions-Fasem,
modifiziert mit Hydrochinonformaldehydoligomer, enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 233 g (70 Masseprozent) mit Hydrochinonformaldehyd modifizierte Hydratcellulosetasern ein und
gibt zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 0,5 g (5 Masseprozent) Hydrochinonformaldehydoligomer
in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydation-Reduktions-Kapazität von 3,8 mVal/g.
Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 84%. Nach zehn
Beirieoszyklen sinkt die Kapazität um 13,0% gegenüber
der Ausgangskapazität Die scheinbare Dichte des Materials, welches 120 kg/m3 beträgt, bleibt während des
Betriebes unverändert
Beispiel 17
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 60% Schaumpolyvinylformal und 40% Acetatcellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit aufgepfropftem PoIymethylennaphthochinon enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 8 g (40 Masseprozent) Acetatcellulosefasern mit aufgepfropftem Polymethylennaphthochinon ein. Die
Härtung wird bei einer Temperatur von 200C im Verlaufe von 50 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit
einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,4 mVal/ g. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 kg/
m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 18
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyvinylformal und 50% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit Phenthiazinfarbstoff enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel I beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 10 g (50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, die einen Phenthiazinfarbstoff, insbesondere Toluidinblau
enthalten, ein und gibt zusätzlich 3 Masseprozent Pyrokatechin in Form einer 10%igen wässerigen Lö-Das
erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,7 mVal/
g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 69%. Die scheinbare
Dichte des Materials, welche 90 kg/m3 beträgt, bleibt
während des Betriebes unverändert.
to Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Sehaumpolyvinylfonnal und 60% Polyacrylnitril-Oxydaticns-Reduktions-Fasern
mit Phenthiazinfarbstoff enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 15 g (60 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, welche einen Phenthiazinfarbstoff, insbesondere Toluidinblau
enthalten, ein. Die Härtung wird bi ί einer
Temperatur von 1000C im Verlaufe von 30 Minuten durchgeführt
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 13 mVal/
g. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 120 kg/ m3 beträgt bleibt während des Betriebes -unverändert
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Schaumpolyvinylformal und 80% Hydratcellulose-Oxydations-Reduktions-Fasem
mit Phenthiazinfarbstoff enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 40 g (80 Masseprozent) Hydratcellulosefasern, welche einen Phenthiazinfarbstoff, insbesondere Toluidinblau
enthalten, ein und gibt zusätzlich 2 Masseprozent Hydrochinon in Form einer 10%igen wässerigen
Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,9 mVal/
Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 kg/ m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Hydratcellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern
mit Sulfhydrylgruppen enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 233 g (70 Masseprozent) Hydratcellulosefasern, welche Sulfhydrylgruppen enthalten, ein. Die Härtung
wird bei einer Temperatur von 300C im Verlaufe von 20 Stunden durchgeführt
Das erhaltene Material ist ein Sulfhydryl-Redox-Polymerisat
mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität nach der 0,1 n-Silbernitratlösung von 5,1 bis 5,2 mVal/g.
Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 42%. Die scheinbare
Dichte des Materials, welche 120 bis 130 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyurethan und 50% Polyvinylalkohol-Oxyda-
tions-Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin-Ketten enthält
Die Mischung zum Verschäumen besteht aus (Masseteile): Polyestern (insbesondere Polyäthylendipat oder
Polypropylenoxid oder Copolymerisai von Tetrahydrofuran und Propylenoxid) mit den darin dispergieren
Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions- Fasern mit
aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin mit einer Schnittlange von 4 bis 5 mm 6,84 g (34,2 Masseprozent).
Toluylendisocyanat(in Form von zwei Isomeren, 2,4 und
2,6, im Verhältnis 65/35 oder 80/20), £67 g (13,4 Masseprozent) Aktivatorgemisch, welches einen grenzflächenaktiven Stoff enthält, 032 g (1,6 Masseprozent), Dimethylaniün als Katalysator 0,1 g (0,5 Masseprozent),
Wasser 0,07 g (03 Masseprozent), Paraffmöl 0,01 g (0,05 Masseprozent).
Der Polyester wird 1 bis 2 Minuten in einem schnelllaufenden Mischer (65 bis 100 U/s) mit feingeschnittenen Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasem
mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin [10 g (50 masseprozentjj vermischt Dann bringt man die
übrigen Anteile der Mischung ein, vermischt sie und gießt in eine Form, wo es zum Verschäumen kommt
Dann wird das Material gewaschen und getrocknet
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit
einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3,4 mVal/
g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 64%.
Nach zehn Zyklen sinkt die Oxydations-Reduktions-Kapazität um 13% gegenüber der Ausgangskapazität
Die scheinbare Drähte des Materials, welche 200 bis 220 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyurethan und 50% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern mit Sulfhydrylgruppen enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g
(50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern mit Sulfhydrylgruppen ein.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität nach der 0,1 n-Silbernitratlösung von 3,4 bis 3,5 mVal/g. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 240 bis 250 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyurethan und 50% metallhaltige Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g (50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern ein, die Kupfer(II)-ionen enthalten.
Das nach der Reduktion der Kupferionen erhaltene Material weist eine Oxydations-Reduktions-Kapazität
von I^ bis 2,0mVal/g auf. Die scheinbare Diente des
Materials beträgt 250 bis 260 kg/m3.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Schaumpolyurethan und 60% metallhaltige Polyacrylnitril-Oxvdations-Reduktions-Fasern enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g
(50 Masseprozent) Polyacrylnitrilfasern ein, die Eisen(IIl)-ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der Eisenionen eine Oxydalions-Rcduktions-Kapazitäl von
2,5 bis 2,6 mVal/g auf. Die scheinbare Dichte des Materials, die 260 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyurethan und 5G% metallhaltige Hydratcel
luicse-Oxydations-Reduktions-Fasern enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g
(50 Masseprozent) Hydratcellulose-Fasern ein, die Antimon(V)-ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der Antimonionen eine Oxydations-Reduktions-Kapazität
von 2,5 bis 2,7 mVal/g auf. Die scheinbare Dichte des
Materials, die 240 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% metallhaltige Hydrat
cellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 233 g (70 Masseprozent) Hydratcellulose-Fasern ein, welche Kupfer(II)-ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der
Kupferionen eine Oxydations-Reduktions-Kapazität von 43 bis 5,1 mVal/g auf. Der Koeffizient der Ausnut-'zung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten
beträgt 35%. Die scheinbare Dichte des Materials, wel
ehe 150 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes un
verändert.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Schaumpolyvinylformal und 60% metallhaltige PoIyacrylnitril-Oxydations-Reduktionsfasern enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g
Fasern 15 g(60 Masseprozent) Polyacrylnitrilfasern ein, welche Kupfer(ll)-ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der
Kupferionen eine Oxydations-Reduklions-Kapazität von 5,1 bis 53 mVal/g auf.
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 80% Schaumpolyvinylformal und 20% metallhaltige PoIyacrylnitril-Oxydations-Reduktions-Fasern enthält.
welche Wismut(V)-ionen enthalten.
Wismutionen eine Oxydations-Reduktions-Kapazität von 0,8 bis 0,9 mVal/g auf. Die scheinbare Dichte des
Materials, welche 80 bis 90 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Claims (1)
1. Aus einer polymeren Grundlage (A) und einem reaktionsfähigen Füllstoff (B) bestehendes poröses,
offenzelliges Material, dadurch gekennzeichnet,
daß
— die polymere Grundlage (A) aus Polyvinylformalschaum,
der ggf. mit mehrwertigen Phenolen, die zu Redoxumwandlungen fähig sind,
oder mit oligomeren Kondensationsprodukten der genannten Phenole mit Aldehyden aktiviert
ist, oder Polyurethanschaum,
— und der reaktionsfähige Füllstoff (B) aus zerkleinerten
reaktionsfähigen Oxydations- Reduktions-Fasern besteht, wobei (B) in einer Menge
von 10 bis 80%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials, vorliegt.
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