DE69609331T2

DE69609331T2 - Verstärktes, mit teilchen beladenes, fibrilliertes ptfe-gewebe

Info

Publication number: DE69609331T2
Application number: DE69609331T
Authority: DE
Inventors: V. Balsimo; R. White
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2016-06-01
Also published as: CN1190446A; AU715599B2; DE69609331D1; EP0837960B1; WO1997003239A1; EP0837960A1; AU6027896A; US6207251B1; JPH11508976A

Description

Diese Erfindung beschreibt ein poröses, mit Teilchen beladenes, fibrilliertes Polytetrafluorethylengewebe mit einem verstärkenden, mindestens partiell darin eingebetteten Wirrfaserscrim. Im Vergleich zu einem unverstärkten Gewebe kann dieses verstärkte Gewebe einem viel größeren Druckverlust ohne Verformung widerstehen und zeigt gegenüber verschiedenen mechanischen Belastungen eine höhere Festigkeit.
Mit Teilchen beladene, faserige Wirrfasergegenstände, wobei das faserige Wirrfasergewebe komprimiert, verschmolzen, schmelzextrudiert, im Luftstrom aufgebracht, versponnen, mechanisch gepreßt oder aus Phasentrennverfahren erhalten werden kann, sind als in der Trenntechnik nützlich offenbart worden. Gewebeprodukte aus Wirrfasergeweben mit darin dispergierten Sorptionsmittelteilchen sind zum Beispiel für Atemmasken, Schutzkleidung, Flüssigkeit zurückhaltende Gegenstände, Wischer für Öl und/oder Wasser und chromatographische und Trenngegenstände als nützlich offenbart worden. Beschichtete, anorganische Oxidteilchen sind auch in solchen Geweben eingeschlossen worden. Solche Gewebe mit eingeschlossen Teilchen, die mit Liganden (einschließlich biologisch aktiver Materialien) kovalent reaktiv sind, sind kürzlich ebenfalls entwickelt worden.
Zahlreiche Beispiele von PTFE, das mit partikulärem Material gefüllt ist oder es einschließt, sind auf vielen Gebieten bekannt. Viele Anwendungen für mit elektrisch leitfähigen Materialien gefülltes PTFE sind bekannt. Diese schließen Leiterplatten, Lecksensoren für 41, elektrische Isolatoren, semipermeable Gewebe und verschiedene Typen von Elektroden ein. Andere solche Kombinationen sind als Dichtungs- oder Verschlußmaterialien und Naßreibungsmaterialien verwendet worden. Noch andere sind zur Herstellung hochfester PTFE-Filme und -Gewebe mit Anwendungen als Strukturelemente und elektronische Komponenten verwendet worden. Wenn die Teilchen katalytische Eigenschaften haben, stellt dieser Typ von Kombination eine Form bereit, mit der bequem umgegangen werden kann. Das US-Patent Nr. 4,153,661 offenbart verschiedene, in einer Matrix verfilzter PTFE-Fibrillen verteilte Teilchen als nützlich in, unter anderem, elektronischen Isolatoren und semipenneablen Geweben.
Zahlreiche Kombinationen von PTFE und Metallen, in denen das Metall nicht in einer PTFE-Matrix eingeschlossen ist, sind auch bekannt. Diese schließen vollständig oder partiell mit Metall beschichtete PTFE-Gewebe und Metallmatrices mit einem Netzwerk von fibrilliertem PTFE in ihren Poren ein. PTFE-Pulver mit Metallfüllung ist (in Form von Pasten) als Batterieelektrode und als selbstschmierende, auf Bronzelagern aufgebrachte Schicht verwendet worden. Auf Metallfilme und -platten aufgebrachte PTFE-Filme sind auch bekannt.
Verfahren zur Herstellung fibrillierter PTFE-Gewebe sind zum Beispiel in den US- Patenten Nrn. 4,153,661, 4,460,642 und 5,071,610 beschrieben worden.
Die physikalischen Eigenschaften solcher mit Teilchen beladener, fibrillierter PTFE- Gewebe sind jedoch etwas beschränkt. Sie widerstehen hohen Druckverlusten nicht ohne Verformung und haben eine beschränkte Festigkeit gegenüber mechanischen Belastungen, die zum Beispiel durch fluiden Fluß, Zugkräfte, mechanische Schläge und Abrieb erzeugt werden.
Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Verbundgegenstand bereit, vorzugsweise ein Trennmedium, umfassend ein poröses, fibrilliertes Polytetrafluorethylen- (PTFE-) gewebe mit darin eingeschlossenen Teilchen und einen mindestens partiell in das Gewebe eingebetteten Wirrfaserscrim. Das Gewebe, der Scrim und der gesamte Gegenstand sind alle flüssigkeitsdurchlässig.
Unter einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Gegenstandes bereit, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines fibrillierten PTFE-Gewebes mit darin eingeschlossenen Teilchen und Druckanbinden eines Wirrfaserscrims an das Gewebe, so daß das Verstärkungsmittel (d. h. der Scrim) mindestens partiell in das Gewebe eingebettet wird.
Wenn nicht anders angegeben, gelten hier die folgenden Definitionen:
"Scrim" bedeutet ein Wirrfasergewebe, dessen Fasern kein regelmäßiges geometrisches Muster bilden und die polymer, glasartig, metallisch usw. sein können; und
"partiell eingebettet" (wenn in Verbindung mit einem Verstärkungsmittel verwendet) bedeutet, das Verstärkungsmittel ist (a) in das Gewebe, an das es druckangebunden wurde, mindestens partiell hineingedrückt, so daß das verstärkte Gewebe von einer Kante aus betrachtet nur bis zu 95%, vorzugsweise bis zu 90%, stärker bevorzugt bis zu 75% und am stärksten bevorzugt bis zu 50% des Verstärkungsmittels zeigt und (b) mindestens partiell mechanisch mit dem Gewebe verfilzt. Solche verstärkten Gewebe können zum Beispiel plissiert werden, wogegen unverstärkte Gewebe katastrophale Schäden erleiden, wenn versucht wird, sie zu plissieren.
Das Einbetten eines Verstärkungsmittels in ein fibrilliertes PTFE-Gewebe verleiht dem Gewebe mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Verformung, wenn es einem Druckverlust ausgesetzt wird. Die Verwendung eines solchen Verstärkungsmittels erlaubt es auch, das Gewebe in Konfigurationen zu formen, die vorher schwierig, wenn nicht unmöglich, zu erreichen waren.
Das in dem erfindungsgemäßen Verbundgegenstand verwendete Verstärkungsmittel ist mindestens etwas porös, vorzugsweise sehr porös (d. h. mindestens 50% Hohlräume), um die Porosität des fibrillierten PTFE-Gewebe nicht sehr zu stören. Dieses Verstärkungsmittel ist mindestens partiell in das fibrillierte PTFE-Gewebe eingebettet. Die PTFE-Fibrillen scheinen sich tatsächlich an das Verstärkungsmittel anzuheften oder mechanisch mit ihm verfilzt zu werden. Dies wird unter Bezugnahme auf die nachstehend beschriebenen Zeichnungen weiter veranschaulicht.
Fig. 1 ist ein rasterelektronenmikroskopisches Bild (SEM) eines fibrillierten, mit einem polymeren Gitter verstärkten PTFE-Gewebes.
Fig. 2 ist ein SEM des verstärkten Gewebes von Fig. 1, wobei das Gitter partiell von dem Gewebe abgezogen ist.
Fig. 3 ist ein SEM mit einer stärker vergrößerten Ansicht des verstärkten Gewebes von Fig. 2.
Fig. 4 ist ein SEM eines Gitterfadens des verstärkten Gewebes von Fig. 3.
Fig. 5 ist ein SEM eines fibrillierten, mit einem polymeren Scrim verstärkten PTFE- Gewebes.
Fig. 6 ist ein SEM des verstärkten Gewebes von Fig. 5, wobei der Scrim partiell von dem Gewebe abgezogen ist.
Fig. 7 ist ein SEM mit einer stärker vergrößerten Ansicht des verstärkten Gewebes von Fig. 6.
Fig. 8 ist ein SEM einer Scrimfaser des verstärkten Gewebes von Fig. 7.
Fig. 1 zeigt ein SEM (60-fache Vergrößerung) von verstärktem Gewebe 10, umfassend mit Teilchen beladenes, fibrilliertes PTFE-Gewebe 12 mit dem partiell darin eingebetteten Gitter 14. In dieser speziellen Ausführungsform schließt das fibrillierte PTFE-Gewebe 12 Aktivkohleteilchen ein. Unabhängig von ihrer Form können beliebige Teilchen, die in ein polymeres Wirrfasergewebe eingeschlossen werden können, in dem erfindungsgemäßen verstärkten, fibrillierten PTFE-Gewebe verwendet werden. Repräsentative Beispiele nützlicher Teilchen schließen die in den US-Patenten Nrn. 4,153,661, 4,460,642, 5,071,610, 5,209,967 und 5,354,603 aufgelisteten ein. Besonders nützliche partikuläre Materialien schließen Aktivkohle, Siliziumdioxid, derivatisiertes Siliziumdioxid, Zirkondioxid, derivatisiertes Zirkondioxid, Poly(styrol-divinylbenzol), Glaskügelchen und -hohlkügelchen, Chitin und dergleichen ein. ("Derivatisiert" bedeutet, daß eine chemische Einheit kovalent an das Teilchen gebunden wurde). In dieser speziellen Ausführungsform ist das Gitter 14 NitexTM 37 Nylon (TETKO, Inc.; Rolling Meadows, IL). Ein beliebiges, poröses Gitter kann als Verstärkungsmittel verwendet werden, obwohl solche mit sehr feinen Maschen die Porosität des Gewebes stören und unerwünschten Flußwiderstand und Kanalbildung bewirken können.
Das Gitter 14 kann mittels auf dem Fachgebiet bekannter Standard-Druckanbindungsverfahren, gegebenenfalls unter erhöhter Temperatur, in das Gewebe 12 gepreßt werden.
Fig. 2 zeigt ein SEM (15-fache Vergrößerung) von fibrilliertem PTFE-Gewebe 12, wobei das Gitter 14 partiell davon abgezogen ist. Das Gittermuster ist im Gewebe 12 klar zu sehen.
Fig. 3 zeigt eine stärker vergrößerte Nahaufnahme (35-fache Vergrößerung) des in Fig. 2 gezeigten SEM. Wieder ist das Muster von Gitter 14 klar im Gewebe 12 zu sehen.
Fig. 4 zeigt ein SEM (500-fache Vergrößerung) von PTFE-Fibrillen 16 des Gewebes 12 (der Fig. 1-3), das noch an Gitter 14 haftet, nachdem das Gitter 14 partiell von dem Gewebe 12 abgezogen wurde. Daß die Fibrillen 16 mechanisch mit den Fäden von Gitter 14 verfilzt oder an sie angeheftet werden, während das Gitter 14 in das Gewebe 12 eingebettet wird, ist leicht ersichtlich.
Fig. 5 zeigt ein SEM (250-fache Vergrößerung) von verstärktem Gewebe 20, umfassend mit Teilchen beladenes, fibrilliertes PTFE-Gewebe 22, wobei der Scrim 24 partiell darin eingebettet ist. In dieser Ausführungsform schließt das fibrillierte PTFE-Gewebe 22 Siliziumdioxid ein, obwohl, wie vorstehend erwähnt, viele andere Typen von Teilchen verwendet werden können. In dieser Ausführungsform ist der Scrim 24 ein Polypropylen- Wirrfasergewebe, erhältlich von, zum Beispiel, AMOCO Fabrics & Fibers Co. (Atlanta, GA). Ein beliebiger, poröser Scrim kann jedoch als Verstärkungsmittel verwendet werden.
Fig. 6 zeigt ein SEM (35-fache Vergrößerung) von fibrilliertem PTFE-Gewebe 22, wobei der Scrim 24 partiell davon abgezogen ist. Das Muster des Scrims ist im Gewebe 22 klar zu sehen.
Fig. 7 zeigt eine stärker vergrößerte Nahaufnahme (150-fache Vergrößerung) des in Fig. 6 gezeigten SEM. Es ist zu sehen, daß die PTFE-Fibrillen 26 von dem Gewebe 22 abgezogen werden, wenn der Scrim 24 davon entfernt wird.
Fig. 8 zeigt eine stärker vergrößerte Nahaufnahme (330-fache Vergrößerung) des in Fig. 7 gezeigten SEM. Die in den Fibrillen 26 eingeschlossenen Siliziumdioxidteilchen 28 sind gut zu sehen. Daß die Fibrillen 26 mit den Fasern des Scrim 24 mechanisch verfilzt oder an sie angeheftet werden, während der Scrim 24 in das Gewebe 22 eingebettet wird, ist nochmals gut zu sehen.
Überraschenderweise haben wir gefunden, daß Wirrfaserscrims ein besseres Verstärkungsmittel für fibrillierte PTFE-Gewebe darstellen, wenn solche Gewebe als Trennmedien verwendet werden sollen. Wir glauben dies deshalb, weil ein Scrim im Gegensatz zu einem Gitter keine bequemen und regelmäßigen Pfade für eine Kanalbildung bereitstellt. Auch bettet sich ein Scrim nicht so tief in das fibrillierte PTFE-Gewebe ein wie ein Gitter. Entsprechend befindet sich der Großteil des Gewebes unterhalb der äußeren Oberfläche des Scrims. Solch ein durch einen Scrim geschütztes Gewebe wurde als plissierbar gefunden, ohne an der Plissiermaschine zu kleben, und reißt daher nicht so leicht wie ein durch ein Gitter geschütztes Gewebe.
Um das Gewebe herzustellen, in dem aktive Teilchen eingeschlossen sind, beginnt man mit einer wäßrigen PTFE-Dispersion. Diese milchig-weiße Dispersion enthält etwa 20% bis 70% (bezogen auf das Gewicht) winzige, in Wasser suspendierte PTFE-Teilchen. Ein Hauptteil dieser PTFE-Teilchen liegt im Größenbereich von 0,05 bis etwa 0,5 um. Im Handel erhältliche, wäßrige PTFE-Dispersionen können andere Bestandteile wie oberflächenaktive Mittel und Stabilisatoren enthalten, die die Aufrechterhaltung der Suspension unterstützen. Beispiele solcher im Handel erhältlicher Dispersionen schließen TeflonTM 30, 30B und 42 (DuPont de Nemours Chemical Corp.; Wilmington, DE) ein. TeflonTM 30- und 30B- Dispersionen enthalten etwa 59% bis 61% (bezogen auf das Gewicht) PTFE-Feststoff und etwa 5,5% bis 6,5% (bezogen auf das Gewicht, basierend auf dem Gewicht des PTFE-Harzes) eines nichtionischen Netzmittels, typischerweise Octylphenyl-Polyoxyethylen oder Nonylphenyl-Polyoxyethylen. TeflonTM 42-Dispersionen enthalten etwa 32% bis 35% (bezogen auf das Gewicht) PTFE-Feststoff und kein Netzmittel (sie enthalten aber eine Oberflächenschicht an organischem Lösungsmittel, um ein Verdunsten zu verhindern).
Das mit Teilchen beladene, fibrillierte PTFE-Gewebe wird vorzugsweise hergestellt wie in einem beliebigen der US-Patente Nrn. 4,153,661, 4,460,642 und 5,071,610 beschrieben, mittels Zumischen der gewünschten reaktiven Teilchen zu der wäßrigen PTFE-Emulsion in Gegenwart von genügend Schmiermittel, um die Sorptionskapazität des Feststoffes zu erreichen oder sie vorzugsweise zu überschreiten und dabei eine kittähnliche Konsistenz aufrechtzuerhalten. Diese kittähnliche Masse wird dann bei einer Temperatur vorzugsweise zwischen 40º und 100ºC intensiv gemischt, um den Beginn der Fibrillierung der PTFE-Teilchen zu bewirken. Die so erhaltene kittartige Masse wird dann mehrfach und zweiachsig bei progressiver Verengung des Spaltes zwischen den Walzen (während mindestens der Wassergehalt beibehalten wird) kalandriert, bis die Scherkraft das PTFE zum Fibrillieren und dem Einschluß der Teilchen bringt und eine Schicht mit der gewünschten Dicke erhalten wird. Die Entfernung jeglichen restlichen oberflächenaktiven Mittels oder Netzmittels nach der Herstellung des Gewebegegenstandes durch Extraktion mit organischem Lösungsmittel oder Waschen mit Wasser ist im allgemeinen wünschenswert. Das so erhaltene Gewebe wird dann getrocknet. Solche Gewebe haben vorzugsweise Dicken im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm. Gewebegegenstände mit einer Dicke im allgemeinen Bereich von 0,05 bis 10 mm können nützlich sein.
Wenn ein Gewebegegenstand mit mehreren Teilchenschichten gewünscht wird, werden die Komponentenschichten aufeinander gestapelt und kalandriert, bis sie ein Verbundmaterial bilden, in dem die PTFE-Fibrillen der getrennten Schichten an der Grenzfläche zu dem angrenzenden Gewebe verwoben sind. Solche Mehrschichtgewebe zeigen wenig Vermischung an der Grenze zwischen benachbarten Teilchenschichten. Mehrschichtgegenstände haben vorzugsweise Dicken im Bereich von 0,1 bis 10 mm.
Größe und Volumen des Hohlraumes in solch einem Gewebegegenstand können durch Regelung des Schmiermittelgehaltes während der Herstellung eingestellt werden, wie im US- Patent Nr. 5,071,610 beschrieben. Weil sowohl Größe als auch Volumen der Hohlräume direkt mit der während des Fibrillierungsverfahrens vorhandenen Schmiermittelmenge variieren können, sind Gewebe möglich, die die Fähigkeit haben, Teilchen verschiedener Größen einzuschließen. Zum Beispiel kann die Erhöhung der Schmiermittelmenge auf den Punkt, an dem sie die Sorptionskapazität der Teilchen für Schmiermittel um mindestens 3% (bezogen auf das Gewicht) und bis zu 200% (bezogen auf das Gewicht) überschreitet, mittlere Hohlraumgrößen im Bereich von 0,3 um bis 5,0 um ergeben, wobei mindestens 90% der Hohlräume eine Größe von weniger als 3,6 um haben. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um einen Gewebegegenstand mit einer oder mehreren Arten darin eingeschlossener, reaktiver Teilchen herzustellen. Das PTFE, welches das Gewebe bildet, in dem Teilchen eingeschlossen werden sollen, kann in Form einer Harzemulsion erhalten werden, wobei PTFE und Schmiermittel schon vorgemischt sind (z. B. TeflonTM 30 oder 30B, erhältlich von DuPont de Nemours). Zu dieser Emulsion kann zusätzliches Schmiermittel in Form von Wasser, auf Wasser basierenden Lösungsmitteln, wie eine Wasser-Alkohol-Lösung, oder leicht entfernbaren organischen Lösungsmitteln wie Ketonen, Estern und Ethern gegeben werden, um das zuvor erwähnte, gewünschte Verhältnis von Schmiermittel und Teilchen zu erhalten.
In der vorliegenden Erfindung nützliche, aktive Teilchen (d. h. solche, die eine Funktion wie eine chemische Reaktion oder eine Sorption mit einem gelösten Stoff eingehen oder leitend sind) schließen beliebige Teilchen ein, die in einer faserigen Wirrfasermatrix immobilisiert werden können. Repräsentative, sorptive Teilchen schließen Aktivohle, Siliziumdioxid, derivatisiertes Siliziumdioxid, Zirkondioxid, derivatisiertes Zirkondioxid, Ionenaustauscherharze, interkaliertes Styrol-Divinylbenzol und Chitin ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Leitfähige Teilchen wie silberbeschichtete Glaskugeln können auch werden verwendet. Partikuläres Material kann von regelmäßiger (flach, kugelförmig, kubisch, stab- oder faserähnlich usw.) oder unregelmäßiger Form sein. Mittlere Durchmesser nützlicher Teilchen liegen im Bereich von 0,1 bis 100 um, stärker bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 50 um, und am stärksten bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 um. Solche Teilchen können direkt in den Gewebegegenstand eingeschlossen werden.
Die Teilchen sind im allgemeinen einheitlich in dem Gewebegegenstand verteilt, aber Matrices, die Kombinationen von Teilchen einschließen, können hergestellt werden. In einer anderen Ausführungsform können Schichten, die verschiedene Teilchen enthalten, in eine einzelne Matrix mit unterschiedlichen eingelagerten Teilchenschichten kalandriert werden. Solche Mehrschicht-Verbundgegenstände zeigen eine minimale Vermischung der Grenzen (zwischen den verschiedenen eingelagerten Teilchenschichten) und behalten eine gute Gleichförmigkeit durch jede Schicht. Wenn diese Gewebe bei chromatographischen oder Trennungs-Anwendungen verwendet werden sollen, kann dieser Typ von Gegenstand in heterogener oder in homogener Form selektiv eine oder mehrere chemische Spezies, die aus einer Flüssigkeit entfernt werden sollen, sorbieren oder mit ihnen reagieren.
Der gesamte Teilchengehalt des Gewebegegenstandes kann bis zu etwa 97% (bezogen auf das Gewicht) betragen, obwohl Teilchenmengen im Bereich von 80 bis 95% (bezogen auf das Gewicht) dazu neigen, stabilere Gewebegegenstände zu ergeben. Die einschließenden Fibrillen halten die eingeschlossenen Teilchen mittels Einschluß oder Haftung innerhalb der Matrix zurück, und die eingeschlossenen Teilchen verrutschen nicht.
Der erfindungsgemäße Gewebegegenstand umfaßt vorzugsweise aktive Teilchen in einer Menge von mindestens 10% (bezogen auf das Gewicht), stärker bevorzugt in einer Menge von mindestens 50% (bezogen auf das Gewicht), und am stärksten bevorzugt in einer Menge von mindestens 80% (bezögen auf das Gewicht). Eine hohe Beladung mit aktiven Teilchen ist wünschenswert, um die Sorptionskapazität oder die chemische Aktivität des Substrates zu maximieren.
Inaktive zusätzliche Teilchen mit mittleren Durchmessern in denselben Bereichen wie vorher in Bezug auf aktive Teilchen aufgelistet, können eingeschlossen werden.
Repräsentative Beispiele nützlicher Zusatzstoffe, die in den Gewebegegenstand eingeschlossen werden können, schließen Eigenschafismodifikatoren wie Glaskügelchen und/oder -hohlkügelchen, Glasteilchen, die keine Kügelchen oder Perlen sind, durch Energieaufwand aufweitbare, hohle Polymerteilchen wie ExpancelTM Mikrokügelchen (Nobel Industries; Sundsvall, Sweden) und Glimmer ein. Wenn vorhanden, können solche inaktiven Teilchen mehr als 0 bis 95% (bezogen auf das Gewicht), vorzugsweise mehr als 0 bis 50% (bezogen auf das Gewicht) und am stärksten bevorzugt mehr als 0 bis 10% (bezogen auf das Gewicht) des Gewebegegenstandes ausmachen.
Mit Teilchen beladene, fibrillierte PTFE-Gewebe, die auf die vorstehende Art verstärkt wurden, zeigen eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Bauchbildungen und/oder Reißen und Schrumpfen. Dies ist sehr wünschenswert bei Anwendungen, in denen das Gewebe einem durch hindurchfließendes Fluid verursachten Druckverlust widerstehen oder Dimensionsstabilität haben muß. (Unverstärkte, fibrillierte PTFE-Gewebe neigen zum Schrumpfen in der Richtung, in der sie zuletzt maschinell bearbeitet wurden). Verstärkte Gewebe sind auch leichter handzuhaben und neigen weniger dazu, während des normalen Gebrauchs beschädigt zu werden.
Wenn gewünscht, kann ein fibrilliertes PTFE-Gewebe mit darin eingeschlossenen Teilchen auch auf beiden Seiten verstärkt werden. Anders gesagt, können Verstärkungsmittel partiell in beide Seiten des Gewebes eingebettet werden. Das kann die Widerstandsfähigkeit des Verbundgegenstandes gegenüber den zuvor erwähnten, unerwünschten Eigenschaften erhöhen. Zusätzlich können auch Mehrschichtgewebe-Verstärkungsmittel-Verbundgegenstände hergestellt werden. Dies könnte erwünscht sein, wenn jede Gewebeschicht einen anderen Teilchentyp enthält.
Die erfindungsgemäßen verstärkten, mit Teilchen beladenen, fibrillierten PTFE-Gewebe können überall dort verwendet werden, wo unverstärkte, mit Teilchen beladene, fibrillierte PTFE-Gewebe nützlich sind, insbesondere in der Trenntechnik (z. B. chromatographische und andere Trennungen sowie Extraktionen). Sie sind insbesondere dort nützlich, wo solche Gewebe plissiert werden sollen, wie in der zusammen mit dieser übertragenen europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-662 340 beschrieben.
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden mittels der folgenden Beispiele weiter veranschaulicht. Die speziellen Materialien und Mengen davon, sowie andere in diesen Beispielen zitierte Bedingungen und Einzelheiten, sollten nicht verwendet werden, um diese Erfindung ungebührend einzuschränken.

BEISPIELE

Beispiel 1

Das hier beschriebene, mit Teilchen beladene, fibrillierte PTFE-Gewebe wurde im wesentlichen gemäß dem in den Spalten 3 bis 6 des US-Patentes Nr. 4,153,661 beschriebenen Verfahren hergestellt.
Die folgenden Materialien wurden zusammengegeben und das Gemisch in einem RossTM-Mischer (Charles Ross & Son Co.; Hauppage, NY) 45 sec bei 30 Upm und 38ºC gemischt:
400 g trockene Superaktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche von 2000 bis 3000 m²/g und einer mittleren Teilchengröße von 30 um in einem Bereich von 3,9 bis 200 um (Kansai Coke and Chernicals Co. Ltd.; Amagasaki City, Japan)
312 g FLUONTM PTFE-Emulsion, 22,6% PTFE in Wasser (ICI Americas, Inc.; Wilmington, DE), und
894 g deionisiertes Wasser.
Dieses Mischen ergab eine teigähnliche Masse.
Diese teigähnliche Masse wurde durch eine Zweiwalzenmühle mit einer anfänglichen Spalteinstellung von 3,81 mm geleitet. Die ersten wenigen Durchgänge ergaben ein Gewebe ohne eine Festigkeit, die genügte, sein eigenes Gewicht zu tragen; jedoch war das Gewebe nach einigen weiteren Durchgängen genügend stark, um seine Integrität zu erhalten, so daß es für den nächsten Durchgang durch die Mühle in drei Schichten gefaltet und um 90º gedreht werden konnte. Dieses zweiachsige Kalandrieren wurde insgesamt zehnmal durchgeführt. Danach wurde der Spalt von 2,54 mm auf 1,27 mm und 0,64 mm eingestellt (und das Gewebe jedesmal durch den Spalt geleitet), um eine lange Bahn zu erzeugen.
Nach den vorstehenden drei Durchgängen wurde das Gewebe in acht Schichten gefaltet und um 90º gedreht. Der Spalt wurde von 2,54 mm auf 1,90 mm und 1,27 mm und 0,76 mm eingestellt (und das Gewebe jedesmal durch den Spalt geleitet). Dieses Verfahren ergab ein fibrilliertes PTFE-Gewebe, das 1,14 mm dick war, und es wurde beim Durchgang durch einen Bandofen getrocknet.
Dieses Gewebe wurde durch Einbringen zwischen zwei Schichten NaltexTM LWS- Filtergewebe (Nalle Plastics, Inc.; Austin, TX) und Durchleiten dieses Verbundgegenstandes durch eine Zweiwalzenmühle (Spalt = 0,89 mm, Walzengeschwindigkeit = 7,6 cm/sec) verstärkt. Die Zugfestigkeit der Verbindung zwischen Gewebe und Filtergewebe, gemessen mittels Abziehen des Filtergewebes von dem Gewebe in einem Zugspannungsprüfgerät (Thwing-Albert Instrument Co.; Philadelphia, PA), war 0,18 N/cm.

Beispiel 2

Ein mit Teilchen beladenes PTFE-Gewebe wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die endgültige Gewebedicke 0,76 mm war. Dieses Gewebe wurde wie in Beispiel 1 verstärkt, mit der Ausnahme, daß die Spaltbreite während des Verstärkens 0,51 mm war. Die Zugfestigkeit dieser Gewebe-Filtergewebe-Verbindung war 0,33 N/cm.

Beispiel 3

Ein mit Teilchen beladenes PTFE-Gewebe wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die endgültige Gewebedicke 1,52 mm war. Dieses Gewebe wurde wie in Beispiel 1 verstärkt, mit der Ausnahme, daß die Spaltbreite während des Verstärkens 1,14 mm war. Die Zugfestigkeit dieser Gewebe-Filtergewebe-Verbindung war 0,21 N/cm.

Beispiel 4

Ein mit Teilchen beladenes PTFE-Gewebe wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß zusätzliches Kalandrieren eine endgültige Gewebedicke von 0,38 mm ergab. Dieses Gewebe wurde zwischen zwei Schichten Polyethylen-Wirrfasergewebe mit 25 g/m² Ausgangsgewicht eingebracht und dieser Verbundgegenstand durch eine Zweiwalzenmühle mit einem Spalt von 0,25 mm geleitet. Die Zugfestigkeit dieser Verbindung zwischen Gewebe und Wirrfasergewebe war 0,035 N/cm.

Beispiel 5

Ein mit Teilchen beladenes PTFE-Gewebe wurde wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß ein Polyester-Wirrfasergewebe mit 45 g/m² Ausgangsgewicht verwendet wurde. Die Zugfestigkeit dieser Verbindung zwischen Gewebe und Wirrfasergewebe war 0,14 N/cm.

Beispiel 6

Ein mit Teilchen beladenes PTFE-Gewebe wurde wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß nur eine Verstärkungsschicht verwendet wurde und die Spaltbreite während des Kalandrierens 0,64 mm war.
Dieses verstärkte Gewebe und ein ähnliches, unverstärktes Gewebe wurden auf drei Arten untersucht: 1) Verwendung als Absorptionsmittel auf einem üblichen Träger, 2) Zugfestigkeit und 3) Schrumpfen.
Verwendung auf einem üblichen Träger: Allgemein verwendete Träger für Inline-Filterhalter sind die für Papier oder papierähnliche Gewebe konzipierten. Sie sind erhältlich von einer großen Anzahl kommerzieller Quellen, wie Gelman Co. (Ann Arbor, MI) und Nalgene Co. (Rochester, NY). Die unverstärkten Gewebe waren weich und paßten sich an die Konturen der üblichen Träger an. Daher war der Fluß, als eine blaue Lebensmittel-farbstofflösung durch ein unverstärktes Gewebe geleitet wurde, auf die Bereiche begrenzt, in denen das Gewebe nicht in direktem Kontakt mit dem Träger war, und der Farbstoff wurde nur in diesen Bereichen absorbiert (d. h., es trat Kanalbildung auf). Als eine ähnliche Farbstofflösung durch ein verstärktes, von einem üblichen Träger gehaltenes Gewebe geleitet wurde, wurde keine solche Konformation beobachtet, und die Farbstofflösung war gleichmäßig über das ganze Gewebe verteilt (d. h., Kanalbildung, Lecks, und/oder Durchbruch wurden nicht beobachtet). Zugfestigkeit: Die Zugfestigkeiten der verstärkten Gewebe waren mindestens eine Größenordnung höher. Die Zugfestigkeit verschiedener verstärkter Gewebe ist in der nachstehenden Tabelle I dargestellt.
Schrumpfen: Das durch mechanische Stimulation und auch das durch Langzeiterwärmen induzierte Schrumpfen wurde untersucht.
Scheiben (mit 47 mm Durchmesser) aus verstärkten und unverstärkten Geweben wurden etwa 60 Minuten zweiachsig auf einem Siebschüttler (C. E. Tyler Co.; Mentor, OH) geschüttelt. Die unverstärkten Scheiben schrumpften zu einer elliptischen Form mit einer Nebenachse von etwa 42 mm (d. h. etwa 10% Schrumpfung). Bei den verstärkten Scheiben wurde praktisch keine Schrumpfung beobachtet.
Zwei Scheiben (47 mm Durchmesser) aus verstärktem Gewebe wurden 51 Tage bei 71ºC in einem Ofen gelagert. Keine Schrumpfung wurde beobachtet. Unter ähnlichen Bedingungen würden unverstärkte Gewebe mindestens um 10% geschrumpft sein.

Beispiel 7

Ein mit Teilchen beladenes, fibrilliertes PTFE-Gewebe wurde unter Verwendung desselben Verfahrens wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt. Anstelle von Aktivkohle waren die Teilchen jedoch ein C&sub1;&sub8;-derivatisiertes Siliziumdioxid (J. T. Baker Co.; Phillipsburg, NJ). Die endgültige Dicke des Gewebes war 0,51 mm. Das Gewebe bestand zu 90% (bezogen auf das Gewicht) aus Teilchen.
Eine Schicht NaltexTM LWS-Filtergewebe wurde zwischen zwei dieser Gewebe eingebracht. Der Schichtverbund wurde durch eine Zweiwalzenmühle (Spalt = 1,27 mm) geleitet.
Eine quadratische 50 mm · 50 mm-Probe dieses verstärkten Gewebes, von der das tragende Gitter entfernt war, wurde in ein Vakuumsystem mit 47 mm-Saugrohr eingebracht (Millipore Corp.; Bedford, MA). Ein Liter Wasser mit einem Tropfen blauer Lebensmittelfarbe wurde durch das verstärkte Gewebe gesaugt. Obwohl es Farbstoff aus der Lösung entfernte, bildete das verstärkte Gewebe keinen Bauch, riß nicht und wurde nicht in die Saugflasche gezogen.

Beispiel 8

Ein großes Gewebe mit C&sub1;&sub8; als eingeschlossenen Teilchen wurde unter Verwendung desselben Verfahrens wie in Beispiel 1 hergestellt. Teile dieses Gewebes wurden mit verschiedenen Verstärkungsmaterialien verstärkt und diese verstärkten Gewebe wurden im Vergleich zu einem vergleichbaren, unverstärkten Gewebe untersucht. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengefasst.
NITEXTM Nylongitter werden von TETKO, Inc. (Rolling Meadows, IL) hergestellt. MonodurTM Nylon 475 und 850 Gitter werden von Industrial Fabrics Corp. (Minneapolis, MN) hergestellt. NaltexTM Filtergewebe wird von Nalle Plastics, Inc. (Austin, TX) hergestellt. CelestraTM und PBN IHM Wirrfasergewebe werden von Fiberweb Inc. (Pensacola, FL) hergestellt. BrookingsTM Wirrfasergewebe werden von Minnesota Mining and Manufacturing Co. (St. Paul, MN) hergestellt. TyparTM and 4dpfrM Straight Wirrfasergewebe werden von Reemay, Inc. (Old Hickory, TN) hergestellt. CoverstockTM Wirrfasergewebe werden von Bonar Fabrics (Greenville, SC) hergestellt. RFXTM Wirrfasergewebe werden von AMOCO Fibers and Fabrics, Inc. (Atlanta, GA) hergestellt. TABELLE 1
Alle Proben außer Nr. 1 waren verstärkt. Die Belastungs- und Dehnungswerte für die Verstärkungsmittel allein sind nicht aufgeführt, sind aber in derselben Größenordnung wie für die entsprechenden verstärkten Gewebe.
Weil die Proben 2 bis 4 nicht richtig geschnitten waren, konnten ihre Belastungs- und Dehnungswerte um bis zu 30% abweichen; diese Zahlen helfen jedoch die generelle Schlußfolgerung zu beweisen, die aus Tabelle I gezogen werden kann, d. h., daß verstärkte Gewebe unabhängig vom Typ der Verstärkung sowohl quer zur Faserrichtung als auch in Faserrichtung mindestens eine Größenordnung stärker sind als ein ansonsten identisches, unverstärktes Gewebe.

Beispiel 9

Ein mit Teilchen beladenes, fibrilliertes PTFE-Gewebe wurde wie in Beispiel 7 hergestellt, mit der Ausnahme, daß nur eine einzige Schicht NaltexTM LWS-Filtergewebe (0,38 mm dick) und ein einziges PTFE-Gewebe (0,50 rnm dick) aufeinandergeschichtet und so durch eine letzte Zweiwalzenmühle geleitet wurden, daß die endgültige Dicke des Verbundes 0,63 mm war. Eine Scheibe mit 47 mm Durchmesser wurde aus diesem Gewebe geschnitten.
Eine Farbstofftestlösung wurde durch Vereinigen von 8 Tropfen blauer Lebensmittelfarbe und einem Liter Wasser und dann Mischen von 5 ml der Farbstofflösung mit einem Liter Wasser hergestellt. Ein Liter der Testlösung wurde durch die 47 mm-Scheibe gesaugt, die wie in Beispiel 7 beschrieben mit der Gitter-Seite nach unten in einem Vakuumsystem mit 47 mm-Saugrohr lag. Entlang mehrerer Gitternetzlinien wurde ein Farbstoffdurchbruch beobachtet.
Dieses Beispiel zeigt, daß gitter-verstärkte, fibrillierte PTFE-Gewebe eine Kanalbildung zulassen können. Daher sind scrim-verstärkte Gewebe dort bevorzugt, wo das Gewebe als Trennmedium verwendet werden soll.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen, die nicht vom Bereich und Geist dieser Erfindung abweichen, werden für den Fachmann ersichtlich. Diese Erfindung sollte nicht ungerechtfertigt auf die hierin dargelegten, illustrativen Ausführungsformen beschränkt werden.

Claims

1. Flüssigkeitsdurchlässiges Trennmedium zum Entfernen eines oder mehrerer gelöster Stoffe aus einer Flüssigkeit, umfassend:

a) ein poröses, flüssigkeitsdurchlässiges, fibrilliertes Polytetrafluorethylengewebe mit darin eingeschlossenen Teilchen; wobei die Teilchen chemisch reaktiv oder sorptiv gegenüber einem oder mehreren -gelösten Stoffen sind; und

b) einen flüssigkeitsdurchlässigen Wirrfaserscrim, mindestens partiell eingebettet in das Gewebe.

2. Trennmedium nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein zweites fibrilliertes Polytetrafluorethylengewebe.

3. Trennmedium nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen zweiten Scrim, wobei der zweite Scrim vom ersten Scrim durch mindestens ein fibrilliertes Polytetrafluorethylengewebe getrennt ist.

4. Trennmedium nach Anspruch 1, wobei die Teilchen Aktivkohle, Siliziumdioxid, derivatisiertes Siliziumdioxid, Zirkondioxid, derivatisiertes Zirkondioxid, interkaliertem Styrol-Divinylbenzol, Ionenaustauscherharze oder Chitin sind.

5. Trennmedium nach Anspruch 1, wobei die Teilchen Aktivkohle sind.

6. Trennmedium nach Anspruch 1, wobei die Teilchen Siliziumdioxid sind.

7. Trennmedium nach Anspruch 1, wobei die Teilchen derivatisiertes Siliziumdioxid sind.

8. Trennmedium nach Anspruch 1, wobei die Teilchen Zirkondioxid sind.

9. Trennmedium nach Anspruch 1, wobei die Teilchen derivatisiertes Zirkondioxid sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus porösem, flüssigkeitsdurchlässigem, verstärktem, mit Teilchen beladenem, fibrilliertem Polytetrafluorethylengewebe, der in der Lage ist, einen oder mehrere gelöste Stoffe aus einer Flüssigkeit zu entfernen, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines porösen, flüssigkeitsdurchlässigen, fibrillierten Polytetrafluorethylengewebes mit darin eingeschlossenen Teilchen, wobei die Teilchen chemisch reaktiv oder sorptiv gegenüber einem oder mehreren gelösten Stoffen sind; und

b) Druckanbinden eines flüssigkeitsdurchlässigen Scrims an das Gewebe, wobei der Scrim mindestens partiell in das Gewebe eingebettet wird,

wobei der Druckanbindungsschritt die Porosität und Flüssigkeitsdurchlässigkeit des Gewebes im wesentlichen unbeeinflußt läßt.