DE4130837A1

DE4130837A1 - Verwendung von geschaeumtem polystyrol zum entfernen von loesungsmitteln mittlerer polaritaet und gasdurchgaengige behaelter dafuer

Info

Publication number: DE4130837A1
Application number: DE19914130837
Authority: DE
Inventors: Joerg Redeker
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1992-04-02

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von geschäumten Polystyrol (Styro por) als Absorptionsmittel für gasförmige organische Stoffe mittlerer Polarität, insbesondere für Lösungsmittel und mit Styropor gefüllte gasdurchgängige Behälter.

Unter Trocknung versteht man im engeren Sinne die Entfernung von Wasser aus einem Stoff (Feststoff, Flüssigkeit oder Gas). Für diesen Vorgang sind Verfahren bekannt, mit denen der Wasserdampfdruck herabgesetzt wird, wie die Tieftemperatursublimation (Gefriertrocknung) oder die Verwendung -von Trockenmitteln. Für letzteres Verfahren stehen der Technik und dem Labor eine ganze Reihe, von zum Teil sehr wirksamen, Trockenmitteln zur Verfügung.

Unter Trocknung im erweiterten Sinne versteht man im Labor auch die Ent fernung (Beseitigung) von Lösungsmitteln aus Feststoffen.

Zur Entfernung von polaren Lösungsmitteln, wie Alkohol, kann man mit Erfolg Calciumchlorid und für die Entfernung von Ethern und flüchtigen Aminen konzentrierte Schwefelsäure verwenden. Flüchtige Paraffinkohlen wasserstoffe können mit geschnitzeltem langkettigem oder verzweigtkettigem festem Paraffin entfernt werden. Für flüchtige Säuren setzt man feste basische Stoffe wie Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid zur Trocknung ein. Neben diesen genannten Trockenmitteln mit sehr hohem Fassungsvermögen (Kapazität) verwendet man in Technik und Labor auch poröse Festkörper mit sehr großer innerer Oberfläche, wie Aktivkohle, Kieselgel oder Silikate, oder neuerdings auch offenporige makromolekulare Kunststoffe.

Die letztgenannte Gruppe von Trockenmitteln (Lösungsmittelentfernern) hat gegenüber den erstgenannten den Nachteil, daß das Lösungsmittelfassungs vermögen (in diesem Falle die Adsorptionskapazität) vergleichsweise sehr gering ist. Auch bei Herabsetzung der Temperatur des Adsorptionsmittels erreichen diese nicht die Kapazität der erstgenannten Gruppe, weil die Lösungsmittelbeladung nur auf der Oberfläche dieser porösen Feststoffe erfolgen kann. Im Verlaufe der ca. hundertfünfzigjährigen Geschichte der organischen Laboratoriumschemie hat es nicht an Versuchen gefehlt, die in diesen Laboratorien verwendeten Lösungsmittel aus Feststoffen oder Flüssigkeiten statt durch Temperaturerhöhung durch eine schonende Trock nung bei Raumtemperatur oder bei niedrigen Temperaturen restlos zu ent fernen. Diese Versuche brachten nicht den gewünschten frfolg, weil es an wirksamen Absorptionsmitteln fehlte.

Es war daher Aufgabe dieser Erfindung, ein Trockenmittel (Absorptions mittel) für Lösungsmitteldämpfe zu finden, welches einerseits einen geringen Dampfdruck vom Lösungsmittel erzeugt und andererseits ein hohes Fassungsvermögen für die Lösungsmittel hat. Es wurde gefunden, daß geschäumtes Polystyrol (Styropor) in hervorragender Weise dazu geeignet ist, jene Lösungsmittel mittlerer Polarität dampfförmig zu entfernen, welche gegenüber chemischen Trockenmitteln wie Paraffin, Schwefelsäure, Calciumchlorid usw. keine Absorptionstendenz zeigen.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend die Verwendung von geschäum tem Polystyrol (Styropor) in Form von Blöcken oder kleinen Partikeln mit offenen oder geschlossenen Poren zum Entfernen von dampfförmigen organi schen Stoffen mittlerer Polarität, vorzugsweise Lösungsmitteln mittlerer Polarität, aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.

Gegenstand der Erfindung sind ferner mit geschäumtem Polystyrol gefüllte gasdurchgängige Behälter aus einem gegenüber diesen Lösungsmitteln mittlerer Polarität inertem Material zum Entfernen von Lösungsmitteln mittlerer Polarität aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.

Gegenstand der Erfindung sind insbesondere mit geschäumtem Polystyrol gefüllte allseitig geschlossene Beutel aus Papier zum Entfernen von dampfförmigen organischen Stoffen mittlerer Polarität, speziell Lösungs mitteln mittlerer Polarität aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.

Unter dem Begriff geschäumtes Polystyrol wird ein aus offenen oder ge schlossenen Poren bestehender Polystyrolschaumstoff (Styropor) verstanden.

Als Absorptionsmittel wird ein Stoff verstanden, der von dampfförmigen Stoffen molekular durchdrungen wird, wobei der absorbierte Dampf vom Absorptionsmittel molekulardispers (homogen) gelöst wird.

Das makromolekulare Netzwerk dieser Art Trockenmittel wird durch die Absorption (im Gegensatz zu den Adsorptionstrockenmitteln) aufgeweitet (gequollen), so daß der Kunststoff seine Festigkeit verliert. Dieser Vorgang kann bei großem Lösungsmitteldampfangebot bis zur Verflüssigung des Kunststoffs führen. Daher ist es auch gleichgültig, ob der geschäumte Kunststoff offenporig ist oder aus geschlossenen Poren besteht. Der aus geschlossenen Poren bestehende Schaumstoff wird unter dem Einfluß des Lösungsmittels zu einem offenporigen Schaumstoff sehr großer Oberfläche, der die Lösungsmitteldämpfe sehr schnell absorbiert, noch zumal dann, wenn er sich unter vermindertem Druck befindet. Der Quellungsvorgang erklärt das hohe Fassungsvermögen für Lösungsmittel.

Unter organischen dampfförmigen Stoffen mittlerer Polarität werden nieder molekulare verdampfungsfähige oder verdunstungsfähige Stoffe verstanden, deren Molekülstruktur aufgrund der Elektronenverteilung (Mokekülpolari sierbarkeit) weder zu den extrem unpolarisierbaren Stoffen wie aliphati schen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffen, noch zu den stark polarisierbaren Stoffen vom Typ der protischen Lösungsmittel, wie aliphatischen Carbonsäuren oder aliphatischen Alkoholen, zu zählen sind. Zu den Stoffen mittlerer Polarität gehören beispielsweise aliphatische und cycloaliphatische Halogenkohlenwasserstoffe sowie Halogenaryle, Alkyl aryle, Nitroaryle, Phenole, aliphatische und aromatische Ketone, Nitro verbindungen, Ester, Amine, Säureamide.

Styropor ist von besonderer Bedeutung zum Entfernen von Lösungsmitteln, wie beispielsweise Aceton, Chloroform, Methylenchlorid, Essigsäure ethylester, Essigsäurebuthylester, Dioxan, tert.-Butylmethylether, Toluol und Nitrobenzol.

Unter mit Styropor gefüllten gasdurchgängigen Behältern werden erfindungs gemäß alle geeigneten Behälter verstanden, die den Zugang der dampf förmigen zu absorbierenden Stoffe zu dem darin enthaltenen Styropor zu lassen. Im einfachsten Fall sind das allseitig verschlossene Beutel aus dampfdurchlässigem gegen die zu absorbierenden Stoffe inertem Material, beispielsweise aus geeignetem Papier. In Fällen, wo damit zu rechnen ist, daß die Aufnahmekapazität des Styropors durch die zu absorbierenden Lösungsmittel überschritten wird, müssen die Behälter so gestellt werden, daß das sich verflüssigende Absoptionsmittel nicht das zu trocknende Gut verunreinigt.

Als geeignete mit Styropor gefüllte Behälter verstehen wir aber auch größere mit Styroporteilchen gefüllte mechanisch stabile Gefäße, die geeignete Vorrichtungen tragen, um von Lösungsmitteln oder anderen absor bierbaren Stoffen zu befreiende Gase unter intensivem Kontakt mit den Styroporteilchen hindurchzuleiten.

Der Erfindungsgegenstand weist gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile auf:

1. Ein Großteil der üblichen organischen Lösungsmittel kann durch Styro por in geeigneter Form und in geeigneten Behältern unter vermindertem Druck sehr schnell aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen entfernt werden. Es sind vor allem jene Lösungsmittel, für die bisher keine vorteilhaften Trockenmittel zur Verfügung standen.
2. Der Trocknungsvorgang erfolgt auch bei tiefen Temperaturen sehr schnell, was die Möglichkeit bietet, auch temperaturempfindliche Stoffe schonend zu trocknen.
3. Auf Folien plaziert bzw. in Papiertüten verpackt, kann das ver flüssigte Styropor leicht entfernt und durch Verbrennung vernichtet werden.
4. Styropor hat eine große Absorptionskapazität. Es kann Lösungsmittel in einer Menge bis zu seinem trockenen Eigengewicht absorbieren.
5. Das Styropor braucht nicht in feinteiliger Form vorzuliegen (im Gegensatz zu Paraffin). Außer feinteiligem Sägemehl können auch Flocken, Kügelchen, Chips oder Styroporbruch mit Erfolg verwendet werden.
6. Die erfindungsgemäße Entfernung von Lösungsmitteln aus zu trocknendem Gut ist außerordentlich preisgünstig.
7. Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes zeigen sich auch durch die Entfernung so hochsiedender Lösungsmittel wie Toluol, Nitrobenzol, Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon und ähnliche. Damit werden auch hochsiedende Lösungsmittel für die Umkristallisation (Reinigung) schwerlöslicher Feststoffe anwendbar.
8. Die Entfernung von Lösungsmitteldämpfen und anderen gasförmigen Beimengungen organischer Verbindungen aus Gasen ist auch in Großanlagen unter Normaldruck durchführbar.

Anhand von Beispielen soll der Einsatz des Erfindungsgegenstandes näher erläutert werden.

Beispiel 1

Das Zusammenschrumpfen von Styroporchips als Folge der Benetzung mit flüssigen Lösungsmitteln konnte als Vortest benutzt werden, weil es ein Maß für die Trockenleistung aus der Dampfphase ist. In nacheinander durch geführten Versuchen wurden verschiedene Lösungsmittel auf Papierfilter scheiben bis zu deren maximaler Benetzung aufgetragen und im Vakuum exsiccator in Gegenwart von Styroporchips unter vermindertem Druck ge lagert. Das Zusammenschrumpfen und Verflüssigen der auf einer Polypropy lenfolie befindlichen Chips war ein Maß für die Trockenleistung aus der Dampfphase.

Bei diesen Versuchen wurden Aceton, Chloroform, Ethylacetat, Dioxan, Butylacetat, tert.-Butyl-methylether, Methylenchlorid und Toluol sehr gut absorbiert. Cyclohexan wurde deutlich schlechter absorbiert und Alkohole wie Paraffinkohlenwasserstoffe überhaupt nicht. Aus diesem Verhalten konnte entnommen werden, daß die meisten Lösungsmittel mittlerer Polarität (von Halogenkohlenwasserstoffen bis zu den Estern von Säuren) mit Styropor absorbiert werden können. Da für starke protische Lösemittel und für sehr unpolare Lösemittel bereits gute Trockenmittel (Calciumchlorid bzw. Paraffinschnitzel) existieren, ist diese Anwendbarkeitslücke von Styropor ohne Belang. Entscheidend ist die starke Wirksamkeit des Styropors gegenüber Lösungsmitteln mittlerer Polarität, da für diese bisher nur ungenügend wirksame Trockenmittel bekannt sind.

Beispiel 2

Ungefähr 20 g Chloridazon wurden mit 10 g Toluol angeteigt und in Gegen wart eines 3,7 g schweren Styroporblockes im Exsiccator bei einem Druck von 20 mbar und 22^oC 2 Stunden (h) stehen gelassen. Nach dieser Zeit hatte sich der Block verflüssigt und dabei ca. 3,5 g Toluol aus dem chemischen Gut entfernt. Nach Entfernen des verflüssigten Styroporblockes wurde ein gleich schwerer frischer Block hinzugegeben. Nach spätestens 16 h (über Nacht) hatte sich auch dieser Block verflüssigt. Seine Reste wurden mit der Polyproyplenfolienunterlage entfernt und ein dritter gleich schwerer frischer Block hinzugefügt. Nach spätestens 8 h war der Rest trocknungsvorgang beendet. Dabei schrumpfte der Block auf ca. ein Fünftel seines Ausgangsvolumens und veränderte sich im Verlaufe von weiteren 16 h nicht mehr. Der gleiche Trocknungserfolg wurde mit Styroporbruchmaterial erzielt, welches dabei ein sehr ähnliches Verhalten wie der Block zeigte.

Beispiel 3

Ein aus Papier bestehender und mit Polypropylenfolie als Schmelzkleber geformter Beutel wurde mit Styroporsägemehl hoher Schüttdichte gefüllt und mit Polypropylenfolienstreifen schmelzklebend verschlossen.

Der so hergestellte Behälter enthielt das Absorptionsmittel verschüttungs sicher und dampfzugänglich. Er wurde in eine offene Polyethylenfolientüte gestellt und das Ganze in einen Exsiccator eingebracht, wo es zur Trock nung eines mit Lösungsmitteln beladenen Feststoffes unter vermindertem Druck diente. Bei Überladung des Styrporinhaltes verflüssigte sich dieser. Das Vordringen des verflüssigten Materials in den freien Raum des Exsiccators wurde durch die Polyethylentüte verhindert. Am Ende der Beladung wurde der Rand der Polyethylentüte gefaltet, mit Miniaturheft klammern verschlossen und bei passender Gelegenheit verbrannt. Handelt es sich um einen Trocknungsvorgang, bei dem nur noch wenig Lösungsmittel aus dem zu trocknenden Gut entfernt werden muß, Bedingungen also, bei denen sich das Absorptionsmittel nicht verflüssigt, können die zu Flachtüten geformten Absorptionspackungen mit gleichartigen mit zu trocknendem Gut gefüllten gleichartig verschlossenen Tüten sandwichartig alternierend kombiniert werden. Die so mit Distanzstücken und Langschaftschrauben zusammengehaltenen Sandwichpackungen ermöglichen aufgrund der kurzen Diffusionswege eine sehr schnelle Trocknung unter vermindertem Druck.

Beispiel 4

In einen Behälter aus stabilem, gegenüber Lösungsmitteln inertem Material wurden Styroporkügelchen mit Durchmessern zwischen 2 und 3 mm eingebracht. In diesen Behältern ließ man unter Atmosphärendruck die zu trocknende mit Lösungsmitteln beladene Luft über ein Filterelement einströmen. Ein gleichartiges Filterelement verhinderte das Entweichen von Styroporkugeln beim Austritt des von Lösungsmitteln befreiten Luftstromes. Großtechnisch könnte die Vorrichtung als Wirbelbett ausgelegt sein.

Durch Sichtfenster konnte an der Verkleinerung des Schüttvolumens als Folge der Schrumpfung der Kügelchen der Beladungszustand des Absorptions materials ersehen werden.

Claims

1. Verwendung von geschäumtem Polystyrol (Styropor) in Form von Blöcken oder kleinen Partikeln mit offenen oder geschlossenen Poren zum Entfernen von dampfförmigen organischen Stoffen mittlerer Polarität aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.

2. Verwendung von geschäumtem Polystyrol gemäß Anspruch 1 zum Entfernen von Lösungsmitteln.

3. Verwendung von geschäumtem Polystyrol gemäß Anspruch 2 zum Entfernen von Aceton, Chloroform, Ethylacetat, Butylacetat, Dioxan, tert.-Butyl methylether, Methylenchlorid, Toluol und Benzol aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.

4. Mit geschäumtem Polystyrol gefüllter gasdurchgängiger Behälter aus einem gegenüber Lösungsmitteln mittlerer Polarität inertem Material zum Entfernen von Lösungsmitteln mittlerer Polarität aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.

5. Mit geschäumtem Polystyrol gefüllter Beutel aus Papier zum Entfernen von dampfförmigen organischen Stoffen mittlerer Polarität, speziell Lösungsmitteln mittlerer Polarität, aus Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen.