DE4304427A1 - Degradable, pref. biodegradable open pore dimensionally stable moulding - obtd. from degradable thermoplastics material and soluble crystals and use e.g. for filter, catalyst support, storage medium or insulation - Google Patents
Degradable, pref. biodegradable open pore dimensionally stable moulding - obtd. from degradable thermoplastics material and soluble crystals and use e.g. for filter, catalyst support, storage medium or insulationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen offenporigen dimensionsstabilen Körper insbesondere für Filter zum Filtern von flüssigen oder gasförmigen Stoffen, als Katalysatorträger, als Speicherme dium beispielsweise für Flüssigkeiten, als Isolationsmaterial oder als Leichtbaustoff.The invention relates to an open-pore dimensionally stable Body in particular for filters for filtering liquid or gaseous substances, as catalyst supports, as storage media dium for liquids, for example, as insulation material or as a lightweight material.
Körper dieser Art sind allgemein bekannt. Werden diese in der industriellen Filtertechnik sowie zu Filterung der individu ellen Atemluft beispielsweise als Maskenfilter verwendet, so muß der mit Partikeln beladene Filterträger als Sondermüll entsorgt werden. Die Entsorgung erfolgt in der Regel durch Verbrennung, wobei die hierbei entstehenden Abgase ebenfalls eine Filtrierung erforderten und wieder Sondermüll nicht zu vermeiden ist. Bei der bisherigen Entsorgung geht noch eine besondere Gefährdung von hochtoxischen, mutagenen oder kan zerogenen filtrierten Partikeln aus, die mit keinem wirt schaftlich sinnvollen Verfahren von Filterträgern getrennt werden können.Bodies of this type are generally known. Are these in the industrial filter technology as well as filtering the individu ellen breathing air used for example as a mask filter, so the filter carrier loaded with particles must be hazardous waste to be disposed of. Disposal is usually done by Combustion, with the resulting exhaust gases also Filtration required and again not hazardous waste is to avoid. With the previous disposal one goes special risk of highly toxic, mutagenic or can zerogen filtered particles from which no host economically sensible process separated from filter carriers can be.
Die genannten Schwierigkeiten sind beim offenporigen dimensions stabilen Körper gemäß Anspruch 1 vermieden. Der degradable Körper kann in einer natürlichen Umgebung, beispielsweise in einer Kläranlage mikrobiell vollständig abgebaut werden. Hier bei werden beispielsweise die filtrierten Partikel ohne Ver brennungsenergie und im wesentlichen ohne Aufwand technischer Energie freigesetzt. Verschieden schwere Partikel können hier bei beispielsweise durch Zentrifugation oder Sedimentation separiert und gewonnen werden. Die freigesetzten Partikel können somit durch chemische oder physikalische Verfahren wieder gewonnen oder kompaktiert werden.The difficulties mentioned are with open-pore dimensions stable body avoided according to claim 1. The degradable Body can be in a natural environment, for example in microbiologically completely degraded in a sewage treatment plant. Here at, for example, the filtered particles without Ver combustion energy and essentially without any technical effort Energy released. Particles of different weights can be found here for example by centrifugation or sedimentation be separated and recovered. The released particles can thus by chemical or physical processes recovered or compacted.
Durch geeignete Wahl des degradablen Körpers, beispielsweise indem Buttersäure mehr oder weniger mit Valerat copolymerisiert ist, kann die Degradationsrate und damit die Freisetzungsrate der Partikel eingestellt werden. Es sind damit Filter möglich, die sich durch Einwirkung von Luftfeuchtigkeit zersetzen oder solche, die eine besondere mikrobielle Umgebung zum Abbau be nötigen. Solche Filter eignen sich insbesondere für die Fil trierung von Zuluft in Kraftfahrzeugkabinen, die regelmäßig, kostengünstig und dennoch umweltschonend entsorgt werden. Die genannten Vorteile sind auch dann gegeben, wenn der Körper als Katalysator oder als Speichermedium verwendet wird. Bei der Entsorgung können hier die gespeicherten Teilchen und die Katalysatoren umweltschonend separiert und gegebenen falls wieder verwertet werden.By suitable choice of the degradable body, for example by copolymerizing butyric acid more or less with valerate is the degradation rate and thus the release rate the particles can be adjusted. Filters are possible which decompose under the influence of air humidity or those that have a special microbial environment for degradation compel. Such filters are particularly suitable for fil air supply in motor vehicle cabins, which be disposed of inexpensively and in an environmentally friendly manner. The The advantages mentioned are also given when the body is used as a catalyst or as a storage medium. At the stored particles and the disposal can Catalysts separated and given environmentally friendly if recycled.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Körper konkav porös. Ein solcher Körper ist nicht nur wesentlich umwelt schonender, sondern zudem auch wesentlich wirtschaftlicher als die bisher bekannten: Durch die Offenporosität mit kon kaven Poren wird eine Ansiedlung der Partikel in der Tiefe der Poren erreicht. Der zentrale Verbindungsraum zwischen den Poren bleibt dadurch lange Zeit offen und wird erst ver legt, wenn alle Poren maximal mit Partikeln beladen sind. Dies kann hier durch eine optimale Oberflächen/Volumenre lation der absorbierenden Poren erreicht werden. Ein kon kavporöser Körper hat einen geringeren Durchströmungswider stand bei höherer Absorptionsrate von Partikeln als beispiels weise ein Faserfilter oder Schaumstoff. Daraus resultiert ein höherer Nutzungsgrad und eine längere Nutzungsdauer und somit eine größere Wirtschaftlichkeit als bisher.According to a development of the invention, the body is concave porous. Such a body is not only essentially environmental gentler, but also much more economical than the previously known: Due to the open porosity with con kaven pores becomes a settlement of the particles in depth the pores reached. The central connecting space between the pores remain open for a long time and are only ver sets when all pores are loaded with particles. This can be achieved through an optimal surface / volume re tion of the absorbent pores can be achieved. A con the body has a lower flow resistance stood at a higher absorption rate of particles than for example a fiber filter or foam. This results a higher degree of utilization and a longer useful life and thus greater economy than before.
Ein für die Herstellung des erfindungsgemäßen Körpers be sonders geeigneter Ausgangsstoff besteht aus einem im wesent lichen homogenen Gemisch aus insbesondere wasserlöslichen Kristallen und einem thermoplastischen und degradablen Kunst stoff. Ein solcher Ausgangsstoff kann auf vielfältige Weise, beispielsweise durch Extrudieren, Spritzgießen, Pressen, Walzen und dergleichen verarbeitet werden. Nach der Ver arbeitung müssen lediglich die Kristalle aus dem Körper her ausgelöst werden. Ein solcher Ausgangsstoff ist dann besonders einfach zu verarbeiten, wenn die Kristalle und der Kunststoff als Pulver vorliegen. Die Kristalle sind vorzugsweise wasser lösliche Salze, beispielsweise Natriumchlorid oder Kalium chlorid. Die Kristalle können auch aus Glukose bestehen. Eine besonders hohe Homogenität kann erreicht werden, wenn gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kristalle einer Lösung des degradablen Kunststoffe, welcher in einem Lösemittel gelöst ist, beigemischt und nach dem Mischen das Lösemittel entfernt, beispielsweise abgedampft wird.One for the manufacture of the body according to the invention A particularly suitable starting material consists essentially of one union homogeneous mixture of in particular water-soluble Crystals and a thermoplastic and degradable art material. Such a starting material can be used in a variety of ways, for example by extrusion, injection molding, pressing, Rollers and the like are processed. After the ver only the crystals have to be worked out of the body to be triggered. Such a starting material is then special easy to process when the crystals and the plastic available as powder. The crystals are preferably water soluble salts, for example sodium chloride or potassium chloride. The crystals can also consist of glucose. A particularly high degree of homogeneity can be achieved if according to a development of the method according to the invention the crystals of a solution of degradable plastics, which is dissolved in a solvent, added and removed the solvent after mixing, for example is evaporated.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Verfahren ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung. Nachfolgend werden anhand der Zeichnung beispiel haft ein erfindungsgemäßer Körper, geeignete Ausgangsstoffe, Verfahren zur Herstellung des Körpers bzw. der Ausgangsstoffe sowie geeignete Verwendungen des Körpers näher erläutert. Es zeigen:Further advantageous features and methods result from the dependent claims, the description and the Drawing. Below are examples using the drawing adheres a body according to the invention, suitable starting materials, Process for the production of the body or the raw materials as well as suitable uses of the body. It demonstrate:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines offenporigen Körpers nach dem Stand der Technik, Fig. 1 is a section through part of an open-porous body according to the prior art
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Körpers, Fig. 2 shows a section through a part of a body according to the invention,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Körper, der mit Partikeln beladen ist, und Fig. 3 shows a section through a body according to the invention, which is loaded with particles, and
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil eines Ausgangsstoffes. Fig. 4 shows a section through part of a starting material.
Die Fig. 1 zeigt einen bekannten offenporigen Schaumstoff 1 mit zipfligen Poren 3 und dem geschäumten Kunststoff 2. Bei der Verwendung des Schaumstoffes 1 als Filter, werden die filtrierten Partikel in den Poren 3 abgelagert. Fig. 1 shows a known open-cell foam with 1 zipfligen pores 3 and the foamed plastic. 2 When using the foam 1 as a filter, the filtered particles are deposited in the pores 3 .
Der in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Körper 4 weist einen biologisch degradablen Kunststoff 5 mit konkavporösen Poren 7 auf. Diese Poren 7 sind jeweils über mehrere kurze Durchgänge 6 mit benachbarten Poren 7 bzw. mit der Außenseite des Körpers 4 verbunden. Die Weite B der Poren 7 liegt vorzugsweise im Bereich von 20-60 µm und die Weite der Durchgänge 6 beträgt vor zugsweise 10-50 µm. Der Volumenanteil der Poren 7 ist vorzugs weise höher als 80%.The body 4 according to the invention shown in FIG. 2 has a biodegradable plastic 5 with concave pores 7 . These pores 7 are each connected to adjacent pores 7 or to the outside of the body 4 via several short passages 6 . The width B of the pores 7 is preferably in the range of 20-60 μm and the width of the passages 6 is preferably 10-50 μm. The volume fraction of the pores 7 is preferably higher than 80%.
Der Kunststoff 5 ist biologisch, insbesondere mikrobiell ab baubar. Abbaubar bedeutet hier, daß er sich innerhalb eines wirtschaftlich sinnvollen Zeitraumes vollständig abbaut. Vor zugsweise wird der Körper 4 innerhalb von einigen Tagen oder Wochen vollständig abgebaut. The plastic 5 is biodegradable, in particular microbially. Degradable means here that it completely degrades within an economically viable period. Before preferably the body 4 is completely broken down within a few days or weeks.
Der Kunststoff 5 besteht beispielsweise aus Poly-β-hydro xybutyrat, Polymilchsäure oder einer geeigneten Zellulose-, Milch säure- oder Glykolverbindung oder aus einem Zelluloseacetat. Der Kunststoff 5 kann ebenfalls aus einem Copolymerisat aus Buttersäure mit Valerat hergestellt sein. Die Degradations rate kann durch den Anteil des Valerat eingestellt werden. Je nach Anwendung des Körpers 4 sind auch Kunststoffe 5 ge eignet, die beispielsweise allein durch Einwirkung von Luft feuchtigkeit zersetzt werden. Auch hier in vergleichsweise kurzen Zeiträumen, beispielsweise wenigen Tagen oder Wochen. Der Körper 4 ist insbesondere eine Membran, jedoch sind hier auch andere Formen denkbar.The plastic 5 consists, for example, of poly-β-hydro xybutyrate, polylactic acid or a suitable cellulose, lactic acid or glycol compound or of a cellulose acetate. The plastic 5 can also be made from a copolymer of butyric acid with valerate. The degradation rate can be adjusted by the proportion of the valerate. Depending on the application of the body 4 , plastics 5 are also suitable, which, for example, are decomposed solely by the action of air. Here, too, in comparatively short periods of time, for example a few days or weeks. The body 4 is in particular a membrane, but other shapes are also conceivable here.
Die Fig. 3 zeigt einen mit Partikeln beladenen Körper 4. Die Partikel 8 sind hier insbesondere filtrierte Rußpartikel oder Katalysatoren. Wie ersichtlich, sind durch die bereits oben erwähnte Ablagerung der Partikel 8 in der Tiefe der Poren 7 auch bei starker Beladung zahlreiche Durchgänge offen und so mit der Durchströmungswiderstand vergleichsweise klein. Der Durchströmungswiderstand steigt bei einem Filter mit einem Körper 4 vergleichsweise langsam an und ein Filterwechsel wird erst dann erforderlich, wenn der Filter zu einem sehr hohen Anteil mit Partikeln 8 beladen ist. Ein geringer Durchströ mungswiderstand bei hoher Partikeldichte ist auch bei einem Katalysatorträger äußerst wichtig. FIG. 3 shows a particle-laden body 4. The particles 8 here are in particular filtered soot particles or catalysts. As can be seen, due to the abovementioned deposition of the particles 8 in the depth of the pores 7 , numerous passages are open even with a heavy load and are therefore comparatively small with the flow resistance. The flow resistance increases comparatively slowly in a filter with a body 4 , and a filter change is only necessary when the filter is loaded with particles 8 to a very high degree. A low flow resistance with a high particle density is also extremely important for a catalyst carrier.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Ausgangs stoffes gemäß Fig. 4 und eines erfindungsgemäßen Körpers werden nachfolgend beispielhaft erläutert.An advantageous method for producing a starting material according to FIG. 4 and a body according to the invention are explained below by way of example.
In einem ersten Verfahrensschritt wird ein mit Lösemittel benetzes oder nicht benetztes Granulat oder ein Pulver aus Poly-β-hydroxybutyrat mit einem Granulat oder einem Pulver aus Natriumchloridkristallen gemischt. Die Natriumchlorid kristalle weisen hierbei einen Außendurchmesser von vorzugs weise 20-60 µm auf. Die Natriumchloridkristalle sind vorzugs weise gemahlen oder pulverisiert, so daß sie eine etwa kugelige Form besitzen. Das Gewichtsverhältnis der beiden Granulate im Gemisch kann in einem weiten Bereich variieren. Der Anteil der Natriumchloridkristalle ist vorzugsweise je doch vergleichsweise hoch, beispielsweise über 70%.In a first process step, a solvent wetted or non-wetted granules or a powder Poly-β-hydroxybutyrate with granules or powder mixed from sodium chloride crystals. The sodium chloride crystals have an outer diameter of preferred have 20-60 µm. The sodium chloride crystals are preferred wise ground or pulverized so that they have a have a spherical shape. The weight ratio of the two Granules in the mixture can vary within a wide range. The proportion of sodium chloride crystals is preferably each but comparatively high, for example over 70%.
Vorzugsweise werden vor dem Mischen die Natriumchloridkri stalle mit einem Lösemittel, beispielsweise Dichlormethan be netzt, um dadurch die Rieselfähigkeit zu verbessern.Before mixing, the sodium chloride crystals are preferably stall with a solvent, for example dichloromethane to improve the flowability.
Das Gemisch wird beispielsweise zu einer Membran extrudiert.The mixture is extruded into a membrane, for example.
Schließlich werden aus der extrudierten Membran die Natrium chloridkristalle mit Wasser herausgewaschen. Dies kann bei erhöhter Temperatur beispielsweise bei 80°C erfolgen. Die Temperatur wird so gewählt, daß die Membran ihre Form nicht verändert. Finally, the extruded membrane becomes sodium washed out chloride crystals with water. This can happen with elevated temperature, for example at 80 ° C. The Temperature is chosen so that the membrane does not change its shape changed.
Das Wasser wird nun abgetropft, die Membran getrocknet und trocken gelagert.The water is now drained, the membrane is dried and stored dry.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren unterscheidet sich von dem oben genannten Verfahren dadurch, daß die Natriumchlorid kristalle in eine Schmelze aus Poly-β-hydroxybutyrat ein gerührt werden. Nach dem Abkühlen und Verfestigen des Gemisches werden ebenfalls die Natriumchloridkristalle mit Wasser aus gewaschen.Another advantageous method differs from the above method in that the sodium chloride crystals in a melt of poly-β-hydroxybutyrate be stirred. After the mixture has cooled and solidified the sodium chloride crystals are also made with water washed.
Die Verfahren sind im weitgehend geschlossenen Kreislauf mög lich. Wird die beim Auswaschen erhaltene Salzlauge erhitzt und das Wasser abgedampft. Das abgedampfte Wasser wird konden siert, das rekristallisierte Salz erneut gemahlen und wie oben angegeben wieder eingesetzt.The processes are possible in a largely closed cycle Lich. The brine obtained when washing out is heated and the water evaporated. The evaporated water will condense The recrystallized salt was ground again and as above stated reinstated.
Das nach dem Mischen bzw. Einrühren erhaltene Ausgangsmaterial kann außer im Extrusionsverfahren bei geeigneter Materialwahl auch durch Spritzgießen, Kalt- oder Heißpressen, Walzen oder durch Kalantrieren verarbeitet werden. Hierbei können beispiels weise außer dem Filterkörper auch ein Filterträger, beispiels weise ein Rahmen und Befestigungsteile in einem oder mehreren Arbeitsgängen hergestellt werden. Sehr einfach und kostengünstig können hierbei beispielsweise Filter für die Filtrierung von Zuluft in Kraftfahrzeugkabinen hergestellt werden. The starting material obtained after mixing or stirring can except in the extrusion process with a suitable choice of material also by injection molding, cold or hot pressing, rolling or processed by calendering. Here, for example example, in addition to the filter body, a filter carrier as a frame and fasteners in one or more Operations. Very simple and inexpensive can, for example, filter for filtering Supply air can be produced in motor vehicle cabins.
Wie bereits erwähnt, kann der Anteil der Salzkristalle am Ge misch je nach Anwendungsgebiet des herzustellenden Körpers hier stark variieren. Der Anteil der Kristalle wird vorzugs weise so gewählt, daß bei genügender Dimensionsstabilität des Körpers 4 der Volumenanteil der Poren 7 vergleichsweise hoch, beispielsweise 80-98% beträgt. Durch die Größe und Außenform sowie die Größenverteilung der Kristalle können entsprechend die Größe, Form und die Größenverteilung der Poren 7 sehr einfach und präzise eingestellt werden. Auch hier ist somit eine sehr einfache und dennoch präzise Anpassung des Körpers 4 an die gewählte Verwendung möglich. Die Poren 7 sind vorzugsweise alle etwa gleich groß. Denkbar sind je doch auch Körper 4, bei welchen die Poren 7 nach einer be stimmten Verteilung unterschiedliche Größen und Formen auf weisen.As already mentioned, the proportion of salt crystals in the mixture can vary greatly depending on the area of application of the body to be produced. The proportion of the crystals is preferably chosen so that, with sufficient dimensional stability of the body 4, the volume fraction of the pores 7 is comparatively high, for example 80-98%. Due to the size and external shape and the size distribution of the crystals, the size, shape and size distribution of the pores 7 can accordingly be set very simply and precisely. Here, too, a very simple and yet precise adaptation of the body 4 to the selected use is possible. The pores 7 are preferably all approximately the same size. However, bodies 4 are also conceivable, in which the pores 7 have different sizes and shapes after a certain distribution.
Zur Verbesserung der Dimensionsstabilität können dem Körper 4 hier nicht gezeigte Fasern beigemischt sein. Diese Fasern sind vorzugsweise ebenfalls degradabel und beispielsweise aus Milch- oder Buttersäurepolymeren hergestellt. Denkbar sind aber auch Kohlenstoff-, Glas-, Aramidfasern oder andere gerichtete Verstärkungselemente. Der Anteil der Fasern rich tet sich nach der Anwendung des Körpers und insbesondere der zu tragenden Last. Fibers (not shown here) can be added to the body 4 to improve the dimensional stability. These fibers are preferably also degradable and, for example, made from lactic or butyric acid polymers. However, carbon, glass, aramid fibers or other directional reinforcement elements are also conceivable. The proportion of fibers depends on the application of the body and in particular the load to be carried.
Der erfindungsgemäße Körper eignet sich auch als Gegen stand, bei dem die Leichtbauweise wesentlich ist, beispiels weise als Geschirr, Besteck, Verpackungsmaterial, Schall isolationsmaterial, als Haushaltsartikel, als Nahrungsmittel träger oder als Behältnis. Bei einem Nahrungsmittel- und Medikamententräger ist es zudem möglich, das Nahrungsmittel bzw. Medikament infolge der Offenporigkeit dosiert abzugeben.The body according to the invention is also suitable as a counter stand where the lightweight construction is essential, for example wise as dishes, cutlery, packaging material, sound insulation material, as household items, as food carrier or as a container. At a food and Drug carriers are also able to take the food or dispense medication in doses due to the open porosity.
Claims (22)
- a) lösliche Kristalle mit einem Durchmesser von 10-60 wer den mit einem degradablen Kunststoff gemischt,
- b) das Gemisch wird in eine vorbestimmte Form gebracht, bei spielsweise durch Extrusion, und
- c) die Kristalle werden aus dem beispielsweise extrudierten Körper ausgewaschen.
- a) soluble crystals with a diameter of 10-60 who are mixed with a degradable plastic,
- b) the mixture is brought into a predetermined shape, for example by extrusion, and
- c) the crystals are washed out of the extruded body, for example.
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