DE4213587A1 - Cyanogruppen enthaltende aromatische polyether fuer die gastrennung - Google Patents
Cyanogruppen enthaltende aromatische polyether fuer die gastrennungInfo
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- C08G65/40—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives derived from phenols from phenols (I) and other compounds (II), e.g. OH-Ar-OH + X-Ar-X, where X is halogen atom, i.e. leaving group
- C08G65/4006—(I) or (II) containing elements other than carbon, oxygen, hydrogen or halogen as leaving group (X)
-
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
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-
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Description
Die Erfindung betrifft ganz allgemein aus Polymeren herge
stellte semipermeable Membranen, die zur Gastrennung geeig
net sind. Insbesondere betrifft die Erfindung aus Polyethern
hergestellte semipermeable Membranen.
Die Verwendung von polymeren Materialien als semipermeable
Membranen ist wohlbekannt. Solche polymere Materialien kön
nen beispielsweise aromatische Polyimide, Polyester und Poly
amide, wie sie in US-38 99 309 beschrieben sind, einschließen.
Es sind verschiedene Methoden zur Herstellung von Polyethern,
wie Polycyanoarylenethern, bekannt. US-37 30 946 zeigt die Her
stellung von Cyanoaryloxypolymeren durch Umsetzung eines Di
nitrobenzole, das eine Cyanogruppe direkt an den Benzolkern
gebunden enthält; mit einem Alkalimetallsalz eines divalen
ten carbocyclischen aromatischen Radikals in Gegenwart eines
dipolaren aprotischen Lösungsmittels. US-37 30 946 gibt je
doch keinen Hinweis darauf, daß Cyanoaryloxpolymer als se
mipermeable Membranen für die Gastrennung verwandt werden
können.
US 46 40 975 betrifft Polycyanoarylether, die eine ausge
zeichnete Wärmebeständigkeit und Feuerabweisung aufweisen.
Diese Polycyanoarylether werden durch Umsetzung eines Di
halogenbenzonitrils mit einem Alkalimetallsalz von Dihydroxy
naphthalin in Gegenwart eines Lösungsmittels gebildet. US
46 40 975 legt gleichwohl die Brauchbarkeit von Polycyano
arylethern für semipermeable Trennmembranen nicht nahe.
US 48 12 507 betrifft Polycyanoarylether und Verfahren zu
ihrer Herstellung. Dieses Patent legt, wie auch US 46 40 975,
die Verwendbarkeit der Polycyanoarylether für semipermeable
Trennmembranen nicht nahe.
Die Synthese von aromatischen Polyethernitrilen ist im Stand
der Technik beschrieben. Beispiele für Herstellungsverfahren
sind in D. K. Mohanty et al., "Synthesis and Characterization
of Polyarylene Ether Nitriles", Polymer Preprints, 27 (1)
S. 147-149 (1986) wie auch in D. K. Mohanty et al., "Poly-
(Arylene Ether Sulfones) and Related Materials Via A Potas
sium Carbonate, N-Methyl Pyrrolidone Process", Polymer Pre
prints, 23 (1), S. 284-286 (1982), angegeben.
Wie angegeben, wurden die semipermeablen Membranen des Stan
des der Technik als Polymere, wie Imide, Ester, Amide und
dergleichen, bereitgestellt. Obwohl diese Polymere zur Tren
nung einer großen Vielzahl von Gasmischungen geeignet befun
den wurden, können diese Materialien in der Herstellung kost
spielig sein, weil teuere Ausgangsmaterialien benötigt wer
den. Weiterhin unterliegen einige dieser Polymere der Zerset
zung durch Feuchtigkeit, was zu einer verminderten Leistungs
fähigkeit führt. Es besteht daher ein Bedarf an semipermeab
len Membranmaterialien, die preiswert hergestellt werden kön
nen und überlegene Eigenschaften auf dem Gebiet der Gastren
nung zeigen und dabei nicht mehr die begrenzte Leistungsfä
higkeit der Membranen des Standes der Technik aufweisen.
Die Erfindung betrifft Polycyanarylethermembranen. Die Poly
mere dieser Membranen werden durch Umsetzung eines aromati
schen Diols mit einem Dihalogenbenzonitril oder Dinitrobenzo
nitril in Gegenwart einer Base und eines polaren, aprotischen
Lösungsmittels gebildet. Diese Membranen können entweder als
Homopolymere oder Copolymere vorliegen.
Die Polymere weisen die allgemeine Formel
(-Aa-O-Ara′-O-Arb-O-Arb′-O-)n
auf, worin Ara, Ara′, Arb und Arn′ Arylgruppen sind und ent
weder Ara′ oder Arb′ ein aromatischer Ring mit wenigstens
einer direkt daran gebundenen Cyanogruppe ist. Alternativ
sind Ara′ und Arb′ beide aromatische Ringe mit wenigstens
einer direkt daran gebundenen Cyanogruppe.
Ein Homopolymer liegt vor, wenn Ara gleich Arb und Ara′ gleich
Arb′ ist. In diesem Fall kann die allgemeine Formel zu
(O-Ar-O-Ar′-)n vereinfacht werden, worin Ar von Ar′ verschie
den ist und Ar′ der direkt gebundene cyanosubstituierte aroma
tische Ring ist.
Ara und Arb können aus
Phenolphthalein oder substituierten Phenolphthaleinen aus
gewählt sein, worin -Z eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfach
bindung,
ist, worin R₁ und R₂ unabhängig H, C₁-C₁₀-
Alkyl, C₁-C₁₀-Fluoralkyl oder C₆-C₁₄-Aryl sind; X₁ und X₂
unabhängig C₁-C₁₀-Alkyl, C₁-C₁₀-Fluoralkyl oder C₆-C₁₄-Aryl
sind; und Y₁, Y₂, Y₃ und Y₄ unabhängig Halogen, R₁ oder R₂
sind.
Ara′ und Arb′ können aus
ausgewählt sein, worin Q-SO₂- oder
ist; Z₁-C≡N,
-NO₂, -SO₂R oder
ist; R C₁-C₁₀-Alkyl oder C₆-C₁₈-Aryl
ist; und -Z₂, -Z₃ und -Z₄ -Z₁ oder -H sind; wobei wenigstens
eines von Ara′ oder Arb′ aus
ausgewählt ist, worin -Z1-C≡N ist.
Im Falle des durch die Formel -(O-Ar-O-Ar′-)n- wiedergege
benen Homopolymers kann Ar eine der oben für Ara oder Arb
definierten Strukturen sein und Ar′ aus
ausgewählt sein, worin -Z1-C≡N ist.
Die erfindungsgemäßen Polyethermembranen zeigen überraschend
eine verbesserte Selektivität für Gastrennungen, insbesondere
in bezug auf die Stickstoffabtrennung aus Luft. Die Membranen,
die in eine Vielzahl von Formen gebracht werden können, wie
etwa Folien und hohle Fasern, zeigen eine ausgezeichnete Wärme
beständigkeit, eine überlegene Beständigkeit gegen Chemikalien
und zufriedenstellende mechanische Eigenschaften. Entsprechend
kann die gemäß der Erfindung hergestellte Polyethermembran vor
teilhaft bei der Trennung einer großen Vielzahl von fluiden
Mischungen eingesetzt werden, wie von Stickstoff-Luft, Was
serstoff-Kohlenmonoxid, Stickstoff-Sauerstoff, Wasserstoff-
Methan, Kohlendioxid-Methan, sowie von flüssigen Mischungen
wie auch zur Konzentration von Gasen oder Flüssigkeiten, ohne
darauf beschränkt zu sein.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung und den
nicht als beschränkend aufzufassenden Beispielen näher be
schrieben. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle
Prozentangaben auf das Gewicht und sind alle Temperaturen in
Grad Celsius angegeben.
Die Polyethermembranen gemäß der Erfindung können durch Um
setzung eines aromatischen Diols mit einer dihalogen- oder
dinitrosubstituierten aromatischen Verbindung mit einem hoch
elektronegativen Substituenten und Halogen- oder Nitrosubsti
tuenten in der Ortho- oder Para-Stellung oder in beiden Ortho-
Stellungen des hoch elektronegativen Substituenten hergestellt
werden. Wie hier verwandt, schließen Halogensubstituenten Ha
logene, wie Chlor und Fluor, ein. Entsprechend ist der Begriff
hoch elektronegativer Substituent, wie er hier verwandt wird,
als Substituent definiert, der hinreichend elektronegativ ist,
um den Austausch der Halogengruppe oder der Nitrogruppe in der
dihalogen- oder dinitrosubstituierten aromatischen Verbindung
zu erleichtern. Beispiele für hoch elektronegative Substituen
ten schließen Cyan, Carbonyl, Sulfonyl, Nitro und dergleichen
ein, ohne darauf beschränkt zu sein. Für diese Erfindung muß
wenigstens eine der dihalogen- oder dinitrosubstituierten aro
matischen Verbindungen wenigstens eine Cyanogruppe als hoch
elektronegativen Substituenten aufweisen.
Die Reaktion des aromatischen Diols mit der dihalogen- oder
dinitrosubstituierten aromatischen Verbindung wird in Gegen
wart einer Base und eines polaren, aprotischen Lösungsmittels
mit hohem Siedepunkt durchgeführt.
Jedes aromatische Diol, das ein amorphes Polyetherpolymer er
gibt, kann zur Bildung der erfindungsgemäßen Polyether ver
wandt werden. Geeignete aromatische Diole schließen Diole ein,
die einen aromatischen Kern haben, der wenigstens einen Phenyl
ring aufweist. Solche aromatischen Kerne schließen Benzol,
Naphthalin, Anthracen, Phenanthren und dergleichen ein, ohne
darauf beschränkt zu sein. Diese aromatischen Kerne können
mit Alkyl- und Phenylgruppen substituiert sein.
Beispiele für Phenylsubstituenten schließen Benzol, Naphthalin,
Anthracen, Phenyl, Naphthyl, alkylsubstituiertes Phenyl, wie
C1-C10-Alkyl, arylsubstituiertes Phenyl, wie Biphenyl, Ter
phenyl und dergleichen, sowie alkylensubstituierte Phenyle,
wie vinylsubstituiertes Phenyl, und dergleichen ein, ohne dar
auf beschränkt zu sein.
Beispiele für Alkylsubstituenten schließen geradkettiges oder
verzweigtes C1-C10-Alkyl ein, wie Methyl, Ethyl, Propyl, tert-
Butyl und dergleichen, ohne darauf beschränkt zu sein, vorzugs
weise Methyl und tert-Butyl, am meisten bevorzugt tert-Butyl.
Beispiele für Arylsubstituenten schließen Phenyl, Naphthyl,
alkylsubstituiertes Phenyl, arylsubstituiertes Phenyl, wie
Biphenyl, Terphenyl und dergleichen ein sowie alkylensubsti
tuierte Phenyle, wie vinylsubstituiertes Phenyl, ohne darauf
beschränkt zu sein, vorzugsweise Phenyl, Naphthyl und am mei
sten bevorzugt Phenyl.
Entsprechend schließen erfindungsgemäß geeignete Beispiele für
aromatische Diole 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan (Bisphenol A
(BPA)), 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-1-phenylethan (Bisphenol AP
(BPAP)), 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)1,1,1,3,3,3-hexafluorpropan
(Bisphenol AF (BPAF)), Mischungen von BPA und BPAF, Thiodiphe
nole, Mischungen von BPA und 2,2′-Dihydroxybiphenyl, Mischun
gen von BPA und 1,5-Naphthalindiol, Phenylhydrochinone, Phenol
phthalein, tert-Butylhydrochinone, Mischungen von BPA mit 3,3′-
Di-tert-Butyldiphenolen und dergleichen ein, ohne darauf be
schränkt zu sein. Am meisten bevorzugt ist das aromatische Diol
Bisphenol A.
Eine Vielzahl von dihalogen- oder dinitrosubstituierten aro
matischen Verbindungen kann zusammen mit den oben erwähnten
aromatischen Diolen eingesetzt werden. Im allgemeinen können
diese halogensubstituierten aromatischen Verbindungen Dihalo
genbenzonitrile, 2,4- und 2,6-Dihalogenbenzophenone, 2,4- und
2,6-Dihalogenphenylsulfone, 2,6-Dihalogenpyridin, und derglei
chen wie auch Mischungen davon einschließen. Beispiele für di
nitrosubstituierte Benzonitrile schließen 2,6-Dinitrobenzoni
tril, 2,4-Dinitrobenzonitril und dergleichen ein, ohne darauf
beschränkt zu sein.
Die wenigstens eine Cyanogruppe enthaltenden dihalogensubsti-
Fuierten aromatischen Verbindungen schließen Dihalogenbenzo
nitril, Dihalogendicyanobenzole, Dihalogennaphthonitril und
dergleichen ein.
Vorzugsweise werden Dihalogenbenzontrile mit den Diolen ein
gesetzt. Beispiele für Dihalogenbenzonitrile schließen 2,6-
Difluorbenzonitril, 2,4-Difluorbenzonitril, 2,4- und 2,6-Di
chlorbenzonitril und dergleichen ein, ohne darauf beschränkt
zu sein, am meisten bevorzugt 2,6-Difluorbenzonitril.
Wie erwähnt, werden die erfindungsgemäßen Polyether durch Um
setzung von aromatischen Diolen mit einer dihalogen- oder di
nitrosubstituierten aromatischen Verbindung mit einem hoch
elektronegativen Substituenten und mit Halogen- oder Nitro
substituenten in der Ortho- und Para-Stellung oder in beiden
Ortho-Stellungen zum elektronegativen Substituenten erzeugt.
Diese Reaktion wird in Gegenwart einer Mischung einer Base
und eines hoch siedenden polaren, aprotischen Lösungsmittels
durchgeführt. Die relativen Mengen an Base und Lösungsmittel
können über weite Bereiche variiert werden, vorausgesetzt,
daß die Menge an Lösungsmittel ausreicht, das Polymer in Lö
sung zu halten. Im allgemeinen liegt das basische Material in
einem Molverhältnis von 2 : 1 zum aromatischen Diol vor, vorzugs
weise in einem Überschuß von 30 bis 50 Mol-% gegenüber dem aro
matischen Diol. Entsprechend kann die Menge an in der Mischung
aus Base, Lösungsmittel und Monomer verwandten Lösungsmittel
über einen weiten Bereich variiert werden. Im allgemeinen kann
man, auf Gewichtsbasis, 50 bis 98% Lösungsmittel einsetzen,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung aus Lösungsmittel,
Base und Monomer, vorzugsweise 55 bis 80 Gew.-%.
Für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignete basische Materia
lien schließen Erdalkali- und Alkalimetallcarbonate, wie Ka
liumcarbonat, Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat, Caesiumcarbo
nat und dergleichen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, am
meisten bevorzugt Kaliumcarbonat. Im allgemeinen ist ein nen
nenswerter Überschuß an Base im Reaktionsgemisch vorhanden.
Die spezifischen Basemengen können vom Fachmann einfach be
stimmt werden. Die bevorzugte Molmenge an Kaliumcarbonat ist
das 1,3- bis 1,5fache der Molmenge an Dihalogenaromat(en) in
der Mischung. Zur Verwendung in der Mischung aus Base und Lö
sungsmittel geeignete Lösungsmittel schließen N,N-Dimethyl
acetamid (DMAc), N-Methylpyrrolidon (NMP), N,N-Dimethylform
amid (DMF), Dimethylsulfoxid (DM50), Hexamethylphosphoramid,
Pyridin und dergleichen ein, ohne darauf beschränkt zu sein,
vorzugsweise NMP.
Die Reaktion des aromatischen Diols mit einer dihalogen- oder
dinitrosubstituierten aromatischen Verbindung mit einem hoch
elektronegativen Substituenten und Halogen- oder Nitrosubsti
tuenten in der Ortho- und Para-Position oder in beiden Ortho-
Positionen zum elektronegativen Substituenten kann über einen
weiten Bereich von Temperaturen, Drücken und Gasatmosphären
durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß das Lösungsmittel nicht
zersetzt oder verdampft wird. Die Reaktionstemperaturen liegen
vorzugsweise zwischen 100 und 190°C, am meisten bevorzugt bei
etwa 180°C. Die Drücke liegen vorzugsweise bei etwa einer At
mosphäre. Geeignete Gasatmosphären für die Reaktion schließen
Stickstoff, Kohlenwasserstoffatmosphären, wie von C1-C10-Alka
nen, Argon und Luft ein. Am meisten bevorzugt wird die Reaktion
unter einer Stickstoffatmosphäre bei Normaldruck durchgeführt.
Während der Reaktion des aromatischen Diols und der dihalogen-
oder dinitrosubstituierten aromatischen Verbindung mit dem
hoch elektronegativen Substituenten zur Bildung der substi
tuierten Polyether gemäß der Erfindung kann sich als Neben
produkt der Reaktion Wasser bilden. Das Wasser als Nebenpro
dukt kann durch Verwendung eines azeotropen Materials in der
Mischung aus Base und Lösungsmittel entfernt werden. Beispie
le für azeotrope Materialien zur Verwendung in der Mischung
aus Lösungsmittel und Base schließen Toluol, Xylol, Chlorben
zol und dergleichen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, vor
zugsweise Toluol. Die Menge an in der Lösungsmittel-Base-Mi
schung verwandtem azeotropem Material sollte ausreichen, im
wesentlichen alles Wasser zu entfernen, das während der Reak
tion gebildet wird. Diese Mengen können vom Fachmann einfach
bestimmt werden.
Nach der Bildung des Polyethers wird dieser einem Waschzyklus
zur Abtrennung des Polyethers aus der Lösungsmittel-Base-Mi
schung unterworfen. Danach wird das resultierende Produkt zur
Entfernung von restlichem Lösungsmittel und Feuchtigkeit im
Vakuum getrocknet.
Die aromatischen Polycyanarylether gemäß der Erfindung haben
die allgemeine Formel (-Ara-O-Ara′-O-Arb-O-Arb′-O-)n, worin
Ara, Ara′ Arb und Ab, Arylgruppen sind und entweder Ara′
oder Arb ein aromatischer Ring mit wenigstens einer direkt
daran gebundenen Cyanogruppe ist. Alternativ können Ara′ und
Arb′ beide aromatische Ringe mit wenigstens einer direkt daran
gebundenen Cyanogruppe sein.
Ara kann gleich oder verschieden von Arb sein. Entsprechend
kann Ara′ gleich oder verschieden von Arb sein. Wenn Ara
gleich Ara′ ist und Ara′ gleich Arb′ ist, liegt ein Homopoly
mer der vereinfachten allgemeinen Formel (-O-Ar-O-Ar′-)n vor.
Im allgemeinen sind Ara und Arb (oder Ar im Homopolymer) aus
Phenolphthalein oder substituiertem Phenolphthalein ausge
wählt, worin -Z- eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung,
ist, worin R₁ und R₂ unabhängig H, C₁-C₁₀-Alkyl,
C₁-C₁₀-Fluoralkyl oder C₆-C₁₄-Aryl sind; X₁ und X₂ unabhängig
C₁-C₁₀-Alkyl, C₁-C₁₀-Fluoralkyl oder C₆-C₁₄-Aryl sind; und
Y₁, Y₂, Y₃ und Y₄ unabhängig Halogen, R₁ oder R₂ sind.
Vorzugsweise sind Ara und Arb ausgewählt aus
Am meisten bevorzugt sind Ara und Arb (oder Ar im Homopoly
mer) ausgewählt aus
Ara′ und Arb′ sind ausgewählt aus
worin -Q- -SO₂- oder
ist; -Z₁ -C≡N, -NO₂, -SO₂R oder
ist; R C₁-C₁₀-Alkyl, C₆-C₁₈-Aryl ist; und Z₂, Z₃, Z₄
Z₁ oder -H sind; wobei wenigstens eines von Ara′ und Arb′ aus
ausgewählt ist, wohin -Z1-C≡N ist und worin -Z2, -Z3, -Z4
und R wie vorstehend definiert sind.
Vorzugsweise sind Ara′ und Arb′ aus
ausgewählt.
Am meisten bevorzugt sind Ara′ und Arb′ aus
ausgewählt, worin wenigstens eines von Ara′ und Arb′ aus
ausgewählt ist.
Die aromatischen Cyanoetherpolymere können zu Membranen für
die Fluidtrennung, wie Gastrennungen, verarbeitet werden,
indem eine Lösung des Polymers in einem Lösungsmittel gebil
det wird. Aus der Lösung können Membranen, wie Dichtfilm-,
asymmetrische und Verbundmembranen, nach auf diesem Gebiet
allgemein bekannten Verfahren gegossen werden. Solche Metho
den sind beispielsweise in der US-47 17 393 beschrieben, auf
die hier Bezug genommen werden.
Ohne weitere Ausarbeitung wird angenommen, daß der Fachmann
unter Verwendung der vorstehenden Beschreibung die Erfindung
in vollem Umfang nutzen kann. Die folgenden bevorzugten und
speziellen Ausführungsformen sind deshalb ausschließlich als
Erläuterung aufzufassen und nicht als Beschränkung. In den
folgenden Beispielen sind alle Temperaturen in Grad Celsius
angegeben; sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle
Teile und Prozentangaben auf das Gewicht.
Eine Mischung aus Bisphenol A (BPA, 228,29 g, 1,000 Mol),
2,6-Difluorbenzonitril (2,6 FBz, 139,38 g, 1,002 Mol), Ka
liumcarbonat (200 g, 1,45 Mol), N-Methylpyrrolidon (1,75 l)
und Toluol (0,75 l) wird unter einer Stickstoffatmosphäre ge
rührt. Die Mischung wird gleichmäßig über 6 Stunden auf 180°C
erhitzt, wobei periodisch das Azeotrop aus Toluol und Wasser
entfernt wird. Die Temperatur wird 3 Stunden auf 180° gehalten, dann über
Nacht abkühlen gelassen. Die Mischung wird filtriert und das
Filtrat in warmem Wasser ausgefällt. Die resultierenden Poly
etherflocken werden dreimal mit warmem Wasser gewaschen, ein
mal in siedendem Wasser, zweimal in Methanol und dann über
Nacht an der Luft getrocknet. Der resultierende Polyether
wird in einem Vakuumofen bei 125°C 8 Stunden getrocknet;
ninh = 1,49 (DMAc/4% LiCl).
Eine Lösung des Polyethers in Methylenchlorid wird unter Ver
wendung eines Rakels auf eine Glasplatte gegossen (Lösung
von 20 Gew.-%; 20 mil Rakelfreiheit). Die Folie wird 15 Minu
ten mit einem Uhrglas abgedeckt, 20 Minuten offen stehengelas
sen, über Nacht in einer 1 : 1 (V : V) Methanol-Wasser-Lösung ge
waschen und 6 Stunden im Vakuumofen bei 120°C getrocknet. Die
Permselektivität der Folie wird mit einer 21 : 79-Mischung aus
Sauerstoff und Stickstoff bei 500 psig getestet; die Permeat
seite der Folie wird während des Tests auf 20 mmHg gehalten:
P(O2/N2) = 7,35; P(O2) = 91 centiBarrer (cB).
Die Leistungsfähigkeit der Membranen wird als Permselektivität
gemessen. Die Permselektivität einer Membran für die Trennung
einer Fluidmischung mit zwei Komponenten ist definiert als das
Verhältnis der Durchgangsrate der ersten Komponente der Mi
schung durch die Membran zur Durchgangsrate der zweiten Kompo
nente. Im Fall einer Zweikomponentenmischung aus O2 und N2 wird
die Durchgangsrate, das heißt die Permeabilität, der ersten
Komponente, etwa Sauerstoff, ausgedrückt als P(O2), in centi-
Barrer-Einheiten (cB) gemessen, wobei
worin cm3 (STP) das Volumen des permeierten Gases bei Stan
dardtemperatur und Druck in Kubikcentimetern ist, (cm) die
Dicke der Membranfolie in Centimetern ist, (cm2) die Fläche
der Membranfolie in Quadratcentimetern ist, (sec) die Zeit
in Sekunden der Permeationsmessung ist und cmHg der Druck des
Speisegases in Centimeter Quecksilber ist. Demnach wird für
eine Mischung aus O2 und N2 die Permselektivität einer Membran
für die Sauerstoff/Stickstoff-Trennung als Verhältnis der Per
meabilität von O2/N2 ausgedrückt, das heißt als P(O2)/P(N2).
Die Permselektivität der Membran für eine Mischung aus O2 und
N2 kann mit Hilfe eines Hochdruck-Filterhalters ermittelt wer
den. Der Halter ist so modifiziert, daß die Hochdruckseite der
Membran kontinuierlich mit einer Sauerstoff/Stickstoff-Mischung
in einem Molvolumen von 21 : 79 bei 500 psig bespült werden kann.
Die Umwandlung des Speisegases, das heißt das Verhältnis von
permeiertem Volumen zu Speisevolumen pro Zeiteinheit, wird un
ter 1% gehalten.
Die Zusammensetzung des permeierten Gases wird durch Evakuie
ren der Permeatseite der Membran auf 5 bis 20 mmHg mit einer
Vakuumpumpe bestimmt, die über die Probenschleife eines Gas
chromatographen geschaltet ist. Der verwandte Gaschromatograph
hat eine 72′′×1/8′′-Säule mit einer Packung aus Molekularsieb
5 A von 60 bis 80 mesh. Die Permeationsraten werden nach der
Methode von W.J. Ward III et al., "Ultrathin Silicone/Polycar
bonate Membranes for Gas Separation Process", J. Membrane Sci.,
1 (1976) 99, bestimmt, auf die hier Bezug genommen wird. Die
Messungen der Permeationsraten werden über mehrere Stunden vor
genommen, um Permeationsbedingungen im stationären Zustand her
zustellen.
Eine Mischung aus Bisphenol AP (29,04 g, 0,1000 Mol), 2,6 FBz
(13,94 g, 0,1002 Mol), Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol), N-Me
thylpyrrolidinon (175 ml) und Toluol (75 ml) wird polymerisiert,
wie in Beispiel 1: ninh = 0,45 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 24gew.-%igen Lösung des Polymers in
Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet, wie
in Beispiel 1: P(O2/N2) = 7,30; P(O2) = 77 cB.
Eine Mischung aus Bisphenol AF (BPAF, 33,62 g, 0,1000 Mol),
2,6 FBz (13,94 g, 0,1002 Mol), Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol),
N-Methylpyrrolidinon (175 ml) und Toluol (75 ml) wird polymeri
siert, wie in Beispiel 1: ninh = 0,42 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 24gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 6,58; P(O2) = 210 cB.
Eine Mischung aus BPA (11,41 g, 0,0500 Mol), BPAF (16,81 g,
0,0500 Mol), 2,6 FBz (13,94 g, 0,1002 Mol), Kaliumcarbonat
(20 g, 0,145 Mol), N-Methylpyrrolidinon (175 ml) und Toluol
(75 ml) wird polymerisiert wie in Beispiel 1: ninh = 0,57
(DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 20gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 6,75; P(O2) = 139 cB.
Eine Mischung aus Thiodiphenol (21,83 g, 0,1000 Mol), 2,6 FBz
(13,94 g, 0,1002 Mol), Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol), N-
Methylpyrrolidinon (175 ml) und Toluol (75 ml) wird polymeri
siert, wie in Beispiel 1: ninh = 0,75 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 20gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 7,71; P(O2) = 49 cB.
Eine Mischung aus BPA (18,83 g, 0,0825 Mol), 2,2′-Dihydroxy
biphenyl (5,12 g, 0,0275 Mol), 2,6 FBz (15,33 g, 0,1102 Mol),
Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol), N-Methylpyrrolidinon (175 ml)
und Toluol (75 ml) wird polymerisiert, wie in Beispiel 1: ninh
= 0,61 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 22gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 7,45; P(O2) = 89 cB.
Eine Mischung aus BPA (18,26 g, 0,0800 Mol), 1,5-Dihydroxy
naphthalin (3,20 g, 0,0200 Mol), 2,6 FBz (13,94 g, 0,1002 Mol),
Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol), N-Methylpyrrolidinon (175 ml)
und Toluol (75 ml) wird polymerisiert, wie in Beispiel 1: ninh
= 1,08 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 20gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 7,42; P(O2) = 86 cB.
Eine Mischung aus Phenylhydrochinon (18,66 g, 0,1000 Mol),
2,6 FBz (6,97 g, 0,0501 Mol) 4,4′-Difluorphenylsulfon (4,4′-
FPS, 12,71 g, 0,0500 Mol), Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol),
N-Methylpyrrolidinon (175 ml) und Toluol (75 ml) wird polymeri
siert, wie in Beispiel 1: ninh = 0,69 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 22gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 7,36; P(O2) = 79 cB.
Eine Mischung aus Phenolphthalein (31,83 g, 0,1000 Mol),
2,6 FBz (13,94 g, 0,1002 Mol), Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol),
N-Methylpyrrolidinon (175 ml) und Toluol (75 ml) wird polymeri
siert, wie in Beispiel 1: ninh = 0,87 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 20gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 6,79; P(O2) = 82 cB.
Eine Mischung aus BPA (17,12 g, 0,0750 Mol), 3,3′-Di-tert-bu
tyldiphenol (7,46 g, 0,0250 Mol), 2,6 FBz (13,94 g, 0,1002 Mol),
Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol), N-Methylpyrrolidinon (175 ml)
und Toluol (75 ml) wird polymerisiert, wie in Beispiel 1: ninh
= 0,37 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 24gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 6,81; P(O2) = 142 cB.
Eine Mischung aus tert-Butylhydrochinon (16,62 g, 0,1000 Mol),
2,6 Bz (6,97 g, 0,0501 Mol), 4,4′FPS (12,71 g, 0,0500 Mol),
Kaliumcarbonat (20 g, 0,145 Mol), N-Methylpyrrolidinon (175 ml)
und Toluol (75 ml) wird polymerisiert, wie in Beispiel 1: ninh
= 0,67 (DMAc/4% LiCl).
Eine Folie wird aus einer 20gew.-%igen Lösung des Polymers
in Methylenchlorid als Lösungsmittel hergestellt und getestet,
wie in Beispiel 1: P(O2/N2) = 6,61; P(O2) = 252 cB.
Aus der vorstehenden Beschreibung kann sich der Fachmann we
sentlicher Merkmale der Erfindung versichern und verschiedene
Veränderungen und Modifikationen der Erfindung zur Anpassung
an verschiedene Verwendungen und Bedingungen vornehmen, ohne
davon abzuweichen.
Claims (18)
1. Membran zur Trennung von Fluiden, dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen Polycyanarylenether umfaßt.
2. Membran nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Poly
cyanarylether der Formel
(-Ara-O-Ara′-O-Arb-O-Arb′-O-)nworin Ara, Ara′, Arb und Arb′ Arylengruppen sind und worin
Ara′ und Arb′ aromatische Ringe sind, von denen wenigstens
einer wenigstens eine Cyangruppe direkt gebunden enthält.
3. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ara
und Arb unabhängig ausgewählt sind aus
Phenolphthalein oder substituiertem Phenolphthalein
worin -Z- eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung,
ist, worin R₁ und R₂ unabhängig H, C₁-C₁₀-
Alkyl, C₁-C₁₀-Fluoralkyl oder C₆-C₁₄-Aryl sind; X₁ und
X₂ unabhängig C₁-C₁₀-Alkyl, C₁-C₁₀-Fluoralkyl oder C₆-C₁₄-
Aryl sind; und Y₁, Y₂, Y₃ und Y₄ unabhängig Halogen, R₁
oder R₂ sind; und worin Ara′ und Arb′ unabhängig ausge
wählt sind aus
worin -Q- -SO₂- oder
ist; -Z₁ C≡N, -NO₂, -SO₂, -SO₂R oder
ist; R C₁-C₁₀-Alkyl oder C₆-C₁₈-Aryl ist; und -Z₂,
-Z₃ und -Z₄ oder -H sind; wobei wenigstens eines von
Ara′ oder Arb' ausgewählt ist aus
worin -Z₁ C≡N ist und -Z2, -Z3 und -Z4 wie vorstehend
definiert sind.
4. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara und Arb unabhängig ausgewählt sind aus
5. Membran nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara und Arb unabhängig ausgewählt sind aus
6. Membran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara′ und Arb′ unabhängig ausgewählt sind aus
worin wenigstens eines von Ara′ oder Arb′ ausgewählt ist
aus
7. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara gleich Arb ist und Ara′ von Arb′ verschieden ist.
8. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara′ gleich Arb′ ist und Ara von Arb verschieden ist.
9. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara von Arb verschieden ist und Ara′ von Arb′ verschie
den ist.
10. Membran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara gleich Arb ist und daß Ara′ gleich Arb′ ist, wobei
Ara′ und Arb′ beide aromatische Ringe mit wenigstens
einer daran gebundenen Cyangruppe sind.
11. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara von Arb verschieden ist und Ara′ gleich Arb′ ist,
wobei Ara′ und Arb′ beide aus
ausgewählt sind, worin -Z1-C≡N ist und -Z2, -Z3 und
-Z4 aus -Z1, -H, -NO2, -SO2R oder
ausgewählt sind,
worin R C1-C10-Alkyl oder C6-C18-Aryl ist.
12. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara gleich Arb ist und daß Ara′ von Arb′ verschieden ist.
13. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara von Arb verschieden ist und daß Ara′ von Arb′ ver
schieden ist.
14. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Ara gleich Arb ist und daß Ara′ gleich Arb′ ist, wobei
Ara′ und Arb′ beide aus
ausgewählt sind, worin -Z1-C≡N ist und -Z2, -Z3 und
Z4 aus -Z1, -H, -NO2, -SO2R oder
ausgewählt sind,
worin R C1-C10-Alkyl oder C6-C18-Aryl ist.
15. Verfahren zur Trennung einer Mischung von zwei oder mehr
Gasen durch Durchleiten dieser Mischung durch eine Membran,
dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine der Membranen
nach Anspruch 1 ist.
16. Verfahren zur Trennung einer Mischung von zwei oder mehr
Gasen durch Durchleiten dieser Mischung durch eine Mem
bran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine der
Membranen nach Anspruch 2 ist.
17. Verfahren zur Trennung einer Mischung von zwei oder mehr
Gasen durch Durchleiten dieser Mischung durch eine Mem
bran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine der
Membranen nach Anspruch 3 ist.
18. Verfahren zur Trennung einer Mischung von zwei oder mehr
Gasen durch Durchleiten dieser Mischung durch eine Mem
bran, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine der
Membranen nach Anspruch 6 ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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