DE69024088T2 - Beschichtete Membranen - Google Patents

Beschichtete Membranen

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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf beschichtete Membranen, die für Trennverfahren vor allem in der Lebensmittelindustrie angewendet werden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Zum gegenwärtigen Zeitpunkt kommen bei der Lebensmittelverarbeitung Trennprobleme vor, die mit den gegenwärtig verfügbaren Membranen nicht angemessen gelöst werden können. Viele solcher Probleme betreffen die Abtrennung von Zuckern, Aminosäuren und organischen Säuren und Basen von anorganischen Salzen. Ein weiteres Problem betrifft die Klärung von aus Früchten oder Gemüsen hergestellten Lösungen mittels aggressiver gelöster Stoffe; solche Stoffe könnten die Membranen im Laufe der Zeit beschädigen. Die bekannten Membranen haben ein zu hohes Rückhaltevermögen für anorganische Salze, um eine brauchbare Trennung zu erlauben (oder wenn ihr Rückhaltevermögen für anorganische Salze innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, ist ihr Rückhaltevermögen für denjenigen gelösten Stoff, den man anreichern will, zu niedrig); ihre Anwendungsbreite ist durch ihre Empfindlichkeit auf oxidierende Agentien und Lösungsmittel beschränkt; sie sind nicht immer leicht durch Dampf oder durch chemische Mittel zu sterilisieren; und sie erfordern ausgiebiges Prüfen, bevor man sie mit Erzeugnissen, die für den menschlichen Verzehr bestimmt sind, in Berührung kommen lässt. Die vorliegende Erfindung ergibt unter anderem Membranen, die die oben erwähnten Mängel der vorbekannten Membranen überwinden, und die auch zusätzliche Vorteile bieten. Während zum Beispiel viele stabile, lebensmittelverträgliche Membranen erhältlich sind, die ein Rückhaltevermögen von 80% oder mehr für Molekulargewichte über 2000 aufweisen, sind wenige, wenn überhaupt welche, Membranen erhältlich, die die oben erwähnten erwünschten Eigenschaften haben und die zusätzlich Moleküle mit einem Molekulargewicht von unter 1500 zurückhalten. Die vorliegende Erfindung ergibt unter anderem Membranen, bei denen solche Molekulargewichtsgrenzen vorteilhaft nach Belieben ausgewählt werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Entsprechend ist es ein hauptsächlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Membranen zur Durchführung von Trennungen auf dem Gebiet der Lebensmittelverarbeitung zu liefern.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, Membranen zu liefern, die der Oxidation und Lösungsmitteln widerstehen, die leicht sterilisiert werden können und die gefahrlos mit für den menschlichen Verzehr bestimmten Erzeugnissen in Kontakt gebracht werden können.
  • Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, Membranen zu liefern, bei denen die Obergrenze für das Molekulargewicht, bei dem Moleküle noch durchgelassen werden, vorteilhaft ausgewählt werden können.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, an sich neue Verbundmembranen zu liefern, die auf dem Gebiet der Lebensmittelverarbeitung eine Anwendung finden.
  • Weitere Gegenstände der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung offenbart.
  • Die vorliegende Erfindung liefert entsprechend, in einem Aspekt, eine beschichtete Membran, bei der die darunterliegende Membran (1) eine Mikrofiltrations-(MF-), Ultrafiltrations-(UF-) oder Umkehrosmose-(UO-)Membran ist, und bei der die Beschichtung (2) mindestens ein Mitglied umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den aromatischen Oxidpolymeren mit Halomethylgruppen, den aromatischen Polysulfonen mit Halomethylgruppen, den aromatischen Polyethersulfonen mit Halomethylgruppen, den aromatischen Polyetherketonen mit Halomethylgruppen, den Halomethylgruppen enthaltenden Homo- und Copolymeren von Arylalkenen, den aromatischen Oxidpolymeren mit Halomethylgruppen und quaternisierten tertiären Aminomethylgruppen, den aromatischen Polysulfonen mit Halomethylgruppen und quaternisierten tertiären Aminomethylgruppen, den aromatischen Polyethersulfonen mit Halomethylgruppen und quaternisierten tertiären Aminomethylgruppen, den aromatischen Polyetherketonen mit Halomethylgruppen und quaternisierten tertiären Aminomethylgruppen, den Halomethylgruppen und quaternisierte tertiäre Aminomethylgruppen enthaltenden Homo- und Copolymeren von Arylalkenen, den sulfonierten polyaromatischen Polymeren ohne Aminogruppen mit aktiven Wasserstoffatomen, und den sulfonierten Poly(haloalkylenen) besteht; und nach der Beschichtung einer Quervernetzungsbehandlung unterzogen worden ist.
  • EP-A-0 242 761 offenbart Verbundmembranen, die zur Abtrennung von organischen Verbindungen mit niederem Molekulargewicht aus Lösungen, die anorganische Salze enthalten, geeignet sind. Diese Membranen beinhalten eine darunterliegende Membran, die aus den Ultrafiltrationsträgern oder den mikroporösen Trägern ausgewählt wurde, und eine daraufliegende Beschichtung aus einem hydrophilen Polymer, das bevorzugt aktiven, an Stickstoff gebundenen Wasserstoff enthält, so zum Beispiel aus Styrolsulfonat(Natriumsalz)/Vinylanilin, das nach der Beschichtung einer quervernetzenden Behandlung unterzogen wurde. Verbundmembranen, bei denen das Beschichtungspolymer ein sulfoniertes polyaromatisches Polymer ist, das Aminogruppen mit aktiven Wasserstoffatomen enthält, sind daher nicht Gegenstand der Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die darunterliegende Membran (1) kann asymmetrisch oder symmetrisch sein, bevorzugt mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 10 µm (Mikrometer) bis zu ungefähr 1 mm, mit einer mittleren Porengrösse im Bereich von ungefähr 1 nm (10 Å) bis ungefähr 5 µm (Mikrometer), und mit einer minimalen Porosität von ungefähr 10%. Die Obergrenze für das Molekulargewicht, bei dem Moleküle noch durchgelassen werden, liegt bevorzugt zwischen etwa 200 und etwa 100000 Dalton. Sie ist besonders bevorzugt von einer Dicke im Bereich von ungefähr 50 µm bis zu ungefähr 500 µm (Mikrometer). Die bevorzugte mittlere Porengrösse der darunterliegenden Membran wird im allgemeinen von der jeweiligen Anwendung abhängen; so zum Beispiel eine im Bereich von ungefähr 2 nm (20 Å) bis ungefähr 100 nm (1000 Å), eher bevorzugt von ungefähr 2 nm (20 Å) bis ungefähr 20 nm (200 Å) liegende Porengrösse für das Erreichen einer optimalen Rückhaltung von Molekülen mit Molekulargewicht 1000 bei optimalem Durchfluss. Ihre Mindestporosität ist besonders bevorzugt grösser als 50%, um einen angemessenen Durchfluss zu erreichen.
  • Die Beschichtung (2) kann auf die äussere und innere Oberfläche der darunterliegenden Membran (1) aufgetragen werden; sie kann auch auf die äussere Oberfläche unter teilweisem Eindringen in die inneren Poren aufgetragen werden. Obwohl die Erfindung nicht durch irgend eine Theorie eingeschränkt werden soll, wird angenommen, dass die praktische Auswirkung der Beschichtung eine Änderung der Rückhalte- und Durchflusseigenschaften der darunterliegenden Membran ist.
  • Als fakultatives Merkmal kann die beschichtete Membran durch ein Substrat gestützt werden, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Es soll betont werden, dass das Substrat eine eher offene Struktur aufweist und der beschichteten Membran hinsichtlich Durchflusswiderstand oder Rückhaltevermögen kein anderes oder ein nur geringfügig anderes Verhalten verleiht.
  • Um das darunterliegende Polymer erfolgreich zu beschichten, sollten die folgenden Bedingungen erfüllt sein:
  • 1. Die Beschichtung sollte mit einer Lösung von vernetzbaren polyaromatischen Polymeren erfolgen, in einem Lösungsmittel, das die Membran nicht auflöst oder mit ihr reagiert, und sie nicht übermässig quellen lässt, obwohl ein geringes Quellen zulässig ist.
  • 2. Die darunterliegende Membran sollte bevorzugt aus einem quervernetzten Polymer bestehen, um ihre Anfälligkeit auf Quellen zu verringern. Wenn die darunterliegende Membran nicht aus quervernetztem Polymer besteht, sollten ihre physikochemischen Eigenschaften auf jeden Fall so sein, dass sie die Anfälligkeit auf Quellen verringern.
  • 3. Das Beschichtungspolymer sollte einen guten Film bilden, der gut an der darunterliegenden Membran haftet.
  • 4. Die Beschichtung sollte sich nicht auflösen oder auf andere Art leicht entfembar sein, wenn die Membran im Gebrauch ist.
  • Die folgenden Bedingungen gelten ebenfalls bevorzugt:
  • 5. Das Polymer der Beschichtung sollte chemisch oder durch Hitze veränderbar sein, um es in dem ursprünglichen Beschichtungs-Lösungsmittel unlöslich zu machen und ihm Lösungsmittel-, pH- und Temperatur-Stabilität zu verleihen.
  • 6. Die darunterliegende Membran sollte ebenfalls Lösungsmittel-, pH- und Temperaturstabilität aufweisen. Ausserdem sollte es mit variablen Obergrenzen für das Molekulargewicht, bei dem Moleküle noch durchgelassen werden, erhältlich sein (vor der Beschichtung), damit für einen gegebenen Anwendungsfall ein Optimum gesucht werden kann.
  • Das polyaromatische Beschichtungspolymer wird aus den in Anspruch 1 definierten Polymeren ausgewählt; diese können vor dem Beschichtungsschritt je nach Wunsch oder Notwendigkeit halomethyliert, quaternisiert, und/oder sulfoniert werden; es können zum Beispiel aromatische Oxidpolymere wie Poly (2,6-dimethylphenylenoxide), aromatische Polysulfone, aromatische Polyethersulfone, aromatische Polyetherketone, lineare polyaromatische Epoxide und Arylpolymere wie Polystyrol- und Poly(vinyltoluol)-Polymere. Das sulfonierte Poly(habalkylen)-Beschichtungspolymer kann zum Beispiel sulfoniertes Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid oder Poly(vinylidenfluorid/hexafluoropropylen) sein.
  • Während an sich keramische und kohlenstoffähnliche darunterliegende Membranen aufgrund ihrer Lösungsmittel-, Temperatur- und pH-Stabilität geeignet wären, sind sie nicht mit einem breiten Spektrum von Porengrössen erhältlich; ausserdem sind sie schwierig herzustellen und daher teuer.
  • Eine Kategorie von Polymeren, aus denen die darunterliegenden Membranen bestehen können, und die durch überlegte Wahl des Beschichtungs-Lösungsmittels und -Polymers erfolgreich beschichtet werden können, sind aromatische Polysulfone, Poly(phenylensulfone), aromatische Polyethersulfone aus Bisphenol A und Dichlordiphenoxysulfon, aromatische Polyetherketone, sulfonierte Polyetherketone, und Phenoxide, die aus Bisphenol A und Epichlorhydrin hergestellt wurden.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht die darunterliegende Membran indessen bevorzugt aus Poly(vinylidenfuorid) oder sulfoniertem Polyvinylidenfluorid. Aus diesen Materialien hergestellte Membranen weisen eine höhere Unempfindlichkeit auf die Lösungsmittel auf, mit denen sie mit dem Beschichtungspolymer beschichtet werden, und können ausserdem mit in weiten Bereichen variierenden Porengrössen hergestellt werden. Sie können auch durch Hitze und/oder Amine (primäre, sekundäre und tertiäre) und/oder Tetraalkylguanidine und/oder Alkalimetallalkoholate oder -amide quervernetzt werden, um ihre Stabilität gegen Lösungsmittel noch weiter zu erhöhen. Es wurde gefunden, dass im allgemeinen bessere quervernetzte Systeme erhalten werden, wenn Reagenzien mit mehreren nucleophilen Substituenten statt Mononucleophile verwendet werden; solche Reagenzien mit mehreren nucleophilen Substituenten, so zum Beispiel Reagenzien mit zwei nucleophilen Substituenten wie primäre Diamine, Dithiole und Bisphenole, sind daher bevorzugt. Besonders bevorzugte Gruppen solcher Reagenzien sind polyfunktionale Amine und polyfunktionelle Thiole. Die Verwendung von quervernetztem sulfoniertem Polyvinylidenfluorid stellt gegenwärtig eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, da die Ausgangsmembran, die zu UF- oder UO-Membranen mit einer Vielzahl von Porengrössen geformt werden kann, durch die beschriebenen Verfahren leicht quervernetzt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann Polyacrylnitril, das wie weiter unten beschrieben unlöslich gemacht und quervernetzt wird, als das Polymer, aus dem die darunterliegende Membran besteht, verwendet werden. Solche auf Polyacrylnitril basierende Membranen ergeben Stabilität gegen Lösungsmittel, pH und Temperatur über einen weites Spektrum von Porengrössen. Sie neigen zu einer grösseren Stabilität gegen eine grössere Vielfalt von Lösungsmitteln als die Polyvinylidenfluorid-Polymere. Die Polyacrylnitril- Membranen können den Schritten des Eintauchens in die Reagenzien oder deren Einwirkung und/oder der Erhitzung unterworfen werden; so zum Beispiel die Behandlung mit (organischer oder anorganischer) Base und das Erhitzen. Die Behandlungsbedingungen müssen so gewählt werden, dass die Struktur nicht zerstört wird. Es kann ein Zusammenziehen der Membran auftreten, aber das würde eine Verbesserung der Obergrenze des Molekulargewichts ermöglichen. Wenn ein übermässiges Zusammenziehen auftritt, kann man eine anfänglich lockerere Membran auswählen.
  • Das Formen der darunterliegenden Membran, die aus Polysulfonen, Polethersulfonen, Polyetherketonen, Polyvinylidenfluorid oder sulfoniertem Polyvinylidenfluorid besteht, kann durch eine beliebige Zahl von in der Literatur beschriebenen Gussverfahren durchgeführt werden, so zum Beispiel gemäss US-A-3556305, 3567810, 3615024, 4029582 und 4188354; gemäss GB-A-2000,720; gemäss "office of Saline Water R & D Progress Report No. 357", Oktober 1967; gemäss "Reverse Osmosis and Synthetic Membranes", Herausgeber Sourirajan; gemäss Muran et al., J. Membr. Sci. 16: 121 bis 135 und 181 bis 193 (1983). So kann das Polymer oder seine Derivate in einem geeigneten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch (z.B. NMP, DMF, DMSO, Hexamethylphosphoramid, N,N-Dimethylacetamid, Dioxan) gelöst werden, wobei dieses zur Abänderung oder Modifikation der Membranmorphologie und ihrer Durchfluss- und Rückhalteeigenschaften Kosolvenzien, schlechte Lösungsmittel, Nicht-Lösungsmittel, Salze, oberflächenaktive Stoffe oder Elektrolyte enthalten kann (z.B. Aceton, Ethanol, Methanol, Formamid, Wasser, Methylethylketon, Triethylphosphat, Schwefelsäure, HCl, mit Fettsäuren teilweise veresterte Zuckeralkohole oder ihre Ethylenoxid-Addukte, Natrium-Dodecylsulfat, Natrium- (Dodecylphenyl)sulfonat, NaOH, KCl, Zinkchlorid, Calciumchlorid, Lithiumnitrat, LiCl, Magnesiumperchlorat, usw.).
  • Die Giesslösung kann mit irgend einem der vorbekannten Verfahren (z.B. Druckfiltration über mikroporöse Filter, oder durch Zentrifugation) gefiltert und auf einen Träger wie Glas, Metall, Papier, Kunststoff usw. gegossen werden, worauf sie von dort entfernt werden kann. Es ist jedoch bevorzugt, auf einen porösen Träger zu giessen, von dem die Membran nicht entfernt wird. Solche porösen Träger können ungewebt oder gewebt sein, und celluloseartige Materialien, Polyethylen, Polypropylen, Nylon, Homo- und Copolymere des Vinylchlorids, Polystyrol, Polyester wie Polyethylen-Terephtalat, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Glasfasern, poröser Kohlenstoff, Graphit, oder anorganische, auf Aluminiumoxid oder Siliciumoxid basierende (eventuell mit Zirkoniumoxiden beschichtete) Membranen umfassen. Die Membran kann als Alternative als Hohlfaser oder Röhrchen, die keinen Träger für den praktischen Gebrauch erfordern, ausgebildet werden, oder der Träger kann diese Form haben, und die Membran wird auf seine Innenseite aufgegossen.
  • Die Konzentration des Polymers in der Giesslösung kann in Abhängigkeit von seinem Molekulargewicht und der Additive schwanken, und kann zum Beispiel im Bereich zwischen 5 und 80%, bevorzugt zwischen etwa 10 und 50%, besonders bevorzugt zwischen etwa 15 und 30%, liegen. Die Giesstemperatur kann, abhängig vom einzelnen Polymer, seinem Molekulargewicht sowie der Kosolventien und Additive in der Giesslösung, zwischen ungefähr -20 bis 100ºC, bevorzugt zwischen etwa 0 und 60ºC liegen.
  • Die Giesslösung kann auf die oben erwähnten Träger oder porösen Substrate mittels irgend einem der altbekannten Verfahren aufgetragen werden, die dem Fachmann geläufig sind. Die Dicke des feuchten Films kann für Flachmembranen im Bereich zwischen ungefähr 15 µm (Mikrometer) und ungefähr 5 mm liegen, bevorzugt zwischen ungefähr 50 µm bis ungefähr 800 µm (Mikrometer), besonders bevorzugt zwischen ungefähr 100 und ungefähr 500 µm (Mikrometer); Röhrchen können natürlich dickere Wände haben. Der feuchte Film auf dem Träger kann sofort, oder nach einem Schritt einer teilweisen Trocknung (von ungefähr 5 Sekunden bis etwa 48 Stunden, bei Umgebungsbedingungen oder bei erhöhter Temperatur und/oder Vakuum), in ein Gelierbad oder ein Nicht-Lösungsmittel getaucht werden. Solche Bäder umfassen im allgemeinen Wasser, zu dem als Option ein kleiner Prozentsatz eines Lösungsmittels (z.B. DMF oder NMP) und/oder eines oberflächenaktiven Stoffes (z.B. Natrium-Dodecylsulfat) bei einer Temperatur im Bereich zwischen ungefähr 0 und ungefähr 70ºC zugegeben werden kann. Ein Beispiel für ein oft verwendetes Gelierbad ist Wasser mit 0,5% Natrium-Dodecylsulfat bei 4ºC. In einer weiteren Art, Membranen zu bilden, wird eine Polymerlösung, die eine in Wasser oder einem Lösungsmittel auswaschbare Verbindung enthält, gegossen und vor dem Eintauchen getrocknet; der anschliessende Schritt des Eintauchens entfernt auswaschbares Material, was eine poröse Membran ergibt. In einer dritten Abwandlung wird eine Polymerlösung ohne irgendwelches auswaschbares Material gegossen und getrocknet, wodurch unter Bildung von Poren eine durch die physikochemischen Eigenschaften des jeweiligen Polymers und Lösungsmittels und/oder der anderen Zutaten bestimmte poröse Membran entsteht. Die vorgängig gegossenen Membranen können dann beschichtet und, als Option, auf andere Weise verändert werden, wie hier an anderer Stelle beschrieben ist.
  • Andere Verfahren, um UF- und MF-Membranen herzustellen, sind die Extrusion und kontrollierte Wärmeausdehnungs/Abkühlungs-Zyklen, um z. B. mikroporöses Polytetrafluorethylen (PTFE), Polypropylen und Polyethylen herzustellen; andere Verfahren wie die Pyrolyse von hitzegehärteten Polymeren zur Herstellung von Kohlenstoff- oder Graphitmembranen, oder das Sintern zur Herstellung von Keramik-, Kohlenstoff- und Graphitmembranen für die UO, UF und MF können als Alternative verwendet werden. Die Graphit-, Kohlenstoff- und Keramikmembranen sind besonders nützlich, wenn eine Hitzebehandlung oberhalb etwa 150ºC und bis zu etwa 1000ºC benötigt wird, aber einzelne industrielle Kunststoffe können ebenfalls für kurze Zeiten bis auf etwa 300ºC erhitzt werden, ohne wesentlich Schaden zu nehmen.
  • Wie oben erwähnt, umfassen die zu beschichtenden lösungsmittel- und pH-beständigen Membranen in einer bevorzugten Ausführungsform quervernetzte Homo- und Copolymere des Acrylnitrils im Bereich der UO, UF und MF, und umfassen symmetrische und asymmetrische Membranen. Diese Polymere können, durch gewöhnliches Giessen oder unter Verwendung eines Trägers, in irgendeiner der vorher beschriebenen Konfigurationen, zu Membranen von ungefähr 10 µm (Mikrometer) bis zu 1 mm Dicke geformt werden. Solche polymere Membranen werden anschliessend durch eine Kombination von chemischen Reaktionen und Erhitzen der Quervernetzung unterzogen. Bei den Acrylnitril-Copolymeren beträgt der Anteil Acrylnitril bevorzugt mindestens etwa 20 Gewichtsprozent, und besonders bevorzugt mindestens etwa 50 Gewichtsprozent der gesamten Monomere. Anstelle von Acrylnitril selber kann bei diesen membranbildenden Homo- und Copolymeren als Alternative substituierte Acrylnitrile verwendet werden, z.B. C&sub1;&submin;&sub6;- Alkylacrylnitrile wie Methacrylnitril und Hexylacrylnitril, Arylacrylnitrile wie Phenylacrylnitril, Haloacrylnitrile (in denen Hab die Bedeutung von Fluoro, Chloro oder Bromo hat) wie Fluoroacrylnitril und Chloroacrylnitril, und Thioacrylnitril. Geeignete Comonomere, die mit Acrylnitril und substituierten Acrylnitrilen copolymerisiert werden können, schliessen Monomere ein, die hydrophobe, hydrophile, polare oder ionische Gruppen enthalten; insbesonders zum Beispiel Vinylester mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen im Säurerest, wie Vinylacetat; Vinylether mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen; Vinylpyridin; Vinylchlorid; Styrol; und Acrylund Methacrylsäure sowie deren Ester mit z.B. 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in der Estergruppe. Weitere geeignete Comonomere sind Maleinsäureanhydrid; 2-Aminoethylmethacrylat; Allyl-Verbindungen wie Allylalkohol, Allyl- und Methallylsulfonsäure und ihre Salze (z.B. Alkalimetallsalze), Allylund Methallylhalide, Allylamine und Allyl-p-toluolsulfonat. Die Bezeichnung "Copolymere von Acrylnitril (oder von substituiertem Acrylnitril)" soll hier Copolymere mit mehr als 2 Monomeren, z.B. Terpolymere wie Acrylnitril/Styrol/Butadien ("ABS-Polymere"), Acrylnitril/Methylmethacrylat/Vinylacetat und Acrylnitril/Methylmethacrylat/Natrium-Allylsulfonat, sowie Quaterpolymere umfassen. Die darunterliegende Membran kann auch aus Mischungen von Homopolymeren und/oder Copolymeren von Acrylnitril (oder substituiertem Acrylnitril) hergestellt werden.
  • Die Membran, die aus Polymeren abgeleitet wurden, die von Acrylnitril (oder substituiertem Acrylnitril) stammen, wird durch Quervernetzung unlöslich gemacht, nachdem sie gebildet wurde, was durch organische oder anorganische Basen, Säuren oder durch Radikal-Initiatoren, gefolgt nötigenfalls von Erhitzen, erreicht wird. Bevorzugt werden organische Basen zu diesem Zweck eingesetzt.
  • Der Ausdruck "organische Basen" schliesst hier Amine und besonders Metallalkoholate mit gerader oder verzweigter C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Kette ein, so Natrium- oder Kahummethanolat, -ethanolat, -propanolat, -isopropanolat, -butanolat oder -tertbutanolat. Ebenfalls bevorzugt sind anorganische Basen, z.B. Alkalimetallhydroxide wie Natrium- oder Kaliumhydroxid. Im allgemeinen werden die Metallalkoholate in einem alkoholischen Medium eingesetzt, während die Alkalimetallhydroxide in wässerigem Medium eingesetzt werden. In beiden Fällen kann die Konzentration der Basen im Bereich zwischen etwa 0,01 bis etwa 50 % liegen, bevorzugt zwischen etwa 0,05% bis etwa 20%, besonders bevorzugt zwischen etwa 0,1% und 1% (g/v). Andere brauchbare anorganische Basen sind Hydroxylamin, Ammoniak und Alkalimetallamide.
  • So kann die Membran zum Beispiel in eine Lösung einer Base wie zum Beispiel Natrium- oder Kahumalkoholat, oder NaOH oder KOH, mit einer Konzentration von zwischen etwa 0,05% und etwa 1,0% (g/v) in Methanol oder Ethanol für die Alkoholat-Basen, und zwischen etwa 1 und etwa 20% (g/v) in Wasser für die Hydroxidbasen, eingetaucht werden, wobei die Zeitdauer zwischen etwa 5 Minuten und etwa 8 Stunden liegt und die Temperatur bevorzugt mindestens 15ºC, besonders bevorzugt mindestens etwa 30ºC beträgt, und bis zur Rückflusstemperatur des jeweils verwendeten Lösungsmittels gehen kann.
  • Ein Fachmann kann leicht die Zeit bestimmen, die zur Behandlung der Membran mit Basen notwendig ist, um das Erzeugnis nicht übermässig quellen zu lassen, wenn es in Lösungsmitteln wie Dimethylformamid (DMF) oder 1-Methylpyrrolidin-2-on (NMP) eingetaucht ist; bevorzugt beträgt eine solche Quellung nicht mehr als etwa 50%; eher bevorzugt nicht mehr als etwa 15%, und insbesonders nicht mehr als etwa 5%. Nach der gerade beschriebenen Behandlung wird die Membran abtropfen gelassen und auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, z.B. indem sie in einen Ofen gestellt wird, dessen Temperatur allmählich von 10ºC oberhalb der Raumtemperatur bis zu (beispielsweise) etwa 110 bis etwa 130ºC gebracht wird. Der Zweck einer wenigstens teilweisen Quervernetzung vor dem Erhitzen auf den Glasübergangspunkt der Membran ist das Vermeiden des plastischen Fliessens und das Verschliessen der Porenstruktur der Membran. Während ein teilweises Verschliessen geduldet werden kann und sogar wünschenswert ist, um das Rückhaltevermögen zu verbessern, sollte das den Wasserdurchfluss nicht unter für die gegebenene Anwendung wirtschaftlich annehmbare Werte sinken lassen. Der Wert für den Durchfluss wird am besten gesteuert, indem so viel wie möglich vor dem Aufheizen bei erhöhter Temperatur quervernetzt wird, wie oben beschrieben.
  • Nach dem Erhitzen auf (beispielsweise) etwa 110 bis etwa 130ºC kann die Membran weiter unlöslich gemacht oder quervernetzt werden, indem sie für eine Zeitdauer von einigen Minuten bis zu mehreren Stunden auf eine Temperatur im Bereich von etwa 250ºC (z.B. in Luft) erhitzt wird, aber dies muss vorsichtig gemacht werden, um ein Verschliessen zu verhindern. Falls gewünscht kann die Membran durch Erhitzen in einer unreaktiven Umgebung auf, beispielsweise, 600 bis 1000ºC verkohlt werden; zu diesem Zweck ist es bevorzugt, dass die Membran die Form einer Hohlfaser oder einer flachen Membran hat, und dass sie durch poröse Keramik-, Kohlenstoff- oder Metallröhrchen oder -platten gestützt wird. Bevorzugt wird der Schritt des Quervernetzens mit einem Copolymer von Polyacrylnitril mit Acrylsäure oder Itaconsäure durchgeführt, da von letzteren bekannt ist, dass sie die Quervernetzungsreaktion beschleunigen.
  • Die Quervernetzung des (fakultativ substituierten) von Acrylnitril abgeleiteten Polymers der Membran kann auch durchgeführt werden, indem organische oder anorganische Säuren (auch Lewis-Säuren) wie Halogenwasserstoffe (z.B. HBr), p-Toluolsulfonsäure, Zinntetrachlond, Aluminiumhalide (z.B. das Trichlond, Tribromid und Trijodid) und Zinkchlorid eingesetzt werden.
  • Verfahren zur Quervernetzung von Polyvinylidenfluorid, sulfoniertem Polyvinylidenfluorid und anderer Fluoropolymere sind bekannt, siehe z.B. US-A-3516791 und 3840646, sowie "Fluoropolymers", Herausgeber L.A. Wall, "High Polymers", Band XXV, Interscience 1972. Wir haben gefunden, dass es ein bevorzugtes Verfahren ist, das fragliche Fluoropolymer in Lösungen von Metallalkoholaten oder polyfunktionellen Ammen wie Diaminoethan, Diaminopropan oder Diaminobutan einzutauchen. Die Amine können in einem weiten Konzentrationsbereich eingesetzt werden, z.B. im Bereich von 1 bis 90% in den Reaktionslösungen; allgemein gesagt können die Alkoholate in nichtwässerigen Lösungen in Konzentrationen angewendet werden, die im Bereich zwischen 0,05 und 50% liegen, bevorzugt im Bereich zwischen 1 und 2%. Die wasserlöslichen Amine werden bevorzugt in diesem Lösungsmittel eingesetzt.
  • Ein weiteres Verfahren zum Unlöslichmachen von Polyvinylidenfluorid oder sulfoniertem Polyvinylidenfluorid ist das Eintauchen in eine organische oder anorganische Base mit anschliessendem Erhitzen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Polyfluoro-Membranen in eine 1%ige Natriumethanolat-Lösung während 30 Minuten eingetaucht, abtropfen gelassen und während 30 Minuten auf 115ºC erhitzt. Die Heiztemperatur kann z.B. im Bereich von 50 bis 800ºC liegen, bevorzugt zwischen 100 und 200ºC.
  • Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird die darunterliegende Membran, die gemäss der oben stehenden Beschreibung behandelt wurde, anschliessend mit dem polyaromatischen Polymer beschichtet. Das Beschichtungspolymer kann zum Beispiel ein halomethyliertes Polymer wie zum Beispiel gemacht aus
  • durch Halogenierung, wobei (hier und in den anderen als Beispiel aufgeführten Strukturen) X Cl, Br oder I bedeutet und n eine natürliche Zahl ist, wobei der Substitutionsgrad von 0,1 bis 4,5 meq. X pro g Polymer variieren kann;
  • hergestellt aus dem zugehörigen Ausgangspolymer (1)
  • durch Halomethylierung (siehe z.B. Herstellung C, unten);
  • hergestellt (z.B.) von einem Polyether/Sulfon-Polymer, je nach Erfordernis durch Halomethylation oder durch Halogenation,
  • hergestellt (z.B.) von einem Polyether/Keton-Polymer, je nach Erfordernis durch Halomethylation oder durch Halogenation,
  • hergestellt (z.B.) durch Halomethylierung aus einem entsprechenden Polyether-Polymer;
  • das (Z.B.) aus Polystyrol durch Halomethylation, durch Halogenierung eines Poly(vinyltoluols) oder durch Polymerisieren eines Halomethylstyrols hergestellt werden kann. Anstelle eines Homopolymers kann ein ahaloges Copolymer mit Butadien und/oder Acrylnitril verwendet werden. In den oben beschriebenen polyaromatischen Polymeren können wenigstens einige Phenylen-Einheiten durch Naphtylen-Einheiten ersetzt werden.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung werden halomethylierte Beschichtungspolymere in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst und dann auf die darunterliegende Membran aufgetragen. Oder es wird ein Teil der Halomethylgruppen in quaternäre Ammoniummethylgruppen umgewandelt, während mindestens ein Teil der Halomethylgruppen unverändert gelassen wird, so dass sie an einer nachfolgenden Quervernetzungsreaktion teilnehmen können. Der Zweck der Quaternisierung ist die Bildung eines hydrophilen Beschichtungspolymeren, das in so polaren Lösungsmitteln wie Methanol, Ethanol und Butanol, alleine oder als Mischung mit Wasser, löslich ist. Die tertiären Amine, die mit den Halomethylgruppen unter Bildung von quaternären Ammoniummethylgruppen umgesetzt werden, können zum Beispiel der Formel NR&sub1;R&sub2;R&sub3; entsprechen, wobei R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; jedes für sich eine C&sub1;&submin;&sub8;-Alkylgruppe ist oder wobei eines von ihnen (Z.B.) eine Aralkylgruppe ist. Ein exemplarisches Beispiel für ein quaternisiertes Beschichtungspolymer hat die Struktur
  • wobei n&sub1; und n&sub2; natürliche Zahlen sind, und die quaternisierten und nicht quaternisierten Gruppen zufällig verteilt sind.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung kann eine zusätzliche Komponente verwendet werden, die die Quervernetzung der Beschichtung nach deren Trocknen, oder nachdem sie getrocknet und erhitzt wurde, bewirkt. Diese zusätzliche Komponente kann z.B. eine Lewis- Säure wie SnCl&sub4; sein.
  • Der in Einklang mit einer Ausführungsform der Erfindung stehende Beschichtungsschritt kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem die darunterliegende Membran in eine Lösung des Beschichtungspolymers in einem geeigneten Lösungsmittel getaucht wird. Diese Lösung kann das Beschichtungspolymer in einer Konzentration enthalten, die im Bereich zwischen (z.B.) etwa 0,01 bis etwa 10%, bevorzugt etwa 0,1 bis 2,0% (g/v) liegt. Das Lösungsmittel sollte die darunterliegende, zu beschichtende Membran nicht auflösen oder übermässig quellen lassen. Es ist zu beachten, dass quervernetzte und/oder verkohlte Membranen aus Polyacrylnitril unempfindlich sind gegen die meisten Lösungsmittel wie aliphatische und aromatische Alkohole, Dimethylformamid (DMF), Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylsulfoxid (DMSO), chlorierte Kohlenwasserstoffe (z.B. Dichlormethan, Chloroform, Dichlorethan, fluorierte, als Freone vermarktete Kohlenwasserstoffe), Ether - sowohl lineare als auch cyclische (wie Diethylether und Tetrahydrofuran), und aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol und Toluol, und Mischungen daraus.
  • Aus quervernetztem Polyvinylidenfluorid und sulfoniertem Polyvinylidenfluorid hergestellte Membranen sind nicht so lösungsmittelbeständig wie diejenigen, die aus Polymeren hergestellt wurden, die von (wahlweise substituiertem) Acrylnitril abgeleitet sind, aber sie können unter Verwendung irgend eines der oben erwähnten Lösungsmittel beschichtet werden, wobei jedoch im Falle derjenigen Lösungsmittel, die ein Quellen bewirken, wie DMF, NMP und DMSO, die Eintauchzeiten auf fünf Minuten oder weniger beschränkt werden sollten. Es wurde gefunden, dass halomethylierte Beschichtungspolymere in DMF, NMP, DMSO, THF, Toluol und Habalkanen wie Dichlormethan aufgelöst werden können. Die Polymere, die von (wahlweise substituiertem) Acrylnitril abgeleitet sind, können unter Verwendung all dieser Lösungsmittel beschichtet werden, ohne dass der Eintauchzeit in die Beschichtungslösung allzuviel Beachtung geschenkt werden muss, während im Falle der Beschichtung von Polyvinylidenfluorid und sulfoniertem Polyvinylidenfluorid die Eintauchzeit aufgrund der teilweisen Löslichkeit dieser fluorierten Polymere ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor ist, wenn übermvssiges Quellen vermieden werden soll.
  • Teilweise quaternisierte Halomethyl-Beschichtungspolymere haben in Alkoholen wie Ethanol eine höhere Löslichkeit als die nicht quaternisierten Analogen. Halomethyliertes Polyphenylenoxid mit mehr als 1,8 meq. quaternären Gruppen beispielsweise löst sich in Ethanol auf. Unter Verwendung solcher quaternisierter Beschichtungspolymere ist es möglich, erfolgreich Polysulfon- und Polyether/Sulfon- Membranen, die auf die meisten obigen Lösungsmittel empfindlich sind, zu beschichten, wenn aus der Gruppe der aliphatischen Kohlenwasserstoffe, der aliphatischen Halogenkohlenwasserstoffe (einschliesslich der Freone), der Alkohole oder Wasser ausgewählte Lösungsmittel verwendet werden; solche Membranen sind aus den Bereichen der UF, UF/UO und MF wohlbekannt.
  • In Einklang mit einer Ausführungsform der Erfindung werden die beschichteten Membranen bei Raumtemperatur getrocknet, oder sie werden während einer Zeit, die im allgemeinen im Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 24 Stunden liegt, auf bis zu etwa 110 bis 130ºC erhitzt. Anschliessend wird die Beschichtung quervernetzt; sie kann auch Reaktionen unterworfen werden, die zusätzliche Gruppen wie Amine, Hydroxyl- und/oder quaternäre Ammoniumgruppen und/oder Carboxyl- oder Sulfonatgruppen einführen, um den Durchtritt von Wasser oder Salzen zu erhöhen.
  • Um die auf der Membran aufgetragene Beschichtung zu quervernetzen, kann diese zum Besipiel in eine Lösung eingetaucht werden, die ein polyfunktionelles Amin enthält. Exemplarische Amine sind Ammoniak, primäre aliphatische, 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthaltende Amine, aromatische primäre Amine (enthaltend z.B. Phenyl oder Naphthyl, das mit anderen funktionellen Gruppen wie Nitro, Carboxyl, Sulfonat und Hydroxyl substituiert sein kann), sowie Diamine (z.B. Diaminoethan, Diaminopropan und Diaminobutan), Triamine und andere Polyamino-Verbindungen, bei denen die Aminogruppen an aliphatische und aromatische Gruppen, die analog zu den gerade beschriebenen sind, hängen. Quervernetzung mit sekundären oder tertiären Di-, Tri- oder Polyaminen ist ebenfalls möglich. Wasser ist aufgrund seines niedrigen Preises, seiner leichten Handhabung und aufgrund der Tatsache, dass es oft die Beschichtung nicht entfernt oder quellen lässt, das bevorzugte Lösungsmittel für die Behandlung mit polyfunktionellem Amin. Im besonderen wurde von Reagenzien wie Diaminoethan, Diaminopropan, Diaminobutan unter Verwendung eines wässerigen Mediums gefunden, dass sie die (wahlweise teilweise quaternisierte) halomethylierte Beschichtung wirksam quervernetzen; die Konzentration des Diamins in Wasser kann im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 50%, bevorzugt von etwa 1,0 bis etwa 10% (g/v), liegen, und die bevorzugte Temperatur liegt im Bereich von etwa 0 bis etwa 95ºC, eher bevorzugt von ungefähr 15 bis etwa 40ºC. Es können natürlich andere Lösungsmittel und polyfunktionelle Amine verwendet werden, vorausgesetzt, sie lösen die Beschichtung nicht auf oder lassen die darunterliegende Membran quellen.
  • Die Quervernetzung der Beschichtung(en) kann auch, als Alternative oder zusätzlich, durchgeführt werden, indem eine Beschichtungslösung zugegeben wird, die Polymere mit Halomethylgruppen enthält.
  • Wie bereits gesagt, kann eine zusätzliche Komponente verwendet werden, die eine Quervernetzung der Beschichtung nach dem Trocknen, oder nach Trocknen und Erhitzen, bewirkt; diese zusätzliche Komponente kann Z.B. eine Lewis- Säure wie SnCl&sub4; sein. Als Alternative kann die Quervernetzung bewirkt werden, indem die beschichteten Membranen der Einwirkung von Chlorsulfonsäure, gefolgt von Erhitzen, ausgesetzt werden.
  • Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann als das Beschichtungspolymer ein sulfoniertes polyaromatisches Polymer wie die aromatischen Oxidpolymere (z.B. sulfoniertes Poly (2,6-dimethylphenylenoxid)), die aromatischen Polysulfone, die aromatischen Polyethersulfone, die aromatischen Polyetherketone, die lineraren aromatischen Epoxide und Arylpolymere wie Polystyrol und Poly(vinyltoluol), oder die sulfonierten Poly(haloalkylene) (z.B. sulfoniertes Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Poly(vinylidenfluorid/hexafluoropropylen)) verwendet werden. Diese sulfonierten Polymere können gemäss irgend einem der wohlbekannten Verfahren hergestellt werden, so die Chlorsulfonierung mit Chlorsulfonsäure oder Schwefelsäure/Schwefeltrioxid oder Schwefeltrioxid-Komplexen (z.B. mit DMF oder Pyridin). Sulfonierungsverfahren sind z.B beschrieben in EP-A-0142973 A2, EP-A-0202849 und J. Chem. Eng. of Japan, 16, 1405 (1983).
  • Der Sulfonierungsgrad kann zwischen 0,1 und 3,0 meq./g schwanken, wobei der bevorzugte Bereich sich von 0,8 bis 2,2 meq./g erstreckt. In Abhängigkeit von dem Sulfonierungsgrad, der Art des sulfonierten aromatischen Polymers, und dem Träger, auf dem die Beschichtung aufgetragen wird, können Beschichtungslösungsmittel zum Beispiel Alkohole (wie Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol), Aceton, Halogenkohlenwasserstoffe, Tetrahydrofurane, Wasser, Aromaten, NMP, DMF, DMSO, Sulfolan, DMAC und Schwefelsäure sein. Ein bevorzugtes Beschichtungssystem ist sulfoniertes Polysulfon mit 1,5 meq./g Sulfonatgruppen, das aus Ethanol auf einen Träger aus Polysulfon, Polyacrylnitril oder Polyvinylidenfluorid aufgetragen wird, wobei das Material des Trägers gemäss den hier an anderer Stelle gegebenen Erklärungen quervernetzt sein kann oder nicht.
  • Sobald das sulfonierte polyaromatische Polymer auf den Träger aufgetragen ist, wird es quervernetzt durch (a) Hitze, (b) Eintauchen in eine nicht auflösende Lösung einer Lewis-Säure (z.B. Zinntetrachlond in einem fluorierten Kohlenwasserstoff), gefolgt von Abtropfenlassen und Heizen, (c) teilweise Chlorsulfonierung durch Eintauchen in Thionylchlorid in einem Lösungsmittel, das die Beschichtung nicht auflöst, wie fluorierte Kohlenwasserstöffe, gefolgt von Abtropfenlassen, Eintauchen in ein Diamin (wie Ethylendiamin, Propylendiamin oder Butylendiamin, das unverdünnt oder z.B. als wässerige Lösung eingesetzt werden kann) oder in ein Polyamin und fakultativem Erhitzen, (d) Verfahren (c), aber nach Zugabe einer Lewis-Säure wie Zinntetrachlorid zum Thionylchlorid oder nachträglichem Eintauchen in eine Zinntetrachlorid-Lösung, gefolgt von Erhitzen, oder (e) zusätzliche Chlorsulfonierung mit Chlorsulfonsäure in einem Fluorkohlenstoff.
  • Beim Verfahren (c) wird das Eintauchen in das Diamin oder Polyamin bevorzugt bei einer solchen Konzentration an Diamin oder Polyamin durchgeführt, dass bis zu 20% der Sulfonatgruppen in Form von Sulfonamidbindungen quervernetzt werden und die übrigen in Form von Sulfonsäuregruppen vorliegen. Es ist ebenfalls bevorzugt, das Diamin oder Polyamin in wässeriger Lösung einzusetzen.
  • Es ist gegenwärtig bevorzugt, die sulfonierten Poly(haloalkylene) gemäss Verfahren (c) zu vernetzen, wobei besonders bevorzugte Bedingungen diejenigen des vorangehenden Abschnittes sind. Diese Polymere können als Alternative quervernetzt werden, indem sie (z.B.) in die vorher erwähnten Alkoholat-Lösungen eingetaucht werden.
  • Nach dem Quervernetzen der membrangestützten Beschichtung, wie hier allgemein beschrieben, kann diese weiteren Reaktionen unterzogen werden. Quaternäre Ammoniumgruppen können eingeführt werden, falls sie nicht schon vorhanden sind, indem die Membran in Lösungen tertiärer Amine in Wasser oder in einem anderen Lösungsmittel, das die beschichteten Membranen nicht auflöst oder übermässig quellen lässt, eingetaucht wird. Wasser ist das bevorzugte Lösungsmittel, wobei die bevorzugte Konzentration des tertiären Amins im Bereich von etwa 0,1 bis 50,0 % (g/v) liegt, bevorzugt bei einem pH, der im Bereich von etwa 4 bis etwa 12, besonders bevorzugt von etwa 6 bis etwa 10 liegt. Wenn das Beschichtungspolymer vor der Beschichtung ungenügend quaternisiert ist, kann eine zusätzliche Quaternisierung nötig sein, um den Wasserfluss zu erhöhen.
  • Sulfonatgruppen können in die aufgetragene polymere Beschichtung (die quervernetzt worden ist, aber vor jeder Quaternisierung) eingeführt werden, indem die beschichtete Membran in eine Lösung von Chlorsulfonsäure in aliphatischen Kohlenwasserstoffen wie Hexan oder in fluorierten Kohlenwasserstoffen (Z.B. Freone wie Trichlortrifluorethan) eingetaucht wird. Diese Lösungsmittel sind allgemein anwendbar, wenn die darunterliegende Membran aus Polymeren, die sich von (wahlweise substituiertem) Acrylnitril ableiten, aus Polyvinylidenfluorid oder aus sulfoniertem Polyvinylidenfluorid gebildet ist, aber für Membranen, die aus Polyethersulfonen oder Polysulfonen gebildet sind, können nur aliphatische Lösungsmittel wie Hexan oder Freon verwendet werden, weil habaromatische Lösungsmittel die Membranen entweder auflösen oder übermässig quellen lassen. Als Alternative kann die Sulfonierung unter Verwendung von Schwefelsäure oder Schwefeltrioxid-Komplexen (z.B. mit DMF oder Pyridin), oder Schwefeltrioxid-Gas, durchgeführt werden. Sulfonierungsverfahren sind beispielsweise beschrieben in: EP-A-0142973 A2, EP-A-0202849 und J. Chem. Eng. of Japan, 16, 1405 (1983).
  • Die Gesamtdicke der Beschichtung (vor der Quervernetzung) auf der Membran liegt im Bereich von etwa 10 bis etwa 10000 nm und die Dicke des semipermeablen, quervernetzten dünnen Films liegt im Bereich von etwa 1 bei etwa 15000 nm.
  • Die erfindungsgemässen Membranen sind nützlich für die Abtrennung von organischen Verbindungen mit relativ geringem Molekulargewicht von anorganischen Salzen in wässeriger Lösung. Das Verfahren für die Abtrennung solcher Verbindungen von diesen Salzen in wässeriger Lösung ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Dieses Verfahren kann durchgeführt werden, indem solche Lösungen auf der einen Seite der erfindungsgemässen beschichteten Membran vorgelegt und durch diese Membran filtriert werden, wobei ein hydraulischer Druck angelegt wird, der grösser ist als der osmotische Druck, der solchen in Kontakt mit der beschichteten Membran stehenden Lösungen entgegenwirkt.
  • Der Molekulargewichtsbereich der organischen Moleküle, die durch die beschichteten Membranen abgetrennt werden, kann unter etwa 10000 liegen, d.h. die Membran wird in so einem Fall eine Obergrenze des Molekulargewichts, bei dem Moleküle noch durchgelassen werden, aufweisen, die bei etwa 10000 liegt. Die nicht beschichteten Trägermembranen können Obergrenzen haben, die sich von 5 µm (Mikrometer) bis hinunter zu einem Nanometer erstrecken. Diese nicht beschichteten, aber quervernetzten Membranen aus Polyacrylnitril oder sulfoniertem Polyvinylidenfluorid können für die obigen Trennungen verwendet werden, wenn die ursprünglichen Membranen im richtigen Bereich für die Obergrenze liegen; sie können auch für die Ultrafiltration oder Mikrofiltration verwendet werden, wenn ihre Obergrenzen oberhalb MG 10000 liegt. Diese Membranen sind durch ihre Unempfindlichkeit gegen Lösungsmittel gekennzeichnet.
  • Die in den Lösungen, die der Behandlung an der beschichteten Membran unterzogen werden (d.h. die Umkehrosmose), vorhandenen anorganischen Salze sind im allgemeinen Alkalimetallsalze wie Alkalimetallhalide oder -sulfate, z.B. Natriumchlorid und Natriumsulfat.
  • Die erfindungsgemässen beschichteten Membranen sind für Trennvorgänge der beschriebenen Art sehr geeignet, und insbesonders für Verfahren der Ultraattraktions-Umkehrosmose. Sie können als flache oder röhrenförmige Membranen hergestellt und in geeigneten Trennvorrichtungen wie Modulen angewendet werden. Sie haben ein höheres Rückhaltevermögen für organische Verbindungen von geringem Molekulargewicht, gute Durchflusseigenschaften, bessere Biegsamkeit und eine generell höhere Stabilität, so Widerstandsfähigkeit gegen Verschliessen und gegen chemische oder biologische Degradation, und gegen Lösungsmittel. Wegen dieser Widerstandsfähigkeit gegen Lösungsmittel können die Membranen aus quervernetztem Polyacrylnitril, quervernetztem Polyvinylidenfluorid und sulfoniertem Polyvinylidenfluorid für die Filtration von organischen Lösungsmitteln von gelöstem Material und Partikeln verwendet werden.
  • Der Trenneffekt (das Rückhaltevermögen) der erfindungsgemässen beschichteten Membranen kann wie folgt gemessen werden. Eine kreisförmige Membran mit einer Oberfläche von 13 cm², die auf einer gesinterten Scheibe aus rostfreiem Stahl ruht, wird in eine zylindrische Zelle gebracht, die aus rostfreiem Stahl besteht. 150 ml der zu testenden Lösung, die die zu testende Verbindung in einer Konzentration C1 enthalten (g./g. Lösung), werden auf der Testmembran vorgelegt und einem Druck von 40 bar unterworfen, der mit Stickstoff erzeugt wird. Die Lösung wird mechanisch gerührt. Die sich an der Auslassseite der Membran ansammelnde Flüssigkeit wird zur Bestimmung ihres Gehalts, d.h. die Konzentration C2 der Testsubstanz, untersucht. Es wurden 3 Proben von 5 ml getestet. Im allgemeinen ist die durch die Membran fliessende Menge und die Zusammensetzung der drei anfänglichen Proben konstant. Das prozentuale Rückhaltevermögen kann aus den erhaltenen Werten berechnet werden, wobei die Gleichung R = 100(C1-C2)/C1 verwendet wird. Die pro Einheit der Membranfläche und pro Zeiteinheit durchtretende Menge Material (genannt "Durchfluss") wird wie folgt ausgedrückt: Γ = V S&supmin;¹t&supmin;¹, wobei V = Volumen, S = Membranfläche und t = Zeit. Als Näherung kann Γ als m³/m² d ausgedrückt werden, d.h. die Anzahl Kubikmeter pro Quadratmeter Membranoberfläche und pro Tag, oder als l/m&sub2; h, d.h. Liter pro Quadratmeter Membranoberfläche und pro Stunde.
  • Zusätzlich zu den Messungen aufflachen beschichteten Membranen werden auch Messungen an röhrenförmigen beschichteten Membranen von 60 cm Länge und mit einem Aussendurchmesser von 1,4 cm durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die röhrenförmigen Membranen in ein Siebrohr aus rostfreiem Stahl gebracht. Das Ganze wird in ein aus Polycarbonat hergestelltes Rohr gestellt. Der Ausfluss der Membran läuft zwischen diesem äusseren Polycarbonatrohr und dem Stahlrohr. Ein Strom Lösung wird unter Druck in laminarem oder turbulentem Fluss zugeführt. Das Rückhaltevermögen (R) und der Durchfluss (F) werden wie für die flachen Membranen ausgerechnet.
  • Die Verbundmembranen, d.h. die erfindungsgemässen beschichteten Membranen, können auch in einem Verfahren zur Abtrennung unlöslicher Partikel, kolbidaler Partikel und Moleküle eines gelösten Stoffs von einem Lösungsmittel verwendet werden, bei welchem ein solche Komponenten enthaltendes Lösungsmittel mit diesen Membranen unter einem überatmosphärischen Druck in Kontakt gebracht wird, welcher grösser als der osmotische Druck ist. Bevorzugte Lösungsmittel sind Alkohole, Ether, Dimethylformamid, N- Methylpyrrolidon und Dimethylsulfoxid.
  • Die Herstellung von Ausgangsmaterialien in Beispielen wird nun beschrieben.
  • Herstellung A: Bromierung von Poly(2,6-dimethylphenylenoxid).
  • Zu einer Lösung 1 g Poly(2,6-dimethylphenylenoxid) in 20 ml CCl&sub4; wurden abgemessene Mengen von N-Bromsuccinimid (NBS) (siehe Tabelle 1, unten) und 0,05 g Benzoylperoxid zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde während 4 Stunden unter Rückfluss gekocht, abgekühlt und zur Entfernung des Succinimids filtriert. Das Polymer wird aus dem Filtrat durch Eingiessen in Methanol ausgefällt, durch Filtration abgetrennt und bei 60ºC unter Vakuum getrocknet.
  • Herstellung B: Quaternisierung des brommethylierten Poly (2,6-dimethylphenylenoxids)
  • Einer Lösung von 0,5 g Produkt aus Herstellung A in 50 ml Dichlormethan, wurden 5 ml wasserfreies Ethanol und 5 ml Triethylamin zugegeben, und die Reaktionsmischung wurde über Nacht unter Rückfluss gekocht. Die Lösungsmittel wurden abgedampft und das übrigbleibende quaternisierte polymere Produkt wurde bei 60ºC unter Vakuum getrocknet. Die Menge der quaternisierten Gruppen im Polymer wurde durch Titration mit Perchlorsäure in Essigsäure in Gegenwart von Quecksilber(II)acetat und unter Verwendung von Methylviolett in Essigsäure als Indikator bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefasst. Tabelle I Versuch Nr. Menge NBS (mg) (Herstellung A) mmol/g quaternäre Gruppen, als N(C&sub2;H&sub5;)&sub3; bestimmt (Herstellung B) Anmerkung: Die quaternisierten Polymere aus 2 bis 6 sind in Ethanol löslich.
  • Herstellung C: Chlormethylierung eines Polysulfons
  • Das Ausgangspolymer (Union Carbide P-1700) wird durch Kondensation von Bisphenol A und bis-(4-Chlorophenyl)sulfon, siehe Formel (1) oben, hergestellt. Es besitzt Steifheit, Widerstandsfähigkeit und die Eigenschaft einer guten Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften zeigen nur geringe Änderungen über einen weiten Temperaturbereich, namentlich von -100ºC bis 150ºC. Die Glasübergangstemperatur liegt bei 190ºC. Es ist amorph, löslich in aromatischen chlorierten Kohlenwasserstoffen, Estern und Ketonen; aliphatische Kohlenwasserstoffe sind wirkungslos. Ausserdem ist es sehr widerstandsfähig gegen die meisten wasserigen Reagentien, einschliesslich Säuren, Basen und Detergentien.
  • Einer Lösung von 5 g Polyethersulfon (ein Produkt der Union Carbide, P-1700, und siehe die Formel (I) oben) in 200 ml Dichlormethan wurden 10 ml Chlormethylether und 0,5 ml Zinntetrachlond zugegeben. Die Lösung wurde während 2 Stunden unter Rückfluss gekocht, und ihre anfängliche Rosafärbung wechselte auf Gelbgrün. Die klare Lösung wurde in ungefähr 500 ml Methanol gegossen und das ausgefallene chlormethylierte Polymer wurde abfiltriert und mit Methanol gewaschen. Eine weitere Reinigung wurde durch Umfällen aus wässerigem DMF erzielt. Zur Analyse wurde die Chlormethylgruppe im Produkt mit Anilin zum Aniliniumsalz umgesetzt, das in situ mit Natriummethanolat bis zum gelbblauen Endpunkt von Thymolblau titriert wurde. In dem gerade gezeigten Beispiel führt die Titration zu einem Ergebnis von 2,64 mmol/g Cl im Polymer. Kinetische Studien des Erfinders zur Chlormethylierungsreaktion haben gezeigt, dass das Ausmass der Substitution sich mit der Zeit ändert und gesteuert werden kann.
  • Die Chlormethylierung kann als Alternative mit Formaldehyd/HCl oder Halomethyl/Alkylethern durchgeführt werden.
  • Herstellung D: Quaternisierung von chlormethyliertem Polyethersulfon.
  • Einer Lösung von 5 g des Produktes von Herstellung C in 100 ml Dichlormethan wurden ungefähr 20 ml Ethanol und 15 ml Triethylamin zugegeben und die Mischung wurde während 2 Stunden unter Rückfluss gekocht. Nach dem Abkühlen wurde die Mischung in 200 ml Methanol gegossen und die Fällung abfiltriert, mit Methanol gewaschen und getrocknet. Zur Analyse wurden 0,1 bis 0,15 g des Produkts in 20 ml Chloroform (p.a.) gelöst und 4 ml Eisessig zugegeben. Dieser Lösung wurde Quecksilber(II)acetat zugegeben und die Mischung wurde geschüttelt. Die Titration wurde mit Perchlorsäure in Essigsäure (0,1 M) durchgeführt.
  • Die Erfindung wird nun mittels der folgenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutert werden.
  • BEISPIEL 1
  • Eine einprozentige Lösung des Produktes aus Herstellung B, das 2,3 meq quaternäre Ammoniumgruppen pro g Polymer enthielt, wurde in 95% Ethanol zubereitet. Eine röhrenförmige mikroporöse Membran von 1,23 cm Durchmesser wurde von einer 5%igen Lösung (g/v) von ICI-Polyethersulfon ("PES 5001") in NMP auf einem nicht gewebten Polyester-Träger ausgebildet. Die Membran, die ein Rückhaltevermögen von 85% für 0,1% Dextran 70K, 0% für Natriummchlorid und einen Wasserdurchfluss von 2000 l/m²/Tag hatte, wurde während 5 Minuten in die obige Ethanollösung gestellt, während 15 Minuten abtropfengelassen und während 30 Minuten in einen bei 60ºC gehaltenen Ofen gestellt. Sie wurde dann während 30 Minuten in eine 5%ige (g/v) Lösung von Diaminoethan eingetaucht, herausgenommen, abtropfengelassen und dann während 24 Stunden auf 90ºC erhitzt. Die gebildete quervernetzte, beschichtete Membran hatte ein Rückhaltevermögen von 75% für Saccharose, bei einem anfänglichen Durchfluss von 1440 l/m²/Tag bei 25,3 bar (25 atm) Druck, während die unbeschichteten Membranen Rückhaltevermögen von 20% aufwiesen. Die Rückhaltevermögen für Salz lagen unter 20%.
  • BEISPIEL 2
  • Die Membran wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und mit l%iger wässeriger Raffinose getestet. Das Rückhaltevermögen war 85% bei einem anfänglichen Durchfluss von ungefähr 2000 l/m²/Tag bei 25,3 bar (25 atm) Druck. Die Membran war während wenigstens 1000 Stunden stabil (wobei während dieser Zeit das prozentuale Rückhaltevermögen wenig änderte) und der Salzdurchtritt weniger als 30% betrug. Das Rückhaltevermögen für Kongorot war 95%.
  • BEISPIEL 3
  • Eine flache Blattmembran wurde aus Polysulfon 3500 von Union Carbide, 15%ige Lösung in DMF, hergestellt und 0,2 mm dick auf nicht gewebtem Polyolefin Tyvek R gegossen, in Wasser gefällt, während 2 Stunden gewaschen, in eine Lösung des quaternisierten Polymers aus Herstellung B eingetaucht und wie in Beispiel 1 quervernetzt. Die Leistung der quervernetzten, beschichteten Membran war ähnlich wie in Beispiel 1.
  • BEISPIEL 4
  • Eine flache Blattmembran wurde aus Polysulfon 3500 von Union Carbide, 15%ige Lösung in DMF, hergestellt und 0,2 mm dick auf nicht gewebtem Polyolefin Tyvek R gegossen, in Wasser gefällt und während 2 Stunden gewaschen. Das Polysulfon (Union Carbide 3500) wurde mit Chlordimethylether wie in Herstellung C chlormethyliert. Das Produkt, das 2,0 meq. Cl/g. Polymer enthielt, wurde wie in Herstellung D quaternisiert, ausser dass das Reaktionsgemisch über Nacht unter Rückfluss gekocht wurde. Das quaternisierte Produkt ja wurde in Ethanol gelöst, auf die Membran aufgetragen und wie in Beispiel 1 quervernetzt. Die sich ergebende quervernetzte, beschichtete Membran hatte in flachen Zellen bei 28,4 bar (28 atm) Rückhaltevermögen von 65 und 82% für 1%ige Lösungen von Saccharose beziehungsweise Raffinose, bei einem Rückhaltevermögen für Salz von weniger als 20%. Das Rückhaltevermögen für Kongorot war 98%.
  • BEISPIEL 5
  • Polyacrylnitril (98% Homopolymer: Dupont A), Molekulargewicht (Mittelwert) 50000, wurde in DMF gelöst und auf einem Rohr aus nicht gewebtem Polyester (1,27 cm Durchmesser) ausgebildet und in Eiswasser geliert. Nach Waschen über Nacht hatte die Membran ein Rückhaltevermögen von 65% für Polyethylenglycol von MG 60K, und von 5% für Saccharose. Die Polyacrylnitrilmembran wurde durch Eintauchen während 5 Minuten in 1% (g/v) Natriumethanolat quervernetzt, abtropfengelassen und dann während 30 Minuten auf 115ºC erhitzt. Die ursprüngliche Membran war weisslich oder beige, aber nach dieser Behandlung war die Membran dunkelbraun, und sie war nicht länger löslich oder quellbar in DMF, NMP oder DMSO. Während die ursprüngliche Membran ein Rückhaltevermögen von weniger als 18% für Raffinose aufwies, hatte die quervernetzte Membran ein Rückhaltevermögen von 45% für Raffinose und ein Rückhaltevermögen von 94% für Dextran 70K. Die quervernetzte Membran klärte eine trübe Lösung von Orangenschalen-Extrakt bei einem Durchfluss von 650 l/m²/Tag; die Quervernetzung liess die Membran unempfindlich gegen die in diesem Fruchtextrakt vorhandenen Terpene werden, die im allgemeinen eine zerstörerische Wirkung auf nicht quervernetzte Membranen haben. Die quervernetzte Membran wurde anschliessend mit dem aus Herstellung B erhaltenen quaternisierten Polymer beschichtet und quervernetzt, und hatte dann ein Rückhaltevermögen für Raffinose von über 60%, für Natriumchlorid einen Durchlass von weniger als 20%; ihr Rückhaltevermögen für Kongorot war mehr als 90%.
  • BEISPIEL 6A
  • Eine darunterliegende Membran wurde aus Polyacrylnitril wie in Beispiel 5 beschrieben hergestellt und wie in Beispiel 4 beschichtet und quervernetzt. Die sich ergebende quervenetzte, beschichtete Membran hatte ein Rückhaltevermögen von 82% für Raffinose bei einem Durchfluss von 1200 l/m²/Tag, und ein Rückhaltevermögen für Natriumchlorid von 18%.
  • BEISPIEL 6B
  • Es wurde Beispiel 6A wiederholt, ausser dass der Polyacrylnitril-Träger quervernetzt wurde, indem die Membran während 15 Minuten bei 20ºC in eine 10%ige wässerige NaOH- Lösung gestellt, gespült und während 20 Minuten auf 110ºC geheizt wurde. Das Rückhaltevermögen für Raffinose ist 85%, wobei die Membranen in N,N-Dimethylformamid, NMP, DMSO, Dichlormethan, Toluol und Aceton unlöslich sind und weniger als 10% quellen, sogar nach mehr als einwöchigem Eintauchen, und zeigten die selbe Leistung wie bei dem anfänglichen Testen.
  • Eine darunterliegende Membran, wie in Beispiel 5 beschrieben hergestellt, wurde mit einer 1%igen Lösung des brommethylierten Polymers von Herstellung A in Dichlormethan beschichtet. Die beschichtete Membran wurde während 12 Stunden in eine wässerige Lösung von Diaminoethan eingetaucht, um die Beschichtung querzuvernetzen. Das Produkt wurde abtropfen gelassen, getrocknet, und während 2 Minuten in eine 1%ige Lösung von Chlorsulfonsäure in Dichlormethan eingetaucht, mit wässerigem Ethanol gewaschen und dann getrocknet. Die sulfonierte Membran hatte ein Rückhaltevermögen von 84% für Raffinose, bei einem Rückhaltevermögen von 29% für Natriumchlorid. Wurde die Membran während 12 Stunden in 5%iges Triethylamin in wässerigem Ethanol 1:1 gestellt, gewaschen und abtropfen gelassen, hatte sie ein Rückhaltevermögen von 70% für Raffinose und ein Rückhaltevermögen von 18% für Natriumchlorid. Diese fertige Membran enthält sowohl anionische als auch kationische Gruppen.
  • BEISPIEL 7A
  • Eine darunterliegende Membran, hergestellt wie in Beispiel 5 beschrieben, wurde mit einer 1%igen Lösung des brommethylierten Polymers aus Herstellung (A) in Dichlormethan beschichtet.
  • Die beschichtete Membran wurde während 12 Stunden in eine wässerige Lösung von Diaminoethan eingetaucht, um die Beschichtung querzuvernetzen. Die erhaltene Membran wurde abtropfen gelassen und während 2 Minuten in eine 1%ige Lösung von Chlorsulfonsäure in Dichlormethan eingetaucht, in Ethanol gewaschen und dann getrocknet.
  • Die sulfonierte Membran hatte ein Rückhaltevermögen von 84% für Raffinose bei einem Rückhaltevermögen von 29% für Natriumchlorid.
  • Die Membran wurde dann während 12 Stunden in eine wässerig/ethanolische Lösung 1:1 (v/v), enthaltend 5% Ethylamin, gestellt, gewaschen und abtropfen gelassen.
  • Diese Membran hatte ein Rückhaltevermögen von 70% für Raffinose und von 18% für Natriumchlorid. Diese fertige Membran enthält sowohl anionische als auch kationische Gruppen.
  • BEISPIEL 7B
  • Beispiel 7A wurde unter Verwendung des quervernetzten Trägers von Beispiel 6B wiederholt, aber die Dichlormethan- Lösung des brommethylierten Polymers enthielt 0,5% SnCl&sub4;. Nach Aufbringen der Beschichtung auf den quervernetzten Träger wurde die Membran während 10 Minuten auf 110ºC erhitzt, abgekühlt und die Reihe von Stufen ausgeführt, die in Beispiel 7A angegeben sind, ohne Diaminoethan, aber einschliesslich der Behandlung mit Chlorsulfonsäure und der Quaternisierung, was eine quervernetzte amphotere Beschichtung mit einem Rückhaltevermögen von 90% für Kongorot ergab.
  • BEISPIEL 8
  • Es wurde Beispiel 7A wiederholt, wobei anstelle von Dichlormethan Tetrahydrofuran verwendet wurde, dabei wurden ähnliche Resultate erhalten.
  • BEISPIEL 9
  • Es wurde Beispiel 7A wiederholt, aber mit 0,5% brommethyliertem Polyphenylenoxid. Nach der Stufe mit Diaminoethan hatte die Membran einen Durchfluss von 650 l/m²/Tag und ein Rückhaltevermögen von 75% für Raffinose. Die Membran aus quervernetztem Polyacrylnitril hatte vor dem Beschichten einen Durchfluss von 3312 l/m²/Tag und ein Rückhaltevermögen von 80% für Kongorot.
  • BEISPIEL 10
  • Es wurde Beispiel 7A wiederholt, wobei Natriumbutanolat anstelle von Natriumethanolat verwendet wurde, dabei wurden ähnliche Ergebnisse für Durchfluss und Rückhaltevermögen erhalten.
  • BEISPIEL 11
  • Es wurde Beispiel 10 wiederholt, wobei anstelle des Butanolats Natriummethanolat verwendet wurde. Das Ausmass an Quervernetzung war geringer als bei der Verwendung von sowohl Ethanolat als auch von Butanolat. Die quervernetzte beschichteten Membranen hatten ähnliche Durchfluss- und Rückhalteeigenschaften.
  • BEISPIEL 12
  • Eine Polyacrylnitrilmembran, wie die in Beispiel 5 beschriebene, wurde in einem Röhrchen aus mikroporösem keramischem Aluminiumoxid gegossen; die Membran auf der Keramik hatte eine 70%-Obergrenze für Dextran 7º0. Nach der Unlöslichmachung wie beschrieben hatte die Membran einen Wasserdurchfluss und ein Rückhaltevermögen für Raffinose von 1400 l/m²/Tag beziehungsweise 68%. Eine ähnliche Membran wurde zusätzlich in Luft auf 260ºC erhitzt und während 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, um das Polyacrylnitril weiter querzuvernetzen. Die erhaltene nicht beschichtete Membran hatte ein Rückhaltevermögen von 57% für Saccharose und war dunkel-schwarz (im Vergleich zum Dunkelbraun der auf 130ºC erhitzten Membran); sie wurde durch langsames Erhitzen auf 700ºC verkohlt und hatte dann ein Rückhaltevermögen von 40% für Saccharose. Alle drei verschiedene Arten von Membranen wurden gemäss den Verfahren von Beispiel 4 und 7B beschichtet und ergaben Rückhaltevermögen für Raffinose im Bereich von 85 bis 95%.
  • BEISPIEL 13
  • Es wurde Beispiel 12 wiederholt, wobei ein Rohr aus porösem Kohlenstoff, beschichtet mit Zirkonoxid, verwendet wurde, dabei hatte das Produkt eine Obergrenze für das Molekulargewicht, bei dem Moleküle noch durchgelassen werden, von 100000. Nach Beschichtung und Quervernetzung hatten die erhaltenen Membranen Rückhaltevermögen für Saccharose von über 50% und Rückhaltevermögen für Natriumchlorid von weniger als 20%.
  • BEISPIEL 14
  • Es wurde Beispiel 7A wiederholt, wobei anstelle des Polyethersulfons Polyvinylidenfluorid von MG 33000 verwendet wurde. Vor jeder Behandlung war die gegossene Membran in DMF löslich und hatte eine Obergrenze für das Molekulargewicht von 100000. Nach dem Stufe mit Natlumethanolat und anschliessendem Erhitzen hatte sich die Membran von weisslich auf dunkelbraun verfärbt und wies einen Durchfluss von 10724 l/m²/Tag und ein Rückhaltevermögen von 40% für Kongorot auf. Nach der Beschichtung mit 0,5% brommethyliertem Polyphenylenoxid und Eintauchen über Nacht in Diaminoethan, gefolgt von Eintauchen in 30%iges Triethylamin, um querzuvernetzen und die Beschichtung (durch Quaternisierung) geladen zu machen, hatte die Membran einen Durchfluss von 2880 l/m²/Tag und ein Rückhaltevermögen von 80% für Kongorot. Mit einer 1%igen Beschichtung von brommethyliertem Polyphenylenoxid und Eintauchen in Diaminoethan und Triethylamm wie oben hatte die Membran ein Rückhaltevermögen von 90% für Kongorot. Die Grundmembran hatte nach dem Quervernetzen mit Natriumethanolat ein Rückhaltevermögen für Dextran 70K von 12%, sie wurde eingesetzt, um einen Extrakt von Orangenschalen zu klären und ergab ein klares Permeat (Entfernung des trübenden Agens) bei gleichzeitiger Rückhaltung des grössten Teils der Glucide.
  • BEISPIEL 15
  • Zur Bildung der Membran wurde sulfoniertes Polyvinylidenfluorid verwendet. Die Sulfonierung wurde wie in Beispiel 1 von US-A-4188354 durchgeführt. Die erhaltene Membran enthielt 1,3 meq./g. Sulfonatgruppen. Eine 21%ige Lösung des Polymers in DMF/THF 80:20 wurde auf einem nicht gewebten Polyolefin TYVEK aufgetragen. Die Grundmembran wurde wie in Beispiel 14 mit 0,5% brommethyliertem Polyphenylenoxid quervernetzt und beschichtet, woraus sich eine Membran mit einem Rückhaltevermögen von 70% für Raffinose und einem Durchfluss von 3648 l/m²/Tag ergab.
  • BEISPIEL 16
  • Beispiel 12 wird auf einer Hohlfaser aus Polyacrylnitril, mit einem Innendurchmesser von 80 µm (Mikrometer), einer Wanddicke von 20 µm und einem Rückhaltevermögen von 35% für Saccharose, wiederholt. Nach den in Beispiel 5 beschriebenen Verfahren zeigte das Produkt ein Rückhaltevermögen von 60% für Saccharose und von 90% für Kongorot. Wurde die Grundmembran weiter während 2 Stunden auf 250ºC erhitzt und dann beschichtet, war das Rückhaltevermögen für Kongorot 87%. Wurden die Membranen bei 700ºC in Stickstoff verkohlt, ergab die beschichtete Membran ein Rückhaltevermögen von 80% für Kongorot.
  • BEISPIEL 17
  • Es wird das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren für die Herstellung einer röhrenförmigen mikroporösen Membran aus Polyethersulfon wiederholt. Die röhrenförmige Membran wird während 10 Minuten in eine Lösung von sulfoniertem Polysulfon (1% in Ethanol), enthaltend 1,5 meq./g. Sulfonatgruppen (Union Carbide 3500), eingetaucht, herausgenommen, abtropfen gelassen und während 30 Minuten auf 70ºC erhitzt. Die Membran hatte für Kongorot, vor und nach der Beschichtung, ein Rückhaltevermögen von 75 beziehungsweise 98%; und für Saccharose von 50 beziehungsweise 90%.
  • BEISPIEL 18
  • Um die Beschichtung von Beispiel 17 unlöslich zu machen, wird die beschichtete Membran während 15 Minuten in eine 1%ige Lösung von Chlorsulfonsäure in Trichlortrifluorethan (Freon TF, Dupont Trichlortrifluorethan) eingetaucht, herausgenommen, abtropfen gelassen und während 15 Minuten auf 110ºC erhitzt. Als Alternative konnte die Chlorsulfonierung in Gegenwart von 0,5% Zinntetrachlond durchgeführt werden. In beiden Fällen wurde die Beschichtung quervernetzt und die Membran wies ein Rückhaltevermögen von über 98% für Kongorot auf.
  • BEISPIEL 19
  • Es wird Beispiel 18 wiederholt, ausser dass die Chlorsulfonsäure durch Thionylchlorid ersetzt wird. Das ja Produkt hatte ein Rückhaltevermögen von 97% für Kongorot.
  • BEISPIEL 20
  • Wird das Verfahren von Beispiel 17 wiederholt, ausser dass man mit dem quervernetzten Polyacrylnitril-Produkt von Beispiel 5 beginnt, wird eine Membran mit einem Rückhaltevermögen von 94% für Kongorot erhalten.
  • BEISPIEL 21
  • Die quervernetzte und unlöslich gemachte Polyacrylnitril-Membran von Beispiel 5 wird mit einer 1%igen Lösung von sulfoniertem Polyvinylidenfluorid (1,6 meq. Sulfonatgruppen / g Polymer) in DMF beschichtet, abtropfen gelassen und während 5 Sekunden auf 110ºC erhitzt. Die Membran wurde dann während 2 Stunden in eine 50%ige wässerige Ethylendiamin-Lösung eingetaucht, abtropfen gelassen, in Wasser eingetaucht und getestet. Die sich ergebende Membran hatte ein Rückhaltevermögen von 90% für Kongorot. Wurde als Trägermembran eine Membran aus sulfoniertem Polyvinylidenfluorid statt aus Polyacrylnitril verwendet, hatte die fertige Mem bran ein Rückhaltevermögen von 96% für Kongorot.
  • Membranen aus verschiedenen Beispielen wurden auf ihre Stabilität in Lösungsmitteln, Säuren und Basen getestet. Die Ergebnisse zeigten für das quervernetzte Polyacrylnitril eine gute Lösungsmittelstabilität, danach folgten die Polyvinylidenfluorid-Membranen, und zuletzt waren die Polysulfone, die zerstört wurden. Die Polyvinylidenfluorid-Membranen zeigten dagegen eine überlegene Stabilität in konzentrierten ätzenden Lösungen. Die für das Testen der Stabilität gebrauchten Lösungsmitttel waren DMF, NMP, DMSO, Toluol, Dichlormethan, Methylethylketon, Ethanol, Aceton, Hexan. Die quervernetzten Polyacrylnitril-Membranen zeigten auch nach über einwöchigem Eintauchen in Lösungsmittel die ursprünglichen Leistungen hinsichtlich Durchfluss und Rückhaltevermögen.

Claims (8)

1. Verbundmembran, welche umfasst:
eine darunterliegende Membran, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Membranen zur Mikrofiltration, Ultrafiltration und Umkehrosmose besteht; und darauf einen Ueberzug, welcher mindestens einen Vertreter aus der folgenden Gruppe umfasst: Halogenmethylgruppen umfassende aromatische Oxidpolymere, Halogenmethylgruppen enthaltende aromatische Polysulfone, Halogenmethylgruppen enthaltende aromatische Polyethersulfone, Halogenmethylgruppen enthaltende aromatische Polyetherke tone, und Halogenmethylgruppen enthaltende Arylalkenhomopolymere und -copolymere, Halogenmethylgruppen und quaternisierte tertiäre Aminomethylgruppen enthaltende aromatische Oxidpolymere, Halogenmethylgruppen und quaternisierte tertiäre Aminomethylgruppen enthaltende aromatische Polysulfone, Halogenmethylgruppen und quaternisierte tertiäre Aminomethylgruppen enthaltende aromatische Polyethersulfone, Halogenmethylgruppen und quaternisierte tertiäre Aminomethylgruppen enthaltende aromatische Polyetherketone, Halogenmethylgruppen und quaternisierte tertiäre Aminomethylgruppen enthaltende Arylalkenhomopolymere und -copolymere, sulfonierte polyaromatische Polymere, welche keine Aminogruppen enthalten, die aktive Wasserstoffatome aufweisen, und sulfonierte Poly(halogenalkylene), welche Membran nach deren Ueberziehen einer Vernetzungsbehandlung unterworfen worden ist.
2. Verbundmembran nach Anspruch 1, in welcher besagte darunterliegende Membran eine Dicke im Bereich von ca. 10 µm (Mikrometer) bis ca. 1 mm, eine Durchschnittsporenweite im Bereich von ca. 1 nm (10 Å) bis ca. 5 µm (Mikrometer) und eine Porosität von mindestens ca. 10% hat.
3. Verbundmembran nach Anspruch 2, in welcher besagte darunterliegende Membran eine Dicke im Bereich von ca. 50 µm (Mikrometer) bis ca. 500 µm (Mikrometer), eine Durchschnittsporenweite im Bereich von ca. 2 nm (20 Å) bis ca. 100 nm (1000 Å) und eine Porosität von mindestens ca. 50% hat.
4. Verbundmembran nach Anspruch 1, in welcher besagte darunterliegende Membran mindestens einen Vertreter aus der folgenden Gruppe umfasst: aromatische Polysulfone, aromatische Polyethersulfone, aromatische Polyetherketone, Polyvinyldenfluorid, sulfoniertes Polyvinylidenfluorid, Acrylonitrilhomopolymere und -copolymere, substituierte Acrylonitrilhomopolymere und -copolymere, und jedwelcher dieser Vertreter, welcher einer Vernetzungsstufe unterworfen worden ist.
5. Verbundmembran nach Anspruch 1, in welcher besagte auf dem Ueberziehen folgende Vernetzungsbehandlung die Behandlung mit mindestens einem der Agentien (i) und (ii) umfasst, nämlich, (i) Hitze und (ii) mindestens ein Vertreter aus der Gruppe der polyfunktionellen Amine, der polyfunktionellen Thiole und der Chlorsulfonierungsmittel.
6. Verfahren zur Abtrennung mindestens eines anorganischen Salzes von mindestens einer organischen Verbindung in einem wässrigen Medium, bei welchem besagtes Medium unter einem überatmosphärischen Druck, welcher über dem osmotischen Druck liegt, mit einer Verbundmembran nach Anspruch 1 in Kontakt gebracht und hierauf mindestens die derart behandelte organische Verbindung im wässrigen Medium gewonnen wird, welches eine verhältnismassige erschöpfte Proportion an mindestens besagtem anorganischen Salz enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem mindestens besagte organische Verbindung mindestens einen Vertreter aus der Gruppe der Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide enthält.
8. Verfahren zur Abrennung mindestens eines Vertreters aus der Gruppe der unlöslichen Partikel, der kolbidalen Partikel und der gelösten Moleküle von einem anorganischen Lösungsmittel, bei welchem besagtes, mindestens einen solchen Vertreter enthaltendes Lösungsmittel unter einem überatmosphärischen Druck, welcher über dem osmotischen Druck liegt, mit einer Verbundmembran nach Anspruch 1 in Kontakt gebracht und hierauf das derart behandelte Lösungsmittel gewonnen wird.
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