DE60011632T2

DE60011632T2 - Verfahren zur trocknung und/oder trockene aufbewahrung durch eine semipermeable membrane

Info

Publication number: DE60011632T2
Application number: DE60011632T
Authority: DE
Inventors: Patrick Duhaut; Isabelle Deschamps-Hulak; Eberhard Wittich
Original assignee: Biotel SA
Current assignee: Biotel SA
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: PT1206671E; CN1371463A; DE60011632D1; AU7017800A; CA2383070A1; FR2797781A1; FR2797781B1; EP1206671B1; ATE269527T1; JP3643985B2; JP2003511214A; ES2223573T3; AU764170B2; CN1143118C; EP1206671A1; WO2001016542A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Techniken zur extraktiven Trennung, von denen insbesondere die Techniken zur Trocknung dargestellt sind, die darin bestehen, ein Produkt in einen Zustand bestimmter Trockenheit, angegeben durch seinen Gehalt an einem bestimmten Lösemittel zur Befeuchtung, zu bringen und/oder zu halten. Die Erfindung bezweckt insbesondere die Bereitstellung einer neuen Membrantechnik zur Trennung fest/flüssig oder flüssig/flüssig für Arzneimittel-, Chemie-, Kosmetik- und Agrarnahrungsmittel-Industrien als Alternative zu den bereits vorhandenen Geräten zur Konzentrierung, Trocknung und zum Trockenhalten.
Um die Erfindung in ihrem bevorzugten Zusammenhang zu definieren und zu beschreiben wird es im Streben nach Verständlichkeit häufig leichter sein, sich den speziellen Fall einer Trocknung vorzustellen, d. h. ein Verfahren, das die Extraktion eines Lösemittels beinhaltet, welches für einen zu verhindernden so genannten feuchten Zustand verantwortlich ist. Unter den preisgünstigsten und herkömmlichsten industriellen Geräten zur Trocknung von Produkten durch Entzug des in ihnen unabhängig vom Strukturwasser vorhandenen Wassers finden sich Behälter, denen man Wärme und/oder ein Vakuum zuführt, wie etwa Trockenkammern, die eventuell bewegt werden, z. B. Trommel- oder Palettentrockner. Weitere, kostspieligere Geräte wie Gefriertrockner, die Wasser sublimieren, oder Mikrowellen unter Vakuum erlauben ebenfalls die Trocknung von Produkten. Bei Produkten mit niedrigem Schmelzpunkt werden in der Industrie im Allgemeinen Geräte eingesetzt, die eine Trocknung auf einem Fließbett ermöglichen.
Dennoch können all diese Geräte andauernd überlastet sein, was eine gewisse Wartezeit der zu trocknenden Produkte außerhalb der Geräte bedeutet, während der nicht unerhebliche Mengen an Lösemittel in die Umgebung freigesetzt werden. Außerdem erfordern diese Geräte häufig viele Maßnahmen zur Wartung, Reinigung und Freigabe. Dennoch ist die Phase der Trocknung, obwohl sie bezüglich Durchführbarkeit, Kosten und Zeit im Vergleich mit den ihr vorangehenden Arbeitsgängen die meisten Probleme aufwirft, am Ende der Herstellung eines Produktes wesentlich, denn die trockene Form ist die wichtigste Form für Transport und Vertrieb.
Deswegen hat die Erfindung, um den Erfordernissen der Industrie aufs beste zu entsprechen, ein neues Verfahren zur Trocknung von Materialien zum Gegenstand, die empfindlich auf Befeuchtung mit einem Lösemittel reagieren, das insbesondere die Vorteile aufweist, ohne Bedarf an Energiezufuhr, besonders von fossilen Brennstoffen, eingesetzt werden zu können, und sowohl im Labor, als auch in industriellen Produktionsstätten verwendbar zu sein.
Dieses Verfahren zur Trocknung ist dadurch gekennzeichnet, dass es hauptsächlich darin besteht, die genannten Materialien von einer Umgebungsatmosphäre, in der dieses Lösemittel vorkommt, zu trennen, indem man sie innerhalb einer Umhüllung hermetisch einschließt, die vorteilhafterweise einen Seitenwandbereich aufweist, der nicht an den Materialien haftet, und bei dem die Umhüllung im Wesentlichen aus einer Membran aus Polymermaterial besteht, welches in Gegenwart des die genannten Materialien befeuchtenden, zu entfernenden Lösemittels in flüssigem Zustand selektiv permeabel für den Dampf dieses Lösemittels ist, wobei sich die Wirkung unter dem Effekt einer Differenz des osmotischen Druckes zwischen den beiden Oberflächen der Membran durch eine Migration der gasförmigen Moleküle des Lösemittels durch das Polymermaterial hindurch vollzieht, die auf der Mobilität der intramolekularen Leerstellen des Polymermaterials beruht.
In der Praxis setzt das Verfahren nach der Erfindung also eine semipermeable und nicht poröse Membran ohne Perforationen ein, die als unversehrt, da lückenlos, bezeichnet werden kann und die dennoch so entwickelt wurde, dass sie sich von Molekülen im Einzelzustand durchdringen lässt, wie es diejenigen im gasförmigen Zustand sind, im Gegensatz zu den nicht differenzierten Molekülen von nicht verdampften Flüssigkeiten. Derartige Membranen sind vorzugsweise vom Typ derjenigen, welche in der internationalen Patentanmeldung beschrieben sind, die am selben Tag wie die vorliegende unter Inanspruchnahme der Priorität mit demselben relevanten Datum der französischen Patentanmeldung 99 10850 im Namen derselben Erfinder eingereicht wurde.
Das Verfahren nach der Erfindung beinhaltet also vorzugsweise, entsprechend dem Inhalt derselben, verschiedene sekundäre Merkmale, die die Polymer-Zusammensetzung betreffen, die zur Bildung der semipermeablen Membran dient. Insbesondere ist die Membran, die vorteilhafterweise lückenlos, ohne Perforationen oder Pororität ist, vorzugsweise mit einem Copolymer aus harten Sequenzen, die die mechanische Widerstandskraft der Membran sicherstellen, und aus weichen Sequenzen auf Grundlage eines elastomeren Oligomers ausgeführt, die die selektive Permeabilität der Membran für die gasförmigen Moleküle des Lösemittels durch die Mobilität der Leerstellen sicherstellen und eine bevorzugte Affinität zu den Molekülen des Lösemittels aufweisen.
Wenn wie oben stehend darauf hingewiesen wird, dass die semipermeable Membran nicht an den zu trocknenden Materialien haftet, so heißt das nicht, deshalb einen breiten Zwischenraum zwischen den betreffenden Oberflächen zu halten. Im Allgemeinen besteht ein ausreichender natürlicher Zwischenraum zwischen den Materialien in festem Zustand, in Stücken oder als Pulver, und der Membran, und sogar Materialien in teigigem oder flüssigem Zustand können durch das Verfahren der Erfindung behandelt werden.
Die empfindlich auf Befeuchtung mit einem Lösemittel reagierenden Materialien, auf die die Erfindung abzielt, sind entweder Materialien, die ein zu entfernendes Lösemittel enthalten, um trockene und reine Materialien zu erhalten, oder bereits trockene Materialien, die jedoch leicht die Feuchtigkeit wiederaufnehmen, wenn sie nicht von der Umgebungsatmosphäre getrennt werden, in der das Lösemittel, auf das sie empfindlich reagieren, vorhanden ist. Es wird klargestellt, dass das Lösemittel zur Befeuchtung nicht notwendigerweise von wässriger Natur ist und dass infolgedessen die infrage stehende Feuchtigkeit von jedem anderen Lösemittel als Wasser stammen kann.
Die Ausführung des Verfahrens zur Trocknung nach der Erfindung wird nachfolgend an den feuchten Materialien erläutert, die deshalb so genannt werden, weil sie durch ein Lösemittel befeuchtet sind, das ihnen entzogen werden muss. Es wird angenommen, dass dieses Lösemittel Wasser ist, obgleich das Verfahren ohne nennenswerte Änderungen und mit Hilfe derselben Beispiele für Membranen auf jedes polare Lösemittel, also nicht nur die wässrigen, angewendet werden kann. Es genügt nämlich, dass das Polymermaterial gegenüber dem Lösemittel eine Affinität desselben physikochemischen Typs aufweist, wie gegenüber den Molekülen von Wasserdampf. Nun beruht eine solche Affinität auf polaren Bindungen, in denen Van der Waalssche Kräfte wirken, wie man es von hydrophilen Verbindungen kennt.
Das Trocknungsverfahren der Erfindung beruht auf einem Phänomen, das der Osmose nahe kommt. Es nutzt die Tatsache aus, dass im Inneren der Umhüllung, die die feuchten Materialien einschließt, ein Überdruck osmotischen Typs erzeugt wird, der auf einen Anstieg des Partialdruckes des zu entfernenden Lösemittels zur Befeuchtung zurückzuführen ist. Unter derartigen Bedingungen sehen die thermodynamischen Gesetze vor, dass sich die Dampfdrücke beiderseits der wand der Umhüllung ausgleichen. Nach der Erfindung, und dank dieses Druckausgleichs zwischen der inneren und der äußeren Umgebung der Umhüllung, beginnt allmählich die Trocknung durch Verdampfung des Lösemittels oberhalb des zu trocknenden Materials im Inneren der Umhüllung, dann durch Diffusion und Transfer des Dampfes des Lösemittels zur Befeuchtung durch die Wand der Umhüllung. Bei Produkten aus flüssigen Lösungen setzt die Trocknung durch die hermetisch verschlossene Membran voraus, dass sich ebenfalls eine partielle Verdampfung des Lösemittels in unmittelbarer Nähe der inneren Oberfläche der Membran vollzieht, die mit dem Lösemittel in Kontakt steht, und da das Lösemittel in großen Mengen vorhanden ist, wird die Kinetik der Trocknung insgesamt beträchtlich verbessert.
Es ist klar, dass die gasförmigen Moleküle des Lösemittels zur Befeuchtung durch Migration durch die Dicke der Membran ausschließlich in eine Richtung diffundieren, nämlich vom Inneren zum Äußeren der Membran, bis das thermodynamische Gleichgewicht hergestellt ist. Es ist ebenfalls klar, dass die Verdampfung des Lösemittels, das in dem in der Umhüllung eingeschlossenen Material enthalten ist, voraussetzt, dass das aus dem Material zu entfernende Lösemittel bei den außerhalb der Membran herrschenden Temperatur-, Druck- und relativen Luftfeuchtigkeitsbedingungen einen nicht vernachlässigbaren Sättigungsdampfdruck aufweist.
In dem Maße, wie das Lösemittel verdampft und die gasförmigen Moleküle des Lösemittels durch die Umhüllung diffundieren, verarmt das Material an flüssigem Lösemittel und trocknet folglich. Der Überdruck osmotischen Typs wird im Inneren der Umhüllung aufrechterhalten, solange das Material feucht ist. Die Trocknung ist abgeschlossen, wenn das thermodynamische Gleichgewicht, also die Gleichheit der Partialdrücke des zu entfernenden Lösemittels beiderseits der Membran, erreicht ist. Auf thermodynamischer Ebene nimmt die Aktivität des zu entfernenden Lösemittels, definiert als gleich dem Verhältnis des Partialdruckes des als oberhalb des zu trocknenden Produktes betrachteten Lösemitteldampfes zum Partialdruck des reinen Lösemitteldampfes bei gleicher Temperatur, ab, solange ein Überdruck besteht, und bleibt dann konstant, sobald der Druckausgleich hergestellt ist.
Nach alldem, was oben stehend gesagt wurde, zeigt sich also, dass die Trocknung des hermetisch in der Umhüllung eingeschlossenen, feuchten Materials durch zwei thermodynamische Phänomene bestimmt wird, deren Auswirkungen zusammenwirken, und zwar einerseits die Verdampfung des Lösemittels, das so aus dem zu trocknenden Produkt extrahiert wird, vorteilhafterweise in der Nähe eines im Abstand von dem feuchten Material gehaltenen Wandbereiches, zumindest wenn dieses in festem Zustand ist, und andererseits die Diffusion des Lösemitteldampfes mitten in der Membran, die seine Migration durch ihre Dicke zur Folge hat. Unter Berücksichtigung der beteiligten Phänomene kommt es zur Trocknung, sobald die Kinetik der Verdampfung des Lösemittels in der Umhüllung schneller ist als die Kinetik der Diffusion durch die Dicke der Membran. Dennoch ist es wünschenswert, dass die Kinetik der Diffusion nicht zu langsam ist, damit die Trocknung effizient ist. Es versteht sich von selbst, dass die gasförmigen Moleküle umso schneller diffundieren, umso geringer die Dicke der zu durchdringenden Membran ist. Auf diese Weise lässt sich also die Trocknungsgeschwindigkeit eines feuchten Materials durch Änderung der Dicke der Membranschicht der Umhüllung beeinflussen.
Wie ebenfalls aus der vorgenannten Patentanmeldung hervorgeht, ist die für die Trocknung verwendete semipermeable Membran vorzugsweise durchsichtig oder zumindest durchscheinend, und die Durchsichtigkeit für die sichtbare Strahlung, oder allgemeiner für die Sonnenstrahlung, ist bei der Mehrzahl der praktischen Anwendungen der Erfindung besonders vorteilhaft, gemäß den sekundären Merkmalen der Erfindung, die voraussetzen, dass die Wand, die die semipermeable Membran umfasst, von außen einer solchen Strahlung ausgesetzt wird. Ganz allgemein sieht die Erfindung hinsichtlich dieses Gesichtspunktes vor, die Trocknung durch eine semipermeable Membran hindurch auszuführen, die, zumindest in ihrem aktiven Teil, für elektromagnetische Wellen durchsichtig ist, deren Wellenlängen insbesondere von 10 nm bis 0,1 m variieren können, anders gesagt Ultraviolett- bis Mikrowellenstrahlung.
Dadurch wird es möglich, eine Erwärmung der die zu trocknenden Materialien umgebenden Atmosphäre innerhalb der Membran zu bewirken, indem man die Strahlen, die die Membran von außen durchdrungen haben, darin eingeschlossen hält.
Wenn die aktive Membran hermetisch verschlossen und einer Strahlungsquelle ausgesetzt wird, steigt nämlich die Temperatur im Inneren des Behälters durch das Auftreten des Phänomens des Strahlungseinschlusses, analog zu dem allgemein als Treibhauseffekt bezeichneten Phänomen. Die einfallenden elektromagnetischen Strahlen verlieren beim Durchdringen der Membran einen Teil ihrer Energie, wodurch sich ihr Spektrum ändert. An der Innenseite der Folie finden sich Strahlen, die fähig sind, die Membran in umgekehrter Richtung zu durchdringen, die also wieder nach außen abgestrahlt werden, sowie Strahlen, die sich nur auf der Membran spiegeln können und auf der Innenseite eingeschlossen bleiben.
Die so eingeschlossenen Strahlen bewirken einen erheblichen Anstieg der Temperatur, die in der durch die Membran umschlossenen Atmosphäre herrscht. Außerdem erwärmt sich die Membran selbst. Nach der Erfindung ist es vorteilhaft, der Zusammensetzung der Folie Bestandteile beizufügen, die zur Verbesserung eines solchen Einschlusseffektes geeignet sind, indem man verschiedene Moleküle zugibt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Membran, die Gegenstand der Erfindung ist, ermöglicht es die Beimengung von Kieselerdeteilchen geringer Körnung (z. B. in der Größenordnung eines Nanometers), deren Gewicht vorteilhafterweise zwischen 2 % bis 20 % der die Membran bildenden Polymer-Zusammensetzung liegt, den Temperaturanstieg im Inneren der Membran merklich zu verbessern, und damit durch Erhöhung des Partialdrucks des Lösemittels zugleich die Trocknungsgeschwindigkeit durch Diffusion durch die Membran zu erhöhen. (Die Zusetzung der Kieselerde in das Polymer wird gemäß den dem Fachmann bekannten herkömmlichen Verfahren durchgeführt.) Unter diesen Bedingungen nutzt die Erfindung ein wirtschaftliches Mittel zur Durchführung der Trocknung, indem die natürliche Energie der Sonnenstrahlung ausgenutzt wird, die leicht verfügbar und umweltfreundlich ist, unter Verzicht auf Energiezufuhr, insbesondere aus fossilen Brennstoffen. Ein zusätzlicher Vorteil des Effektes des Strahlungseinschlusses ergibt sich aus der Erhöhung der Innentemperatur der Membran, soweit dies die Mobilität der Makromolekularketten und folglich die Diffusion der gasförmigen Moleküle durch die Membran begünstigt.
In jedem Fall wird die Verdampfung des Lösemittels und die Migration der Lösemittelmoleküle in der Dampfphase solange fortgesetzt, wie die Lösemittelmenge, in Masse pro Volumeneinheit, die in der Atmosphäre im Inneren der Membran oberhalb des zu trocknenden Produktes vorhanden ist, über der Menge des Lösemittelmaterials pro Volumeneinheit außerhalb der Membran bleibt; es ist die dadurch hervorgerufene Rückbewegung zum thermodynamischen Gleichgewicht hin, welche die Moleküle durch die Membran wandern lässt. Hier wird gut verständlich, dass, je höher die Temperatur im von der Membran umschlossenen Raum ist, das Lösemittel umso mehr dazu neigt, oberhalb des zu trocknenden Produktes zu verdampfen, und folglich umso mehr Moleküle schnell durch die Membran wandern werden.
Ohne die Wirklichkeit der betreffenden Phänomene einschränken zu wollen, lässt sich die Funktionsweise der Membran und ihre für Dämpfe selektive Permeabilität durch einen ausschließlichen Transfer dieser Dämpfe durch die Membran erklären, der in unmittelbarem Zusammenhang mit der inhärenten Struktur der Makromolekularketten des copolymerisierten Materials steht. Dieser Transfer von Dämpfen erfolgt durch Migration der Moleküle durch die gesamte Dicke der Membran nach einer Funktionsweise, die ausführlicher untersucht werden kann, wie nachfolgend erklärt wird.
Der Transfer durch Migration der gasförmigen Lösemittelmoleküle wird durch das Vorhandensein von intramolekularen Zwischenräumen oder Leerstellen in dem Polymermaterial selbst und auf mikroskopischer Ebene möglich, die im Ganzen das so genannte freie Volumen bilden. In einem Polymermaterial enthält nämlich das durch das Polymer eingenommene Gesamtvolumen ein erstes Volumen, das dem Volumen entspricht, das das Polymer einnehmen würde, wenn es kondensiert wäre, und ein zweites Volumen, das den nicht durch das Polymer eingenommenen Zwischenräumen entspricht und das als freies Volumen bekannt ist.
Gemäß der Erfindung wird die Kapazität der Leerstellen genutzt, um selektiv die Migration der gasförmigen Moleküle unter Abweisung des Lösemittels in flüssigem Zustand durch die Dicke des Polymermaterials sicherzustellen, indem das Polymer der Membran derart gebildet wird, dass es, vorzugsweise durch weiche Sequenzen, eine selektive chemische Affinität zu den gasförmigen Molekülen des Lösemittels aufweist, welche vorteilhafterweise wenig raumeinnehmend sind und so ungehindert in den Leerstellen des Materials wandern können.
Die bestmögliche Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erfordert also, dass die semipermeable Membran physikochemische Wechselwirkungen mit den Molekülen herstellen kann, und dass sie über eine ausreichende Menge an freiem Volumen verfügt, wobei die Leerstellen zu diesem Zweck ausreichend groß und ausreichend mobil sind, um die Dampfmoleküle aufnehmen und sie durch die gesamte Dicke der Membran mitnehmen zu können.
Es sei erwähnt, dass die Größe der Leerstellen vorteilhafterweise in der Größenordnung von einem Ångström (10^–10 m) liegt, wodurch ausschließlich der Transfer von dissoziierten Molekülen durch Migration durch die Dicke der Membran möglich ist, deren Größenordnung einige zehn Mikrometer beträgt. Da die Flüssigkeitsmoleküle nicht einzeln sind, können sie die Membran nicht mit Hilfe der Leerstellen durchdringen.
In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Polymermaterial ein Copolymer, gebildet aus harten, stark kristallinen Sequenzen, die die mechanische Widerstandskraft des Materials sicherstellen, und aus weichen, stark amorphen Elastomer-Sequenzen, die die Permeabilität des Materials für die Lösemitteldämpfe durch die Mobilität der Leerstellen sicherstellen. Der chemische Aufbau der weichen Sequenzen wird so gewählt, dass die Sequenzen eine selektive Affinität zu den gasförmigen Lösemittelmolekülen aufweisen, ohne eine Wechselwirkung mit den anderen Bestandteilen des Materials zu erlauben.
In der Ausführung einer semipermeablen Membranfolie, die zum Einschließen zu trocknender Materialien durch das Verfahren nach der Erfindung geeignet ist, lässt sich die polymere Membran mit einer Trägerschicht zur mechanischen Verstärkung zusammenbringen, mit der sie vorteilhafterweise durch Adhäsion, mit oder ohne Verwendung eines Klebemittels als Zwischenschicht, zur so gebildeten Folie verbunden ist. Diese Trägerschicht kann insbesondere mit einem Faserstoff oder Ähnlichem ausgeführt sein, der insbesondere aus nicht gewebten Fasern gebildet ist, deren Aufbau so gewählt ist, dass er die Kapazitäten der Membran nicht beeinträchtigt. Ein solches Faservlies ist beispielsweise auf Basis von Fasern aus Polypropylenharzen oder Polyesterharzen aufgebaut.
Es wirkt als Stütze oder Trägerschicht zur Verstärkung der mechanischen Festigkeit der Umhüllung, insbesondere wenn sie im Wesentlichen aus einer Membran gebildet ist, die aufgrund der Massengröße der weichen Sequenzen kaum mechanisch widerstandsfähig ist. Es ist ebenfalls nicht ausgeschlossen, mehrere Schichten zur Verstärkung mit der aktiven, semipermeablen Membran zu kombinieren, beispielsweise so, dass sie sie einfassen.
Eine vergleichbare Trägerschicht auf Basis eines permeablen Filzes aus nicht gewebten Fasern kann mit anderen Materialien, etwa mit Papieren, ausgeführt werden. Hierzu wählt man besonders diejenigen zur Verpackung von Nahrungsmitteln, die vorteilhafterweise eine Permeabilität für Wasser zwischen 50 000 und 100 000 g/m² pro 24 Stunden und ein Flächengewicht zwischen 26 g/m² und 100 g/m² aufweisen. Ihre Durchsichtigkeit für das sichtbare Licht ist ausreichend, um den Treibhauseffekt zu erhalten, der eine schnelle Trocknung begünstigt.
Je nach den Umständen jeder einzelnen Anwendung kann ebenfalls bevorzugt werden, eine polymere Membran zu wählen, die ausreichend dick und widerstandsfähig ist, um den einzigen Bestandteil einer einschichtigen Folie darzustellen, wobei in diesem Fall vorgesehen werden kann, die Membran am Einsatzort z. B. auf einer mikroperforierten Scheibe zu stützen. Es empfiehlt sich natürlich, jedes Mal eine Trägerschicht zu wählen, die die semipermeablen Eigenschaften der Membran nicht verschlechtert. Deshalb ist es vorteilhaft, dass das die Trägerschicht bildende Material eine durchbrochene Struktur aufweist. Es empfiehlt sich ebenfalls, sich vor der Befestigung der Membran an der Trägerschicht zu vergewissern, dass die chemische Zusammensetzung des Materials der Trägerschicht mit derjenigen der Membran verträglich ist, damit die Haftung zwischen der Membran und der Trägerschicht erleichtert wird. Eine mehrschichtige Folie, die für die Ausführung des Verfahrens zur Trocknung nach der Erfindung geeignet ist, wird vorteilhafterweise durch Heißkalandrieren des entsprechenden Polymers unter Kontrolle der Dicke der Membran ausgeführt.
Bei einer Membran auf Basis eines Copolymers, das aus harten und weichen Sequenzen gebildet ist, bestimmt der jeweilige Anteil jedes Kettengliedes in dem Polymermaterial den Permeabilitätsgrad der Membran. In Anbetracht dessen, was zuvor über die Durchführbarkeit der Migration der gasförmigen Moleküle durch die Membran gesagt wurde, wird verständlich, dass ein intrinsisch hydrophil aufgebautes Polymermaterial, d. h. ein Polymermaterial, in dem die weichen Sequenzen diejenigen eines hydrophilen Oligomers sind und im Vergleich mit den harten Sequenzen funktionell das Übergewicht haben, im Wesentlichen den Transfer von Wasserdampf zulässt. Da die Hydrophilie eine direkte Folge des Vorhandenseins von polaren Gruppen ist, kann das hydrophile Oligomer dennoch ebenfalls polare Wechselwirkungen mit einem polaren organischen Lösemittel herstellen, und folglich erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Trocknung von Materialien, die durch Wasser oder jedes andere polare organische Lösemittel mit vergleichbarem Verhalten befeuchtet wurden, so z. B. durch Methanol, Ethanol oder Aceton, die häufig bei der organischen Synthese verwendet werden.
Unter diesen Bedingungen wurde festgestellt, dass sich die Polymere vom Typ Poly(ether-Block-amid) besonders zur Ausführung des Verfahrens eignen, das die Trocknung gemäß der Erfindung ausführt. Ein Poly(ether-Block-amid) ist ein Blockcopolymer, dessen Makromolekularketten aus abwechselnden Verkettungen von Polyetherblöcken, die die weichen Sequenzen aufweisen, und Polyamidblöcken, die die harten Sequenzen aufweisen, bestehen. Ein solches Copolymer geht aus der Polykondensation von Polyamid-Oligomerketten, die an ihren Enden Dicarboxylketten aufweisen, mit Polyether-diol-Oligomerketten hervor. Ein einzelnes Poly(ether-Block-amid) umfasst einen einzigen Typ Polyamidblöcke und einen einzigen Typ Polyetherblöcke. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden besonders Polyamid-Sequenzen verwendet, die ausschließlich aus Polyamid 12 gebildet sind, notiert als PA 12 (-(CH₂)₁₁-CO-NH-), und Polyether-diol-Sequenzen, die entweder aus Polyethylenglykol, notiert als PEG (-O-(CH₂)₂-), oder aus Polytetramethylenglykol, notiert als PTMG (-O-(CH₂)₄-), gebildet sind.
Stellt man sich den Sonderfall vor, bei dem die Membran auf einem Poly(ether-Block-amid) basiert, wird nachfolgend eine funktionale, nicht einschränkende Erklärung der Eigenschaften der selektiven Permeabilität der Membran gegenüber Wasser, einem wasserhaltigen Lösemittel oder einem organischen Lösemittel mit vergleichbarem polaren Verhalten vorgelegt.
Die PA 12-Blöcke des Poly(ether-Block-amids) sind kristallin und stark hydrophob. Intrinsisch neigen sie folglich zu einem stark abstoßenden Effekt gegenüber polaren Lösemitteln. Dafür bringen sie die mechanischen Eigenschaften mit, die die Membran benötigt, um bestimmte industriellen Anwendungen auszuhalten. Im Gegensatz dazu sind die Polyetherblöcke amorph und stark hydrophil. Sie weisen also, im Innern der für Moleküle in der Gasphase selektiv permeablen Membran, eine selektive Affinität zu den Molekülen auf, die sich durch polare Anziehung für spezifische physikochemische Wechselwirkungen mit den Makromolekularketten eignen. Folglich sind es die Polyetherblöcke, die, aufgrund ihrer Affinität zu den diffundierenden polaren Molekülen, den Transfer des Wasserdampfes und der polaren Lösemitteldämpfe über die vorhandenen Leerstellen sicherstellen.
Speziell bei einem Poly(ether-Block-amid) ermöglichen die Etherfunktionen der Polyetherblöcke, den Makromolekularketten der Membran zusätzliche Rotationen um das Sauerstoffatom zu verleihen. Diese durch die Sauerstoffatome der Polyetherblöcke bewirkte Kettenbewegung erzeugt eine größere Menge an vorhandenem freiem Volumen und folglich eine bessere Permeabilität der Membran.
Die Zahlenmittelwerte der Molekularmassen der Polyether-Sequenzen und der PA 12-Sequenzen sind derart gewählt, dass sie nicht zu hoch sind, damit die Permeabilitätskapazitäten der Membran bestmöglich werden. Die Menge an vorhandenem freiem Volumen steigt nämlich, wenn der Zahlenmittelwert der Molekularmasse der Polyetherblöcke abnimmt. Der Zahlenmittelwert der Molekularmasse der PA 12-Sequenzen liegt vorteilhafterweise zwischen 1 500 und 5 000 und derjenige der Polyether-Sequenzen zwischen 650 und 2 000.
Die Mengenverhältnisse zwischen Polyamid- und Polyetherblöcken sind so gewählt, dass ein intrinsisch hydrophil agierendes Material erhalten wird.
Vorteilhafterweise enthält das zur Ausführung des Verfahrens verwendete Poly(ether-Block-amid) 30 bis 60 seines Gewichtes an Polyetherblöcken und 70 bis 40 seines Gewichtes an Polyamidblöcken.
Allgemeiner ausgedrückt kann man hier davon sprechen, dass es nach der Erfindung bevorzugt ist, dass die Polymer-Zusammensetzung des Membranmaterials eine Mehrzahl an weichen Oligomer-Sequenzen, die durch die darin enthaltenen Stellen mit hydrophiler Affinität gekennzeichnet sind, sowie eine Minderzahl an harten Oligomer-Sequenzen umfasst, deren Eigenverhalten stark hydrophob ist.
Es ist zweckmäßig, an dieser Stelle daran zu erinnern, dass die Kinetik der Trocknung umso schneller ist, je größer die Menge der vorhandenen Polyether-Sequenzen ist. Außerdem ist das PTMG aufgrund seiner vier CH₂-Gruppen weniger polar als das PEG, und folglich ist die Kinetik der Trocknung eines durch Wasser oder ein polares Lösemittel befeuchteten Materials langsamer, wenn die Polyether-Sequenzen des Poly(ether-Block-amids) eine PTMG-Basis haben. Bei den Produkten, die eine Restmenge an Lösemittel behalten müssen ist folglich vorzuziehen, das PTMG als Polyetherblöcke zu verwenden. Dennoch begrenzt dies in keiner Weise die verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens des Gegenstands der Erfindung.
Obwohl die gerade beispielhaft beschriebene Membran ganz besonders der Trocknung von Materialien angepasst ist, die Wasser oder irgendein polares Lösemittel mit vergleichbarem Verhalten enthalten, wird ausdrücklich herausgestellt, dass der Rahmen des Verfahrens der Erfindung nicht verlassen würde, wenn die Materialien ein Lösemittel zur Befeuchtung mit apolarem Aufbau enthielten, wobei in diesem Fall natürlich eine Membran mit stark hydrophoben Eigenschaften, z. B. eine aus Polyolefinen gebildete Membran, vorzusehen wäre, sodass sie eine selektive Affinität zu den gasförmigen Molekülen des apolaren Lösemittels aufweist.
Unabhängig von der für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten chemischen Zusammensetzung der Membran ist die Membran lückenlos gewählt, d. h. ohne jede Mikroperforation, und folglich impermeabel für Bakterien und Mikroorganismen. Sie ist eventuell sterilisiert. Die Sterilisation kann durch die üblichen Sterilisiertechniken wie z. B. durch Autoklavieren (120 °C), durch β- oder γ-Strahlen oder durch Ethylenoxid ausgeführt werden. Die Verwendung einer zuvor sterilisierten Membran ermöglicht es, die Materialien in steriler Umgebung aufzubewahren. Die Membran ist natürlich chemisch inert gegenüber dem zu entfernenden Lösemittel. Durch ihre Eigenschaften ist sie auch mehrere Stunden lang hitzebeständig, zumindest bis zu 80 °C, was die eventuelle Einführung der die Materialien einschließenden Umhüllung in eine Trockenkammer ermöglicht, da die Wärmezufuhr durch die Trockenkammer die Trocknung beschleunigt. In diesem Fall sind die Reinigung und die Freigabe der Trockenkammern zwischen zwei Trocknungen nicht notwendig.
Die Dicke der Membran ist derart gewählt, dass die Migration des Dampfes nicht zu langsam ist. In der Praxis liegt sie über 2 μm, aber unter 1 000 μm, um sich in den Größenordnungen einer insgesamt weichen, zusammenrollbaren Folie zu befinden. Vorzugsweise liegt die Eigendicke der semipermeablen Membran zwischen 10 und 100 μm, und vorteilhafterweise zwischen 10 und 60 μm.
Die verwendeten Membranen haben vorteilhafterweise eine Permeabilität für Wasserdampf, die zwischen 7 000 und 20 000 g/m²/24 h liegt (gemäß der ASTM E 96 B-Norm bei 38 °C und 50 % RLF), eine Permeabilität für Sauerstoff von 6 500 bis 18 500 cm³/m²/24 h/bar und eine Permeabilität für Kohlendioxid, die zwischen 72 000 und 177 000 cm³/m²/24 h/bar liegt. Die Membranen weisen eine Dichte von 1,02 bis 1,07 g/cm³ und eine Shore-Härte von 25 bis 75 D auf. Die Bruchdehnung liegt um die 365 % und die Bruchlast bei annähernd 3,9 daN/mm².
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens nimmt das einmal trockene Material die Feuchtigkeit nicht wieder auf, wenn es im Inneren der hermetisch verschlossenen Umhüllung aufbewahrt wird. Wie weiter oben dargelegt wurde kann nämlich, wenn einmal das thermodynamische Gleichgewicht erreicht ist, kein Transfer von Dampf mehr durch die Dicke der polymeren Membran stattfinden. Da diese außerdem impermeabel für Flüssigkeiten ist, ist die Wiederaufnahme von Feuchtigkeit durch das Produkt nicht mehr möglich. Infolgedessen ist das Trockenhalten des Materials sichergestellt. Legt man ein trockenes, aber empfindlich auf Feuchtigkeit – besonders auf Luftfeuchtigkeit – reagierendes Material in eine hermetisch verschlossene Umhüllung, die aus einer Membran besteht, welche die zuvor beschriebenen Merkmale besitzt, so bleibt das Material trocken. Es ist folglich klar, dass die Einführung eines trockenen, aber empfindlich auf Befeuchtung reagierenden Materials in die Umhüllung eine der Befeuchtung vorbeugende Behandlung darstellt.
Vorteilhafterweise ist die die zu trocknenden Materialien einschließende Umhüllung entweder in Form einer ebenen Folie ausgebildet, die ein geschlossenes System in den gewöhnlichen Lagerungs- oder Produktionsstätten abdichtet, oder in Form von hermetisch verschlossenen Beuteln, die sich besonders zur Trocknung von Produkten im Labor eignen. Der hermetische Verschluss der Beutel wird durch an sich bekannte Mittel wie z. B. durch Heißkleben oder Ultraschallverbindung oder durch Adhäsion ausgeführt. In anderen Fällen ist die Umhüllung in Form einer ebenen Folie, die von Rollen abgerollt werden kann, als „Tunnel" angeordnet, der Pflanzen im Freiland abdeckt. Die zu trocknenden Materialien können dort auf eine impermeable oder permeable Folie gelegt werden, die die Basis des geschlossenen Raumes im Inneren der Membran darstellt. Sie können auch auf Gitter oder in Gemüsekisten gelegt werden, die selbst auf die Folie gestellt werden. Das Ganze wird, mit oder ohne Stützbögen, mit Hilfe der semipermeablen Membran abgedeckt und eventuell mit einer Trägerschicht komplexiert. Eine ausreichende Dichtigkeit an den Rändern der Membran kann erreicht werden, wenn man sie auf den Boden drückt.
Um die Trocknungsgeschwindigkeit und den Trocknungsgrad zu begünstigen, können die feuchten zu trocknenden Materialien auf ein Gitter gelegt werden, wodurch die aktive Oberfläche der Membran vergrößert wird. Aus denselben Gründen liegt das zu trocknende Material vorteilhafterweise in geteiltem Zustand in Form von kleinen Kristallen oder Teilchen vor. Bei festen Materialien in Stücken, deren Größe über einigen Millimetern liegt, ist es vorteilhaft sie zu vermahlen, bevor sie in der Umhüllung verpackt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Trocknung von festen, teigigen oder pulverigen sowie flüssigen Produkten. Die teigigen oder pulverigen Produkte, auf die die Erfindung insbesondere abzielt, sind Arzneimittelpulver, feste und spezifische Chemikalien wie thixotrope Produkte und biologisches Material aus der Landwirtschaft von tierischer und pflanzlicher Herkunft. Als feste Produkte, die durch das Verfahren der Erfindung getrocknet und trocken gehalten werden können, sind z. B. mechanische und elektronische Artikel, Beweisstücke in Gerichtsverfahren und Textilien wie Bekleidung oder Haushaltswäsche zu nennen. Bei den Produkten aus flüssigen Lösungen äußert sich die Trocknung durch eine Zunahme der Konzentration der Lösung in derselben Weise wie bei den Produkten, in denen das feuchte Material überwiegend fest bleibt. Flüssigkeiten wie Blut, Fruchtsäfte, Wein, Milch oder flüssige Abfälle wie Reinigungsmittel können mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung konzentriert werden.
Gemäß einer Variante der Erfindung wird das Verfahren nicht mehr für eine Trennung fest/flüssig verwendet, sondern für eine Trennung flüssig/flüssig. Hierbei wird dann selektiv eine in einem flüssigen Gemisch aus mindestens zwei Flüssigkeiten verschiedenen chemischen Aufbaus enthaltene Flüssigkeit getrennt. Diese Trennung beruht auf demselben Funktionsprinzip wie die Trennung fest/flüssig, und zwar Verdampfung eines flüssigen Lösemittels, dann Diffusion der entsprechenden Dämpfe durch eine Membran, die eine selektive Affinität zu dem zu entfernenden Lösemittel aufweist. Eine der Flüssigkeiten des Gemisches ist mit der chemischen Zusammensetzung der Membran verträglich, hat also bei dem hier betrachteten bevorzugten Beispiel besonders hydrophile Eigenschaften, während die andere verhältnismäßig unverträglich mit ihr ist und unter denselben Bedingungen hydrophobe Eigenschaften hat. Die Membran ist selektiv permeabel für die Dämpfe des verträglichen Lösemittels mit dem sie chemische Wechselwirkungen herstellt, die die Migration der verdampften Moleküle durch die Dicke der Membran erleichtern. Dem so genannten unverträglichen Lösemittel, das keine Wechselwirkungen mit dem Polymer der Membran aufweist, wird allmählich das verträgliche Lösemittel entzogen und es konzentriert sich auf diese Weise, bis es rein wird.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, dass die polymere Membran das von ihr eingeschlossene Produkt vor Einwirkungen der äußeren Umgebung schützt. Insbesondere verhindert sie, dass die Gefahr einer Kreuzkontamination entsteht und dass Mikroorganismen in die Umhüllung eindringen, was eine sehr kostengünstige keimfreie Trocknung ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Tatsache, dass die Trocknungsqualität von zerbrechlichen oder schwer zu trocknenden Produkten optimal ist. Bei auf hohe Temperaturen empfindlich reagierenden Produkten wie Chemikalien mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 40 °C, Proteinen oder Naturprodukten und -extrakten verhindert das Verfahren zur Trocknung nämlich jede Denaturierung.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass es das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, die Trocknung von Produkten abzuschließen, die mit einer anderen Technik partiell getrocknet wurden, indem die Produkte einfach in einen hermetisch verschlossenen Beutel verpackt werden, der bei Umgebungstemperatur und -druck belassen wird.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass die Produkte, sogar die so genannten hygroskopischen, die gemäß des Verfahrens der Erfindung getrocknet wurden, die Feuchtigkeit bei Umgebungstemperatur und -druck nicht wiederaufnehmen, wenn sie hermetisch in einer Umhüllung eingeschlossen sind, die aus einem intrinsisch hydrophil aufgebauten Material besteht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in einer Vermeidung des Risikos von Vergiftungen bei den Bedienern. Da die zu trocknenden Produkte in eine hermetisch verschlossene Umhüllung gegeben werden, kommen die Bediener nämlich nicht mehr in Kontakt mit giftigen oder potentiell giftigen Produkten.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht schließlich in der Möglichkeit, eine Kältetrocknung in einem geschlossenen Raum mit Luftreinigung auszuführen, wodurch Umweltverschmutzung durch Ausstoß von Lösemittel enthaltenden Abgasen in die Atmosphäre verhindert wird.
Nun wird die Erfindung im Rahmen von einzelnen Beispielen zur Ausführung und Anwendung des Verfahrens beschrieben.
Beispiel 1:
Ein hygroskopisches Granulat mit 79 % Wassergehalt wird durch einfache Vermahlung in Pulverform gebracht. Anschließend werden 100 g dieses Pulvers in zwei verschiedene Umhüllungen gegeben, deren Gesamtfläche 962 cm² beträgt. Die verwendeten Umhüllungen bestehen aus einer semipermeablen Membran, die aus einem Polymermaterial auf Basis eines Poly(ether-Block-amids) gebildet ist, dessen Gewicht aus 40 % PTMG-Sequenzen und 60 % PA 12-Sequenzen zusammengesetzt ist. Die Dicke der Wand der Umhüllung beträgt 25 μm. Jede Umhüllung wird so warmgeschweißt, dass ein Beutel erhalten wird. Als Kontrolle wird ein flacher Behälter verwendet, der das an der freien Luft belassene Pulver enthält.
Die Proben in den Beuteln wurden auf Traggitter gelegt, eine bei Umgebungstemperatur und die andere in eine Trockenkammer mit 50 °C.
Die Kinetik der Trocknung des Kontrollproduktes und der bei Umgebungstemperatur und mit 50 °C in die Umhüllungen gelegten Granulate wurde über 70 Stunden untersucht. Es wird festgestellt, dass das Gewicht der Kontrollprobe praktisch nicht variiert. Dafür ist der Gewichtsverlust bei den in jeder der beiden Umhüllungen enthaltenen Produkten erheblich. Der Verlauf des Gewichtsverlustes in Abhängigkeit von der Zeit ist bei jeder der beiden Umhüllungen etwa gleich, aber der Trocknungsgrad ist besser, wenn die Umhüllung in die Trockenkammer gegeben wird.
Bei jeder der beiden Umhüllungen variiert das Gewicht des Produktes nach 50 Stunden praktisch nicht mehr. Nach 70 Stunden beträgt das Gewicht des in der Umhüllung in die Trockenkammer gelegten Produktes 20 g, während dasjenige des in der Umhüllung bei Umgebungstemperatur belassenen Produktes 35 g beträgt.
Beispiel 2:
Leicht holzige Pflanzen werden bei kühlem und regnerischem Wetter geerntet. 175 g der grob geschnittenen Pflanzenprobe werden in einer hermetisch verschlossenen Umhüllung verteilt. Die Gesamtfläche der Umhüllung beträgt 1 500 cm². Die verwendeten Umhüllungen bestehen aus einer semipermeablen Membran, die aus einem Polymermaterial auf Basis eines Poly(ether-Block-amids) gebildet ist, dessen Gewicht aus 40 % PTMG-Sequenzen und 60 % PA 12-Sequenzen zusammengesetzt ist. Die Dicke der Wand der Umhüllung beträgt 25 μm. Als Kontrolle wird ein Gefrierbeutel für Nahrungsmittel verwendet.
Die Umhüllung und der Gefrierbeutel werden in einem Raum ohne mechanische Belüftung aufgehängt. Die Temperatur wird bei etwa 19 °C und die relative Luftfeuchtigkeit bei 70 % gehalten.
Es wird festgestellt, dass sich an der Innenseite des Kontrollbeutels sehr schnell Beschlag bildet. Schon am vierten Tag entwickelt sich Braunfleckigkeit auf der Kontrollprobe, um sie danach völlig zu bedecken. Bei der Öffnung des Beutels am Ende des Versuchs strömen Gärungsgerüche aus. Während der gesamten Dauer des Versuchs wird der Musterbeutel regelmäßig gewogen und es fällt auf, dass keine Gewichtsveränderung stattfindet.
Die in die Umhüllung gegebene Probe verhält sich anders. Die Pflanze behält ihre grüne Farbe und ein charakteristischer Geruch trockener Pflanzen strömt während des Versuchs aus. Bei der Öffnung der Umhüllung zerfällt die Pflanze unter den Fingern.
Um die Kinetik der Trocknung zu bewerten wird die Umhüllung regelmäßig gewogen. Sobald die Pflanze in die Umhüllung gegeben wird ist der Feuchtigkeitsverlust beachtlich. Nach dem vierten Tag wiegt die Pflanzenprobe 90 g. Ab dem sechsten Tag ist der Gewichtsverlust wesentlich geringer. Am zehnten Tag wiegt die Probe nicht mehr als 55 g und die in ihr enthaltene Feuchtigkeit wurde ihr vollständig entzogen.
Beispiel 3:
Eine Chemikalie mit einem Schmelzpunkt nahe 40 °C und mit 20 % Wassergehalt wird in eine hermetisch verschlossene Umhüllung gegeben. Die Umhüllung besteht aus einer semipermeablen Membran, die aus einem Polymermaterial auf Grundlage eines Poly(ether-Block-amids) gebildet ist, dessen Gewicht aus 40 % PTMG-Sequenzen und 60 % PA 12-Sequenzen zusammengesetzt ist. Die Dicke der Wand der Umhüllung beträgt 25 μm und die Gesamtfläche der Umhüllung beträgt 2184 cm². Die Chemikalie stellt keine physikochemischen Wechselwirkungen mit dem Poly(ether-Block-amid) her. Um die Trocknungseffizienz zu vergleichen wird das Produkt ebenfalls in einen flachen, offenen Behälter in eine Trockenkammer mit 40 °C gegeben.
Unter diesen Bedingungen sublimiert das Produkt und der am Ende der Trocknung festgestellte Verlust beträgt 15 % des Gesamtgewichtes.
Bei der Trocknung des in die Umhüllung gelegten Produktes sublimiert das Produkt im Inneren der Umhüllung, aber seine Dämpfe durchdringen aufgrund der chemischen Unverträglichkeit des zu trocknenden Produktes mit dem Poly(ether-Block-amid) nicht die Wand. Allein die Wasserdampfmoleküle diffundieren durch die Wand. Der für diese Phase der Trocknung berechnete Wirkungsgrad beträgt annähernd 99,5 %.
Beispiel 4:
Frisch geschnittene und direkt auf den Boden gelegte Heilpflanzen werden durch eine semipermeable Membran abgedeckt, die mit einem eine Folie bildenden Faservlies aus Polyester verbunden ist. Die Membran hat als Grundlage ein Poly(ether-Block-amid), dessen Gewicht aus 50 % PA 12-Blöcken und 50 % PEG-Blöcken besteht. Die Dicke der aktiven Membran beträgt 18 μm. Das Flächengewicht des Faservlieses beträgt 30 g/m² und seine Dicke 0,13 mm. Die Permeabilität dieser Folie für Wasserdampf, die gemäß der in der ASTM E 96 B-Norm (38 °C, 50 % RLF) beschriebenen Methode gemessen wird, beträgt 24 000 g/m² pro 24 Stunden.
Die Dichtigkeit auf den Seiten und an den Enden der Folie wird mit Erde erreicht, damit der auf diese Weise im Freien aufgebaute „Tunnel" hermetisch verschlossen ist. Die so abgedeckten Pflanzen trocknen ohne Energiezufuhr, besonders ohne Verbrauch fossiler Energie, in 48 Stunden. Die Qualität der Pflanzen ist mit derjenigen von heißluftgetrockneten Kontrollproben vergleichbar.
Beispiel 5:
Alte Bekleidung wird in eine aus einer semipermeablen Membran gebildeten Umhüllung gegeben, die mit einer Folie aus weichem und mikroperforiertem Polyethylen komplexiert ist, welche ein Flächengewicht von 43 g/m² aufweist. Die semipermeable Membran hat als Grundlage ein Poly(ether-Block-amid), dessen Gewicht aus 50 % PA 12-Blöcken und 50 % PEG-Blöcken besteht, und ihre Dicke beträgt 25 μm. Die Permeabilität dieser komplexierten Membran für Wasserdampf, die gemäß der in der ASTM E 96 B-Norm (38 °C, 50 % RLF) beschriebenen Methode gemessen wird, beträgt 200 g/m² pro 24 Stunden.
Die Bekleidung muss bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 45 bis 55 % gehalten und konserviert werden, um das Auftreten von Schimmel, wenn sie zu feucht ist, oder die Veränderung der Fasern, wenn sie nicht feucht genug ist, zu verhindern.
Alte Bekleidung wird ebenfalls in eine einfache Hülle aus Polyethylen gegeben, die eine Permeabilität für Wasserdampf von 18 g/m² pro 24 Stunden aufweist, um den Einfluss der semipermeablen Membran auf die Konservierung der Bekleidung zu untersuchen.
Es wird festgestellt, dass, wenn die Bekleidung durch die komplexierte Membran geschützt ist, ihr Aussehen unversehrt bleibt, selbst wenn die äußere relative Luftfeuchtigkeit nahezu 100 % beträgt, während unter derartigen Bedingungen die durch die einfache Hülle aus Polyethylen geschützte Bekleidung die Feuchtigkeit wieder aufnimmt und schimmelt, was ihren allmählichen Abbau zur Folge hat.
Natürlich ist die Erfindung, wie bereits aus allem Vorangehenden hervorgeht, nicht auf die Bedingungen oder Größen begrenzt, die bezüglich der zur Veranschaulichung der Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen gewählten Beispiele genauer beschrieben wurden.

Claims

Verfahren zur Trocknung und/oder zum Trockenhalten von Materialien, die empfindlich auf Befeuchtung mit einem Lösemittel reagieren, dadurch gekennzeichnet, dass es im wesentlichen darin besteht, die genannten Materialien von einer Umgebungsatmosphäre, in der dieses Lösemittel vorkommt, zu trennen, indem man sie innerhalb einer Hülle hermetisch einschließt, die im wesentlichen aus einer semipermeablen Membran aus einem Polymermaterial besteht, welches in Gegenwart des die genannten Materialien befeuchtenden Lösemittels in flüssigem Zustand selektiv permeabel für den Dampf dieses Lösemittels ist, wobei sich die Wirkung unter dem Effekt einer Differenz des osmotischen Druckes zwischen den beiden Oberflächen der Membran durch Migration der gasförmigen Moleküle des Lösemittels durch das Polymermaterial hindurch vollzieht, die auf der Mobilität der intramolekularen Leerstellen des Polymermaterials beruht.
Verfahren zur Trocknung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran ein Kontinuum darstellt und nicht porös ist und mit einem Copolymer aus harten Sequenzen, die die mechanische Widerstandskraft der Membran sicherstellen, und aus weichen Sequenzen auf Grundlage eines elastomeren Oligomers ausgeführt ist, die die selektive Permeabilität der Membran für die gasförmigen Moleküle des Lösemittels durch die Mobilität der Leerstellen sicherstellen und eine bevorzugte Affinität zu den Molekülen des Lösemittels aufweisen.
Verfahren zur Trocknung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weichen Sequenzen hydrophile Bereiche umfassen, die die Affinität zu den gasförmigen Molekülen des Lösemittels durch Bildung polarer Bindungen sicherstellen, und dadurch, dass die weichen Sequenzen im Vergleich mit den harten Sequenzen funktionell das Übergewicht haben, und somit das Copolymer als Ganzes hydrophile Eigenschaften aufweist, derart dass die Membran für Wasserdampf oder Dampf von polaren Lösemitteln mit vergleichbarem Verhalten selektiv permeabel ist.
Verfahren zur Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran in ihren aktiven Bereichen eine Dicke von 2 bis 1000 μm, vorzugsweise zwischen 10 und 100 μm aufweist.
Verfahren zur Trocknung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Membran integral mit einer Trägerschicht zur mechanischen Verstärkung verbunden ist, die vorteilhaft aus einem Vlies gebildet ist.
Verfahren zur Trocknung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle einen Wandbereich aufweist, der an den genannten Materialien nicht haftet, insbesondere wenn diese sich in festem Zustand befinden.
Verfahren zur Trocknung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle durchsichtig oder zumindest durchscheinend für eine Strahlung ist, der sie von außen ausgesetzt wird, derart dass sich so die Kinetik der Trocknung vor allem durch einen Treibhauseffekt verbessert.
Verfahren zur Trocknung nach einem der vorstehenden Ansprüche, angewandt auf die Konzentrierung von Lösungen in dem genannten Lösemittel in flüssigem Zustand.
Verfahren zur Trocknung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, das die polymere Membran bildet, ein Copolymer vom Typ Poly(ether-Block-amid) ist, das harte Sequenzen auf Polyamidgrundlage und weiche Sequenzen an hydrophilen Bereichen auf Polyethergrundlage, insbesondere auf Grundlage von Polyethylenglycol oder Polytetramethylenglycol, umfasst.
Verfahren zur Trocknung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu trocknenden Materialien entweder von einer ebenen Folie bedeckt sind, die ein System hermetisch verschließt, oder hermetisch in einem Beutel verpackt sind, wobei die Folie bzw. der Beutel im wesentlichen von der semipermeablen polymeren Membran gebildet werden, die gegebenenfalls mit mindestens einer Trägerschicht zusammenhängt.
Verfahren zur Trocknung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Materialien in festem Zustand sind und auf ein Gitter gelegt und/oder in aufgeteilter Form vorliegen.