FI70587B - Poroest fyllmedelinnehaollande reaktivt material med oeppna celer - Google Patents

Description

IV^SrH ΓΒ1 KUULUTUSJULKAISU 7 Π t: o o ψ L8-' '11' UTLÄGGNINGSSKRIFT /UOO/ C (45) Patentti Myönnetty

Pr.t-nt tel lolzt 24 CD 13CG

(51) Kv.ik/.-int.ci.* C 08 J 9/00, 5/20 // C 08 L 29/14, 75/04 gUQ|y||__p||^|^^|^Q (21) Patenttihakemus Patentansökning 801 746 (22) Hakemispäivä Ansökningsdag 29.05 80 (Fl) ' ' (23) Alkupäivä—Giltighetsdag 29.05.80 (41) Tullut julkiseksi — Biivit offcntllg )) gj

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipano, |a kuui.juikaisur pvm. -

Patent- och registerstyrelsen ^ Ansökan utiagd och uti.skriften publicerad 06.06.86 (86) Kv. hakemus - Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet (71) Leningradsky Institut Textilnoi i Legkoi Promysh1ennosti Imeni S.M.

Kirova, ulitsa Gertsena 18, Leningrad, USSR(SU) (72) Sasho Pet rov Alexandrov, Leningrad,

Gadylsha Mubarakshinovich Mubarakshin, Leningrad,

Leonard Abramovich Volf, Leningrad,

Stanislav Vasilievich Burinsky, Leningrad, USSR(SU) (7^) Oy Koister Ab (54) Huoko inen, avosoluinen, täyteainetta sisältävä reaktiivinen materiaali - Poröst, fy11medel innehä11ande reaktivt material med öppna celler Tämä keksintö koskee huokoista, avosoluista, täyteainetta sisältävää reaktiivista materiaalia, jolla on ioninvaihto-ominaisuuksia .

Täma materiaali on hyödyllinen vedenkäsittelyprosesseis — sa, jätevesien puhdis tuksessa, erilaisten tuotteiden sorptiossa nestemäisistä ja kaasumaisista väliaineista samoin kuin metallien se)ektiivisessä talteenotossa,

Alalla tunnetaan nykyään satoja laatuja synteettisiä hartseja, jotka on tarkoitettu yleisiin tai erikoissovellutuksiin ja joita on saatavissa eri kauppanimillä ja tavaramerkeillä. Liukenemattomat synteettiset ioninvaLhtohartsit (ioniitit), joilla on makromolekyylien muodostama kolmiulotteinen rakenne, on luokiteltu riippuen vaihdettujen ionien varauksen merkistä kationiitteihin, anioniitteihin ja amfoteeris.iin ioniitteihin. Ioniittien ryhmä kat- 2 70587 taa tavallisesti komplekseja muodostavat sorboivat aineet, jotka absorboivat aineita liuoksista kemosorptiolla, eivät ioninvaihdon avulla. Ioninvaihdoprosessia, johon ioniitit ottavat osaa, voidaan pitää heterogeenisena kemiallisena reaktiona, johon liikkuvat ionit ottavat osaa, kun taas vastakkaismerkkinen stationäärinen makromolekyyli muodostaa polymeerimatriisin (alustan).

Ioniitteja valmistetaan pääasiassa pallomaisina tai epäsäännöllisen muotoisina hiukkasina. Sopivin on hiukkasten pallomainen muoto, sillä se johtaa pienimpään nesteen virtausvastukseen kolonneissa. Mitä tulee rakennepiirteisiin ioniitit voidaan luokitella kahteen tyyppiin: geelimäisiin, joissa ei ole lainkaan siirtymä-huokoisia, ja makrohuokoisiin ioniitteihin, joissa kiinteää faasia lävistävät huokoset, joiden läpimitta saavuttaa useita satoja Angströmejä. Geelimäisistä ioniiteista ovat yleensä esimerkkeinä säännölliset tai standardi-ioniitit, jotka ovat makroverkkomaisia ja tasahuokoisia. Jyvien tai rakeiden muodossa olevilla säännöllisillä kiinteillä ioniiiteilla, joilla on geelityyppinen rakenne, joka on saatu polymeroimalla tai polykondensaatiolla, on paisumis-kyky, jonka määrää molekyylinsisäisten ristisidosten tiheys ja jäykkyys. Kuivassa ja hieman paisuneessa tilassa näillä ionii-teilla ole havaittavaa huokoisuutta, mikä rajoittaa niiden käyttöä vedettömille liuoksille samoin kuin suursäteisten ionien, kuten suurikokoisten orgaanisten ionien sorptioon.

Ioniitin polymeerimatriisin läpäisevyys on eräs sen tärkeimmistä ominaisuuksista, joka määrää sen hyödyllisen käytön, minkä vuoksi viime vuoksi viime aikoina on kiinnitetty suurta huomiota huokoisten ioniittien valmistukseen. Johtuen hyvin kehittyneestä pinnasta ne ovat erittäin aktiivisia polymeerianalogisten muuntamisten ja sorptioprosessien reaktiossa; kuitenkin johtuen suuresta divinyylibentseenipitoisuudesta (jopa 50 %) niillä on pienempi vaihtokapasiteetti kuin geelimäisillä ioniiteilla eivätkä ne paisu oleellisesti vedessä.

Vaihtoprosessin nopeuden määrää oleellisesti vastaionien diffuusionopeus ioniittijyväsiin. Rakeen koon ollessa suhteellisen suuri ja pinta-alan verrattain pieni ioninvaihtohartsit paisuvat vain lievästi silloittumisesta johtuen, jolloin diffuusioprosessi on 3 70587 hidas ja siitä johtuen ioninvaihtoncpeus laskee.

Lukuisten synteettisten ioniittien toinen haitta piilee tavallisesti vähäisessä kemiallisessa ja termisessä stabiilisuu-dessa samoin kuin alhaisessa mekaanisessa lujuudessa. Ioniittien häviöt, jotka johtuvat jyvästen murtumisesta pitkin halkeamia, jotka ovat muodostuneet hartsia rouhittaessa, sen kutistumisesta lämpökäsittelyn aikana tai ioniitin kostumisesta vedellä, ovat tietyissä tapauksissa niinkin suuret kuin 10-15 %.

Hiukkasten murtumisen estämiseksi vaaditaan ioniittien tai-puisampaa rakennetta. Tässä yhteydessä ioninvaihtokuidut saavuttavat yhä kasvavaa merkitystä.

Kuitujen oleellisesti kehittyneempi pinta-ala, jonka pintakerrokseen on rikastunut maksimaalisesti aktiivisia funktionaalisia ryhmiä, kuitumaisten materiaalien suuri kostuvuus ja kapillaarisuus takaavat suuremman prosessinopeuden niillä kuin rakeistetuilla materiaaleilla. Lisäksi rakeistettujen ioniittien tehokas jyväkoko on välillä 0,43-0,63 mm, kun taas useimpien reaktiivisten kuitumateriaalien poikittaismitta on 20-30 kertaa pienempi ja vaihtelee välillä 0,02-0,03 mm. Tästä johtuen ionidiffuu-sion kulkutie kuitumaisissa materiaaleissa on myös 20-30 kertaa lyhyempi. Tämä ilmiö on pääsyy reaktiivisten kuitujen suurempaan kinetiikkaan verrattuna rakeistettuihin materiaaleihin. Tärkeä seikka on myös se, että suurimmalla osalla modifioiduista kuiduista, joissa on reaktiivisia ryhmiä, on suuri huokoisuus, usein jopa 2 100-200 m /g. Tällaisten kuitujen funktionaalisten ryhmien konver-sionopeus on suurin.

Kuitenkin reaktiiviset kuidut, kuten niihin perustuvat huovike materiaalit, kun ne on pakattu kolonniin, tukkeutuvat melko nopeasti, kohottaen näin oleellisesti suodatuskerroksen hydrodynaamista vastusta.

Tämän haitan voittamiseksi on välttämätöntä, että suodatus-kerroksella on elastisten vaahtomuovien joustavuus.

Alalla tunnetaan menetelmä vaahdotettujen polyuretaanimuo-vien valmistamiseksi, jotka sisältävät ioniryhmiä US-patentti-julkaisu 3 988 268). Amfoteerisiä vaahtomuoveja valmistetaan reagensseista, jotka sisältävät sekä kationivsia että anionisia ryhmiä. Niinpä alalla tunnetaan menetelmä 4 70587 vaahdotetun polyuretaanimuovin valmistamiseksi antamalla isosyanaattien, kuten 1-metyy1i-2,4-di-isosyanaatin reagoida orgaanisten yhdisteiden, kuten risiinipolyglykoliesterin kanssa. Seos kuumennetaan 170°C:n lämpötilaan, pidetään siinä kolme tuntia ja jäähdytetään sitten huoneenlämpötilaan. Esimerkkeinä näiden materiaalien haitoista voidaan esittää pieni ioniryhmien sisältö, minkä vuoksi ne ovat soveltamattomia käytettäväksi kemisorptioprosesseissa.

Ne on tarkoitettu pääasiassa maaperämatriisiksi kasvinkasvatukseen.

Tunnetaan myös vaahdotettuja ioninvaihtomateriaaleja (vrt. US-patenttijulkaisu nro 3 867 319 , US-patenttijulkaisu 3 947 387), jotka on valmistettu vaahdottomalla polymeeriä, joka on saatu haihtuvan polaarisen yhdisteen läsnäollessa, joka muodostaa pehmitinaineen ioniryhmille. Polymeeri sisältää 0,4-10 mooli-% oksashapporyhmiä, pääasiassa sulfoniryhmiä ja koostuu sulfonoidusta polystyreenistä. Tällä prosessilla saadulla materiaalilla on pieni vaihtokapasiteetti (ioniryhmien, erityisesti sulfoniryhmien lukumäärä on 0,2-20 mooli-%) ja alhainen mekaaninen lujuus. Lisäksi näiden materiaalien ominaispiirteinä ovat jäykkyys ja hauraus.

US-patenttijulkaisussa 3 094 494 selostetaan ionisia solumateriaaleja, jotka koostuvat vaahdotetusta polyuretaanista, joka toimii polymeerimatriisina ja täyteaineesta - synteettisestä ioninvaihtohartsista - jonka määrä on 0,5 - 160 paino-osaa 100 paino-osaa kohti polymeerimatriisia. Näiden materiaalien valmistamiseksi 100 osaan polypropyleeniglykolioligo-meeria (valmistettu kuumentamalla 2 osaa seosta, jossa on 100 g polypropyleeniglykolia moolimassaltaan 2000 ja 35 paino-osaa toluee-nisid-isosyanaattia (isomeeriseos 80/20), lisätään 67 paino-osaa hienojakoista ioninvaihtohartsia, joka perustuu sulfonihappoon (sulfonoitu styreeni ja divinyylibentseeni natriummuodossaan), ja sekoitetaan tasaiseksi sekoitteeksi, minkä jälkeen seokseen lisätään seos, jossa on 2,4 osaa vettä, 1 osa metyylimorfoliinia, 1 osa trietyyliamiinia, 0,6 osaa dimetyylipolysiloksaania ja sekoitetaan vaahtoutumiseen saakka. Vaahdotettu seos valetaan muottiin ja sen annetaan pysyä siinä, kunnes se on täysin vaahtoutunut. Tällä menetelmällä valmistetut materiaalit ovat joustavia, taipuisia, kaasua 5 70587 ja nestettä läpäiseviä. Ioninvaihtohartsi on nesteiden helposti saavutettavissa, kuitenkin käyttöliuosten vaikutuksen alaisena hienojakoinen ioninvaihtohartsi huuhtoutuu ulos materiaalista huonontaen täten vaihtokapasiteettia hyväksikäytön aikana ja lyhentäen näiden materiaalien toimintaikää. Lisäksi näiden materiaalien ominaispiirteitä ovat suhteellisen alhaiset kineettiset ominaisuudet.

Näistä haitoista johtuen on epäkäytännöllistä käyttää ionin-vaihtosolumateriaaleja ja hartsitäytteisiä soluvaahtoja sellaisiin sovellutuksiin kuin ympäristöjen saastumiseestoon. Johtuen pienistä vaihtokapasiteetin arvoista, hydrofobisuudesta ja vaihto-prosessien pienestä nopeudesta tällaisten materiaalien käyttö ei voi taata jätevesien puhdistusta haitallisista tuotteista haluttuihin sallittuihin väkevyysarvoihin. Lisäksi mahdollisuus vaihdella materiaalin ominaisuuksia niiden sovellutusalueen laajentamiseksi on joko estetty tai täysin eliminoitu.

Tämä keksintö koskee huokoista, avosoluista, täyteainetta sisältävää reaktiivista materiaalia, jonka vaihtonopeus osmoottinen stabiilisuus, mekaaninen lujuus ja elastiset ominaisuudet ovat erinomaiset.

Keksinnön mukaiselle materiaalille on tunnusomaista, että polymatriisi muodostuu vaahdotetusta polyvinyyliformaalista tai vaahdotetusta polyuretaanista ja reaktiivinen täyteaine muodostuu heinojakoisesta ioninvaihtokuiduista ja/tai kompleksinmuodosta-vista kuiduista, joiden määrä on 10-80% lopullisen materiaalin painosta.

On edullista, että reaktiivisten kuitujen pitoisuus on välillä 50-70 paino-% lopullisesta materiaalista. Tämä antaa materiaalille maksimivaihtokapasiteetin ja mekaanisen lujuuden, sen elastisten ominaisuuksien pysyessä muuttumattomina.

Reaktiivisina ioninvaihtokuituina käytetään hyväksi vahvasti happamia ja heikosti happamia, vahvasti emäksisiä ja heikosti emäksisiä ioniitteja ja polyamfolyyttejä, jotka perustuvat poly-vinyylialkoholikuituihin. Polyvinyylialkoholista tehdyille kuiduille 6 70587 on luonteenomaista erityinen niiden ominaisuuksien yhdistelmä, jotka ovat tärkeimpiä reaktiivisten kuitujen valmistuksessa ja käytössä· On mahdollista liittää polyvinyylialkoholikuituihin s u1fon i ha poor yhm i ä, suorittaa kuitujen esteröinti bifunktionaali-silia karboksyvlihapoilla ja toteuttaa ionisten kationin- ja anior.i ovaihtoryhmitysten oksastus karboksi- ja hydroperoksiryhmien välityksellä. Tällä tavoin on mahdollista valmistaa reaktiivisia Kuituja, joiden vaihtokapasiteetti on jopa 6 mg/ekviv./g.

On myös mahdollista käyttää reaktiivisina ioninvaihtokuitui-na vahvasti happamia ja heikosti happamia, vahvasti emäksisiä ja heikosti emäksisiä ioniitteja ja polyamfolyyttejä, jotka perustuvat strukturoituihin polyakryylikuituihin. Reaktiivisten nitriili- ja karboksi ryhmien läsnäolo näissä kuiduissa saa aikaan mahdollisuuden valntstaa ioniitteja, joille ovat luonteenomaisia suuri joukko ominaisuuksia ja vaihtokapasiteettiarvoja. Polyamfolyyttejä, joiden kapasiteetti on jopa 8-9 mg-ekv./g, saadaan nitriiliryhmien alkaa-lisel la sa ippuoinnilla . Polyakryyli-ioninvaihtokuiduille on luonteenomaista suuri kemiallinen stabiilisuus ja niiden käyttö tekee mahdolliseksi suorittaa sorptio-desorptioprosesseja laajalla oB-alueella korotetuissa lämpötiloissa.

Reaktiivisina ioninvaihtokuituina käytetään hyväksi vahvasti happamia ja heikosti happamia, vahvasti emäksisiä ja heikosti emäksi siä ioniitteja ja polyamfolyyttejä, jotka perustuvat selluloosa-r og c nero ituihin kuituihin. Näille ioniiteille on ominaista suuri hydrofillinen luonne, mikä takaa diffuusioprosessien suuren nopeuden. Sei.Luioosaregeneroiduilla ioninvaihtokuiduilla on riittävän suuri mekaaninen lujuus, erityisesti neutraaleissa liuoksissa, millä on. suuri merkitys näiden materiaalien käytölle esim. elintarviketeollisuudessa. Selluloosaregeneroitujen reaktiivisten kuitujen alhainen hinta tekee mahdolliseksi käyttää niitä kertakäyttöisen i or. 1 nviibiomateriaalin valmistukseen erityisen arvokkaiden metallien sorptioca varten.

Tämän keksinnön mukaisesti käytetään hyväksi myös ioninvaih-tokuituiu, jotka perustuvat fenolialdehydikuituihin, joilla on kolmiulotteinen rakenne ja parantunut kemiallinen stabiilisuus.

Käytetään hyväksi polyolefiini- ja polyvinyylihalidi-ionin- 7 70587 vaihtokuituja, joille ovat ominaisia suuri mekaaninen lujuus ja kemiallinen stabiilisuus.

Komplekseja muodostavina reaktiivisina kuituina käytetään hyväksi komplekseja muodostavia polyakryylikuituja, joissa on fosfaatti- ja tioliryhmiä.

Komplekseja muodostavina reaktiivisina kuituina käytetään hyväksi polyvinyylialkoholikuituja, jotka sisältävät funktionaalisia ryhmiä, jotka voivat muodostaa luovuttajaa-akseptori (koordinaatio-) sidoksia ionien, atomien ja molekyylien kanssa, jotka ovat kostuksissa niihin. Käytetään myös hyväksi fosfaattia, typpeä ja happea sisältäviä polyvinyylialkoholikuituja.

Lisäksi komplekseja muodostavina reaktiivisina kuituina käytetään hyväksi selluloosareageneroituja kuituja, joissa on fos-faattiryhmiä, ja typpeä sisältäviä selluloosaregeneroituja kuituja, ja rikkiä sisältäviä selluloosaregeneroituja kuituja, joissa on tioli- ja tioniryhmiä.

Huokoisella, avosoluisella täytetyllä reaktiivisella materiaalilla on lukuisia arvokkaita ominaisuuksia, niille on ominaista suurten kineettisten ominaisuuksien, osmoottisen stabiilisuuden ja reaktiivisten kuitujen mekaanisen lujuuden yhdistelmiä ja vaahtomuovien joustoelastiset ominaisuudet. Huokoisten, avosoluisten reaktiivisten materiaalien tärkeä etu rakeistettuihin materiaaleihin nähden piilee oleellisesti suuremmassa sorptio- ja desorptionopeu-dessa. Tämä johtuu siitä, että ioniittirakeiden näennäinen koko on 20-30 kertaa suurempi kuin reaktiivisten kuitujen halkaisija, joiden pinnalle aktiiviset ryhmät ovat kehittyneet. Sorboitujen ionien diffuusiokulkutie ioninvaihtokuidun aktiivisia ryhmiä kohti on oleellisesti pienempi ja sorptio-desorptioprosessien nopeus huokoisilla, täytetyillä reaktiivisilla materiaaleilla on 20-30 kertaa suurempi kuin rakeistetuilla materiaaleilla.

Huokoiset, täytetyt, reaktiiviset materiaalit eivät oleellisesti huonone kohdistettaessa niihin huomattavia mekaanisia kuormia ja liuosten ionivahvuuksien teräviä vaihteluita.

Tämän keksinnön mukaiset huokoiset, avosoluiset, täytetyt, reaktiiviset materiaalit ovat joustavia ja elastisia ja niillä on suuri iskun- ja puristuksenkestoisuus. Materiaalit ovat hydrofiili-siä ja niissä on hyvin kehittynyt toisiinsa liittyneiden kapillaa- s 70587 rien ja huokosten verkosto. Kuivassa tilassa materiaalin ohuthuo-koinen kondensaatiorakenne häviää samalla kun se muuttuu krypto-kondensaatiorakenteeksi. Vain se huokoisuus, joka on saatu vaahdo-tuksessa ja liittämällä rakenteeksi. Vain se huokoisuus, joka on saatu vaahdotuksessa ja liittämällä materiaaliin kuitumaista täyteainetta, säilyy. Kuivassa tilassa materiaali on jäykkä, sille voidaan helposti suorittaa työstöä (sahaamista, leikkaamista, höyläystä) haluttujen muotojen ja mittojen antamiseksi sille. Suhteellisen karkeiden avointen huokosten ja toisiinsa liittyneiden kapillaarien systeemin läsnäolo helpottaa oleellisesti materiaalin kyllästämistä käyttöliuoksilla. Huokosten ohuet seinämät kostuvat nopeasti ja paisuvat niin, että kryptokondensaatiorakenne laajenee jälleen ja omaksuu sen tilavuuden, joka sillä oli ennen kuivausta, sen ollessa märkä. Paisuneessa tilassa materiaalilla on hyvin suuri elastisuus ja se kykenee hyvin selviin reversiibeleihin muodonmuutoksiin. Johtuen siitä, että vesi on vaahdotetun polyvinyyli-formaalin ja kuitujen pehmitinaine ei edes pitkäaikainen huokoisen reaktiivisen materiaalin käyttö tämän keksinnön mukaisesti johda sen huonontuneeseen elastisuuteen.

Huokoisissa, täytetyissä, reaktiivisissa materiaaleissa solukoko on oleellisesti pienempi kuin kuidun pituus samalla kun kuidut ovat lujasti sitoutuneet polymeerimatriisiin. Käytön aikana tällaisilla huokoisilla, täyteyillä, reaktiivisilla materiaaleilla, johtuen ni iden suuresta osmoottisesta stabiilisuudesta ja mekaanisesta lujuudesta, on myös suuri massastabiilisuus.

Tämän keksinnön huokoiset, avosoluiset, täytetyt, reaktiiviset; materiaalit voidaan valmistaa käyttäen standardilaitteistoa, jota Käytetään vaahdotetun polyvinyyliformaalin ja vaahtopolyure-tae n i n valmistuksessa.

Näiden materiaalien sorptioprosessi voidaan suorittaa tunnetuilla menetelmillä kolonneissa, suotopuristimissa ilman mitään oleellisia rakennemuutoksia prosessilaitteistossa ja teknologiassa.

Keksinnön mukaiseen vaahdotettuun polyvinyyliformaaliin perustuvan avosoluisen, huokoisen, täytetyn reaktiivisen materiaalin valmistamiseksi polyvinyy1ialkoholin (käytetään hyväksi polyvinyyli-alkoholia, jonka moolimassa on 30 000 - 150 000) vesiliuosta vaah- n 70587 9 dotetaan pinta-aktiivisen aineen läsnäollessa mekaanisen siipi-sekoittimen avulla. Formaldehydiä 37 %:sen vesiliuoksen muodossa ja natriumkloridin vesiliuosta lisätään vaahdotusprosessin aikana. Vaahdotus pitäisi mieluummin suorittaa vaahdotusasteeseen 3-10; näin tehtäessä on mahdollista käyttää hyväksi siipisekoittimia (sekoituskoneita), jotka toimivat nopeusalueella 500-10 000 rpm. Vaahdotusaineena on mahdollista käyttää ionisia ja ionittomia pinta-aktiivisia aineita, kuten alkyylisulfaatteja, alkyylisulfo-naatteja, alkyyliaryylisulfonaatteja, amiineja, joilla on erilaiset substituutioasteet, alkyylifenolien polyhydroksietyleenieste-reitä, rasvahappojen polyhydroksietyyliestereitä yms.

Vaahdotetun polyvinyyliformaalin kondensaatiorakenteen muodostusreaktiolle tarkoitettuina katalyytteinä käytetään hyväksi mineraalihappoja, kuten kloorivety-, typpi-, rikkihappoa yms. Katalyytti pitäisi mieluummin lisätä yksi tai useampia minuutteja ennen vaahdotusprosessin päättymistä.

Senjälkeen, kun haluttu vaahdotusaste on saavutettu, reaktio-massaan lisätään kuitumainen täyteaine ruuvisekoittimessa tai samassa astiassa, jossa vaahdotus on suoritettu, sekoittimen pienellä nopeudella (100-300 rpm). Kuidun pituus voi olla 1-2 mm:stä 50-600 mm:in ja mieluummin 3-8 mm.

Mitä tahansa reaktiivisten kuitujen tyyppejä käytetään -sekä ioninvaihto- että komplekseja muodostavia kuituja - joko erikseen tai erilaisina mahdollisina yhdistelminä vastaavien suhteiden aikaansaamiseksi haluttuihin materiaaleihin.

Polyvinyylialkoholin rakennemuodostus (asetalointi) suoritetaan lämpötilassa välillä 20-100°C; riippuen käytetystä lämpötilasta asetalointiaika vaihtelee 1-50 tunnnin välillä. Systeemien viskositeetti kohoaa vähitellen, mikä parantaa edelleen vaahdon stabiili-suutta. Uuden faasin hienoja hiukkasia saadaan liuoksesta asetaloin-nin aikana, jolloin kondensaatiorakenne muodostuu ja saatu vaahto samanaikaisesti vulkanoituu. Kondensaatiorakennemuodostuksen aikana uuden faasin (polyvinyyliformaali) hiukkaset takertuvat kuitujen pinnalle ja ne liittyvät toisiinsa muodostaen verkkorakenteen, joka myös sisältää kuituja. Koska kuitupituus on oleellisesti (1-2 sataa kertaa) suurempi kuin huokoskoko, niitä sisältyy useisiin soluihin 10 70587 samanaikaisesti, kulkee läpi soluseinämien tai liittyy myös solun seinämiin. Tällä tavoin tapahtuu systeemin tiettyä lujittumista, jolloin huokoisen materiaalin mekaaninen lujuus kohoaa huomattavasti. Kun näin tapahtuu, ei esiinny mitään havaittavaa polymeeri-matriisin elastisuuden ja joustavuuden huononemista, sillä kuiduilla sellaisenaan on suuri elastisuus.

Saadut materiaalit pestään perusteellisesti pehmitetyllä vedellä hapon, suolan ja formaaliinin ylimäärän poistamiseksi, minkä jälkeen suoritetaan materiaalin kuivaus 70-90°C:n lämpötilassa .

Huokoisen reaktiivisen materiaalin valmistuksen aikana poiyvinyylialkoholin asetalointiaste saatetaan arvoon, joka takaa kondensaatiorakenteen muodostamisen vaahtosolun seinämiin. Kuivattaessa tämä ohuthuokoinen kondensaatiorakenne häviää muuttuen samalla kryptokondensaatiorakenteeksi. Vain karkeampi huokoisuus, joka on saatu vaahdotuksessa ja kuitumaisen täyteaineen lisäyksen seurauksena, säilyy. Kuivassa tilassa materiaali on jäykkä, sille voidaan suorittaa kaikenlaista työstöä halutun muodon ja mittojen antamiseksi kappaleelle. Huokosten ja kapillaarien kehittyneen sys-treurin läsnäolo materiaalissa helpottaa oleellisesti materiaalin kyllästämistä vesipitoisilla liuoksilla. Niiden seinämät kostuvat ja paisuvat nopeasti, kryptokondensaatiorakenne laajenee jälleen ja omaksuu sen tilavuuden, jonka se valtasi märässä tilassa ennen kuivausta. Tässä paisuneessa tilassa, jossa vaahdotettu polyvinyyli-foxmaaji sisältää monimukaisen kuitu-huokossysteemin, joka koostuu mitä hienoimmista rakenneosista, materiaalilla on erittäin suuri elastisuus ja se pystyy kestämään erittäin suuria reversiibeleitä muodonmuutoksia rasituksen alaisena. Koska vesi on vaadotetun pc lyvinyyliformaalin pehmitinaine, huokoisen, reaktiivisen materiaalin pitkäaikainenkaan käyttö ei johda elastisuuden menetyksiin.

Vaahdotettuun polyuretaaniin perustuvan huokoisen reaktiivisen materiaalin valmistusmenetelmä käsittää vaiheet, joissa sekoitutaan polyesteriin di-.isosyanaattia sekoitetaan pikasekoittajas-sa, sekoitetaan mukaan hajotettuja reaktiivisia kuituja, katalyyttiä ja pieni määrä vettä, valetaan reaktioseos muotteihin vaahdotusta varten ja vulkanoidaan materiaali.

li il 705 8 7 Tämän keksinnön mukaisen, elastiseen, vaahdotettuun polyuretaaniin perustuvan huokoisen, avosoluisen, täytetyn reaktiivisen materiaalin saamiseksi kaikkia lähtökomponentteja sekoitetaan sekoittimessa (yksivaihemenetelmä) tai polyesteri-isosyanaatti saadaan polyesteristä ja ylimäärin otetusta di-isosyanaatista ja sekoitetaan sitten muihin komponentteihin (kaksivaihemenetelmä). Yksivaihemenetelmässä reaktio tapahtuu suurella nopeudella, kaksi-vaihemenetelmässä huomattavasti hitaammin. Jälkimmäisessä tapauksessa on mahdollisuus säätää materiaalin tiheyttä.

Käytetään hyväksi polyestereitä (polyfunktionaalisten happojen ja polyfunktionaalisten alkoholien kondensaatiotuotteita), poly-eettereitä (alkeenioksidien ja bifunktionaalisten alkoholien kon-densaatiotuotteita) ja typpeä sisältäviä polyfunktionaalisia alkoholeja tai polyestereitä (alkeenioksidien ja polyfunktionaalisten amiinien, kuten dietyleenitriamiinin ja etyleenidiamiinin konden-saatiotuote).

Katalyytteinä reaktiolle, jossa di-isosyanaatti ja polyes-tereiden tai moniarvoisten alkoholien hydroksiryhmät vaikuttavat keskenään, jotka katalyytit säätävät reaktion nopeutta ja prosessin kestoaikaa, käytetään hyväksi fenolaatteja, metyyli- ja etyylimor-foliinejä, pyridiiniä ja dimetyylianiliinia.

Emulgointiaineena käytetään hyväksi sulfonihappojen natrium-suoloja ja muita pinta-aktiivisia aineita. Pehmitinaineina käytetään hyväksi dibutyyliftalaattia, trikresyylifosfaattia yms.

Vaahdotetun seoksen tiheyttä ja ristisidosten lukumäärä säädetään vaihtelemalla polyesteriin lisätyn veden ja di-isosyanaa-tin määrää. Mitä suurempi ja on veden ja di-isosyanaatin määrä, sitä pienempi on materiaalin näennäistiheys ja sitä suurempi on ristisidossiltojen lukumäärä ketjujen välillä; jälkimmäiset parantavat materiaalin jäykkyyttä.

Huokoisen reaktiivisen materiaalin vulkanoituminen tapahtuu muutamassa tunnissa.

Lopullisten materiaalien reaktiivisuus testataan laboratorio-olosuhteissa seuraavalla tavalla:

Staattisen vaihtokapasiteetin määräämiseksi punnittu erä huokoista materiaalia (0,5-0,6 g), upotetaan emäksen, hapon tai natriumkloridin 0,1-N liuokseen ja sekoitetaan 30 minuuttia. Keske- i2 705 8 7 nään vaihtuneiden ionien lukumäärä määritetään liuoksen lähtöjä loppuväkevyyksien välisestä erosta.

Kokonaisvaihtokapasiteetin määräämiseksi materiaali on kosketuksessa liuksen kanssa 48 tuntia. Ioniryhmien hyväksikäyttö-kerroin, joka kuvaa vaihtonopeutta, koostuu staattisen vaihtokapa-siteetin 2 minuutin kosketusajalla materiaalin ja liuoksen välillä ja kokonaisvaihtokapasiteetin välisestä suhteesta.

Materiaalin kapasiteetin laskuprosentin määrämiseksi materiaalit saatetaan toistuvien käyttövaihtojaksojen alaiseksi.

Saadut täytetyt reaktiiviset materiaalit ovat oleellisesti (20-25 kertaa) parempia kuin vastaavat rakeistetut materiaalit kineettisillä ominaisuuksiltaan, osmoottiselta stabiilisuudeltaan ja mekaaniselta lujuudeltaan.

Materiaaleilla on joustoelastiset ominaisuudet ja ne kykenevät kestämään huomattavia reversiiveleitä rasituksia.

Päinvastoin kuin alan aikaisemmat ioniitit huokoiset kuitu-näytteiset reaktiiviset materiaalit eivät huonone oleellisesti huomattavilla mekaanisilla kuormituksilla ja liuosten ionivahvuu-den terävillä vaihteluilla.

Huokoisten, täytettyjen reaktiivisten materiaalien valmistuksessa voidaan käyttää hyväksi mitä tahansa reaktiivisten kuitujen tyyppejä, joilla on ioninvaihto- ja kompleksinmuodostusominaisuuksia ajateltuna sekä erikseen että erilaisina yhdistelminä. Materiaaleille on ominaista kokonaan arvokkaiden ominaisuuksien sarja, laaja sovellutus ten alue ja ne sopivat käytettäväksi nestemäisissä ja kaasumaisissa väliaineissa, joilla on pieni talteenotettavan materiaalin väkevyys.

Käytön aikana huokosille, reaktiivisille materiaaleille, johtuen niiden suuresta osmoottisesta stabiilisuudesta ja mekaanisesta lujuudesta, on ominaista suuri massan stabiilisuus.

Nähden materiaalien käytön kyseessä ollen sorptio- ja ionin-vaihtopiosessit voidaan suorittaa tavanomaisin menetelmin kolonneissa, suoLopuristimissa ja muissa laitteissa ilman oleellisia prosessi laitteiston rakennemuutoksia.

Tämän keksinnön ymmärtämiseksi paremmin alla annetaan eräitä tyypillisiä esimerkkejä kuvaamistarkoituksessa.

13 70587

Esimerkki 1

Huokoisen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 20 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 80 % sulfonoituja polyvinyy-lialkoholikuituja.

100 ml polyvinyylialkoholin 1Q %:sta liuosta vaahdotetaan avoimessa astiassa emulgointiaineen läsnäollessa mekaanisen sekoittajan avulla normaalipaineessa 10-15 minuutin ajan, minkä jälkeen yhä hämmentäen vaahtoon lisätään 10 ml formaldehydin 37 %:sta liuosta ja 10 ml natriumkloridin 24 %:sta vesiliuosta. 1-2 minuuttia ennen vaahdotuksen päättymistä lisätään 10 ml:n määrä katalyyttiä kondensaatiorakennemuodostuksen reaktiota varten - väkevää kloorivetyhappoa. Tasaiseen vaahtoon lisätään jatkuvasti sekoittaen ioninvaihtokuitua, joka on valmistettu sulfonoimalla polyvinyyli-alkoholikuituja, 40 g:n määrä (80 paino-% lopullisesta materiaalista) . Kuitu on leikattu 5-8 mm:n pituuteen. Saatu massa kaadetaan muottiin ja pidetään vulkanointia varten termostaatilla varustetussa astiassa 70°C:n lämpötilassa 60 minuuttia, ja senjälkeen prosessin täydellisyysasteen parantamiseksi vielä 24 tuntia huoneenlämpötilassa. Nestefaasin erotuksen jälkeen saatu materiaali pestään reagoimattomien komponenttien poistamiseksi ja kuivataan.

Näin valmistettu materiaali on vahvasti hapan kationiitti. Staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N kalsiumkloridiliuoksen suhteen on 4,4-4,6 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin (staattinen vaihtokapasiteetin suhde kokonaisvaihtokapasiteettiin) 2 minuutissa on 88 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 2,3 % verrattuna lähtöarvoon. Materiaalin näen- 3 näistiheys, joka on 15p-160 kg/m , säilyy muuttumattomana materiaalin käytön aikana.

Esimerkki 2

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 20 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 80 % vahvasti hapanta ioninvaihtokuitua, joka perustuu polyakryylinitriiiiin.

Menettely on samanlainen kuin edellä olevassa esimerkissä 1 kuvattu paitsi, että polyvinyylialkoholikuituja sijasta lisätään 40 g (80 paino-%) vahvasti hapanta ioninvaihtokuitua, joka perustuu po 1 y ak r yy 1 i n i t r 1 i .1 i i n.

i4 70587

Saatu materiaali on vahvasti hapn kationiitti. Staattinen vaihtokapasiteetti Q,1-N natriumkloridiliuoksen suhteen on 3,6- 3,8 mg-ekviv./g; ioniryhmien hyväksikäyttökerroin on 86 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 2,1 %:11a verrattuna alkuarvoon.

Materiaalin naennäistiheys, joka on 140-150 kg/m\ säilyy muuttumattomana materiaalin toiminnan tai käytön aikana.

Esimerkki 3

Huokoinen, reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 70 % sulfonoitua fenolialde -hydikuitua.

Menettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 edellä kuvattu paitsi, että polyvinyylialkoholikuitujen sijasta käytetään hyväksi 23,3 g (70 paino-%) sulfonoitua fenolialdehydikuitua.

Saatu materiaali on vahvasti hapan kationiitti. Staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N kalsiumkloridiliuoksen suhteen on 2,9- 3,0 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 85 %.

3

Materiaalin näiennäistiheys, joka on 130-150 kg/m , säilyy muuttumattomana materiaalin käytön aikana.

Esimerkki 4

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyyli formaalia ja 70 % heikosti hapanta polyakryyli-nitriilikuitua.

Materiaalin valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 kuvattu paitsi, että polyvinyylialkoholikuitujen sijasta käytetään hyväksi 23,3 g (70 paino-%) heikosti hapanta polyakryyli-nitriilikuitua, joka on valmistettu saippuoimalla alkaalisesti juuri valmistettua polyakryylinitriilikuitua.

Saatu materiaali on heikosti hapan kationiitti, jonka staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N alkaliliuoksen suhteen on 6,5-8,0 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 89 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 2,8 % verrattuna alkuarvoon.

3 materiaalin käytön aikana.

Naennäistiheys, joka on 110-15Q kg/m , säilyy muuttumattomana 15 70587

Esimerkki 5

Huokoinen, reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 7Q % heikosti hapanta ionin-vaihtohartsia, joka perustuu polyvinyylialkoholikuituun.

Menettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 käytetty paitsi, että käytetään hyväksi 23,3 g (70 paino-%) heikosti hapanta polyvinyy lialkoholikui tua.

Saatu materiaali on heikosti hapan kationiitti. Staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N alkaliliuoksen suhteen on 3,5-4,5 mg-ekvi,/g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 87 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapa-siteetti on laskenut 2,4 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 110-150 kg/m , säilyy muuttumattomana materiaalin käytön aikana.

Esimerkki 6

Huokoinen, reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 70 % heikosti hapanta ionin-vaihtokuitua, joka perustuu selluloosaregeneroituun kuituun.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 esitetty paitsi, että polyvinyylialkoholikuidun sijasta käytetään hyväksi 23,3 g (70 paino-%) heikosti hapanta selluloosaregeneroitua kuitua, joka sisältää oksaspolyakryylihappoa tai -polymetakryyli-happoa.

Saatu materiaali on heikosti hapan kationiitti. Staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N alkaliliuoksen suhteen on 4,5-5,2 mg-ekviv,/g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 92 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapa-siteetti on laskenut 3,5 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 120-140 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 7

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 40 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 60 % heikosti emäksistä ioninvaih-tokuitua, joka perustuu polyakryylinitriilikuituun.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 edellä kuvattu paitsi, että polyvinyylialkoholikuitujen sijasta käytetään 16 705 8 7 hyväksi 15 g (60 paino-%) hydratsidoitua polyakryylinitriilikuitua.

Saatu materiaali koostuu heikosti emäksisestä anioniitista; staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N kloorivetyhappoliuoksen suhteen on 2,5-2,7 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 89 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 1,9 % verrattuna alkuarvoon.

Materiaalin näennäistiheys, joka on 10Q-110 kg/m^, säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 8

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 60 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 40 % heikosti emäksistä poly-vinyylialkoholikuitua.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 kuvattu paitsi, että lisätään 8 g (40 paino-%) polyvinyylialkoholikuitua, joka sisältää oksaspoly-2-metyyli-5-vinyylipyridiiniä.

Saatu materiaali on heikosti emäksinen anioniitti; staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N kloorivetyhappoliuoksen suhteen on 1,1-1,3 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin 2 minuutissa on 86 %.

Kymmenen ioninvaohtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 2,4 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 170-180 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 9

Huokoinen, reaktiivinen materiaali, joka sisältää 70 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 30 % heikosti emäksistä sellu-loosaregeneroitua kuitua.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 kuvattu paitsi, että polyvinyylialkoholikuitujen sijasta käytetään hyväksi 4,4 g (3Q paino-%) selluloosaregeneroitua kuitua, joka sisältää oksaspoly-2-metyyli-5-vinyylipyridiiniä.

Saatu materiaali on heikosti emäksinen anioniitti, staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N kloorivetyhappoliuoksen suhteen on 0,8-0,9 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttösuhde 2 minuutissa on 86 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasi- 17 70587 teetti on laskenut 2,1 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 110-120 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 10

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 40 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 60 % vahvasti emäksistä poly-vinyylialkoholikuitua.

Valmistusmenettely on samanalainen kuin esimerkissä 1 paitsi, että lisätään 15 g (60 paino-%) polyvinyylialkoholikuitua, joka sisältää oksastettua polymetyylivinyylipyridiinin kvaternääriintä suolaa.

Saatu materiaali on vahvasti emäksinen anioniitti; staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N natriumkloridiliuoksen suhteen on 1,1-1,3 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin 2 minuutissa on 91 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 1,8 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 200-210 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 11

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 40 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 60 % vahvasti emäksistä ionin-vaihtokuitua, joka perustuu polyakryylinitriiliin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 esitetty paitsi, että polyvinyylialkoholikuitujen sijasta käytetään hyväksi 15 g (60 paino-%) polyakryylinitriilikuitua, jossa on oksastettua polymetyylivinyylipyridiinin kvaternääristä suolaa.

Saatu materiaali on vahvasti emäksinen anioniitti; staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N natriumkloridiliuoksen suhteen on 2,1- 2,0 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 86 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 2,1 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 180-190 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

____ - ΤΓ ..- 18 70587

Esimerkki 12

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 50 % vaahdotettua polyuretaania ja 50 % vahvasti emäksistä ioninvaihto-kuitua, joka perustuu polyvinyylikloridiin.

Vaahdotusseos sisältää (paino-osina): polyestereitä (kuten polyetyleeni-adipaattia tai polypropyleenioksidia tai tetrahydro-furaanin ja propyleenioksidin kopolymeeria, johon on dispergoitu kationinvaihtokuituja, jotka perustuvat sulforyhmiä sisältävään polyvinyylikloridiin) - 6,84 g (34,2 paino-%) toluvleenidi-iso-syanaattia (kahden isomeerin, 2,4- ja 2,6-seosten muodossa suhteessa 65/35 tai 80/20) - 2,67 g (13,4 paino-%) aktivointiseosta, jossa on pinta-aktiivista ainetta (0,32 g - 1,6 paino-%), dimetyyliani-liinikatalyyttiä (0,1 g - 0,5 paino-%) vettä (0,07 g - 0,3 paino-%) ja paraffiiniöljyä (0,01 g - 0,05 paino-%).

Polyesteriä sekoitetaan perusteellisesti 1-2 minuutin ajan pikasekoittimessa (65-100 rps) lyhyeksi leikatun kationinvaihto-kuidun kanssa, joka perustuu polyvinyylikloridiin, joka sisältää sulforyhmiä, ja jonka määrä on 10 g (50 paino-%). Senjälkeen muut seoksen komponentit lisätään ja koko seosta sekoitetaan 2-3 minuuttia ja kaadetaan muottiin, jossa vaahtoaminen tapahtuu ja jossa materiaali senjälkeen vulkanoidaan.

Saatu materiaali on vahvasti hapan kationiitti; staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N kalsiumkloridiliuoksen suhteen on 2,1- 2,2 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 65 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 2,5 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 200-220 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 13

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 50 % vaahdotettua polyuretaania ja 50 % kationinvaihtopolyolefiinikuituja.

Valmistusmenettelv on samanlainen kuin edellisessä esimerkissä 12 esitetty paitsi, että polyvinyylikloridikuidun sijasta käytetään hyväksi 10 g (50 paino-%) polypropyleenikuitua, jossa on oksaspolymetakryylihappoa.

i9 7 0 5 8 7

Saadun materiaalin staattinen vaihtokapasiteetti Q,l-N alkaliliuoksen suhteen on 3,2-3,3 mg-ekviv./g.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 180-200 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 14

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 60 % vaahdotettua polyuretaania ja 40 % heikosti hapanta ioninvaihto-kuitua, joka perustuu fenolitormaldehydikuituun.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 12 edellä kuvattu paitsi, että polyvinyylikloridikuidun sijasta käytetään hyväksi 6,7 g (40 paino-%) karboksyyliryhmiä sisältävää fenoli-formaldehydikuitua.

Saatu materiaali on heikosti hapan kationiitti; staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N alkaliliuoksen suhteen on 1,2-1,3 mg-ekvi. -c Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin kahdessa minuutissa on 54 %.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 300-320 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 15

Huokoinen, reaktiivinen materiaali, joka sisältää 60 % vaahdotettua polyuretaania ja 40 % heikosti emäksistä ioninvaihtokuitua. joka perustuu polyvinylideenikloridiin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 12 esitetty paitsi, että 10 g:n sijasta polyvinyylikloridiin perustuvaa ioninvaihtokuitua lisätään 6,7 g (40 paino-%) ioninvaihtokuitua, joka on tehty halogeenia sisältävien polymeerien ja pyridiinisarjän polymeerin seoksista.

Saatu materiaali on heikosti emäksinen anioniitti; sen staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N kloorivetyhappoliuoksen suhteeton 3,2-4,1 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin on 83 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 3,1 % verrattuna alkuarvoon.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 250-280 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 16

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 60 % vaahdotettua polyuretaania ja 40 % vahvasti emäksistä ioninvaihtokuitua, joka perustuu poly ^/inyylihalideihin.

20 705 87

Valmistusmenettely on samanlainen kuin edellisissä esimerkeissä 12 ja 15 esitetty paitsi, että lisätään vahvasti emäksistä polyvinyylikloridikuitua, joka on tehty halidia sisältävien polymeerien ja pyridiinisarjän polymeerien seoksista.

Saatu materiaali on vahvasti emäksinen anioniitti. Staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N natriumkloridiliuoksen suhteen on 1,5-1,6 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin on 86 %.

Esimerkki 17

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 60 % vaahdotettua polyuretaania ja 40 % heikosti hapanta ioninvaihto-kuitua, joka perustuu polyvinyylikloridiin.

Valmisusprosessi on samanlainen kuin esimerkissä 12 paitsi, että 10 g:n sijasta vahvasti hapanta kationinvaihtokuitua, joka perustuu polyvinyylikloridiin, käytetään hyväksi 6,7 g (40 paino-%) polyvinyylikloridikuitua, joka sisältää oksaskarboksyyliryhmiä.

Materiaali on heikosti hapan kationiitti. Staattinen vaihto-kapasiteetti 0,1-N alkaliliuoksen suhteen on 3,1-3,4 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttÖkerroin on 87 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasi-teetti on laskenut 2,4 % verrattuna alkuarvoon.

Materiaalin näennäistiheys, joka on 220-240 kg/m^, säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 18

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 70 % vaahdotettua polyuretaania ja 30 % vahvasti emäksistä ioninvaihtokuitua, joka perustuu fenolialdehydikuituun.

Valmistusprosessi on samanlainen kuin esimerkissä 12 edellä kuvattu paitsi, että 10 g:n sijasta polyvinyylikloridikuitua lisätään 4,4 g (30 paino-%) aminoitua (etyleenidietyyliamiinin kloori-hydraatilla) fenoliformaldehydikuitua.

Saatu materiaali on vahvasti emäksinen anioniitti. Staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N natriumkloridiliuoksen suhteen on 0,ΟΙ, 2 mg-ekviv./g.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen staattinen vaihtokapasiteetti on laskenut 1,4 % verrattuna alkuarvoon. Materiaalin näennäis- 3 tiheys on 280-300 kg/m ; se säilyy muuttumattomana käytön aikana.

2i 70587

Esimerkki 19

Huokoinen, reaktiivinen materiaali, joka sisältää 8Q % vaahdotettua polyuretaania ja 20 % vahvasti emäksistä ioninvaihto-kuitua, joka perustuu selluloosaregeneroituun kuituun.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 12 esitetty paitsi, että 10 g:n sijasta polyvinyylikloridiin perustuvia ioninvaihtokuituja lisätään 2,5 g (20 paino-%) selluloosaregeneroi-tua kuitua, jossa on oksastettua 2-metyyli-5-vinyylipyridiiniä.

Saatu materiaali koostuu vahvasti emäksisestä anioniitista. Staattinen vaihtokapasiteetti 0,1-N natriumkloridiliuoksen suhteen on 0,4-0,6 mg-ekviv./g, Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin on 88 %.

Kymmenen ioninvaihtojakson jälkeen vaihtokapasiteetti on 3 laskenut 1,1 %. Materiaalin näennäistiheys, joka on 220-240 kg/m säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 20

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyyli formaalia ja 70 % amfoteerista ioninvaihto-kuitua, joka perustuu polyvinyylialkoholiin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 kuvattu paitsi, että 40 g:n sijasta sulfonoitua polyvinyylialkoholikuitua lisätään 23,3 g (70 paino-%) amfoteerista ioninvaihtokuitua, joka on valmistettu aminoimalla polyvinyylialkoholikuitua etyleeni-imiini-höyryillä ja oksastamalla polyakryylihappoa.

Saatu materiaali on amfoteerinen ioniitti. Staattinen vaihto-kapasiteetti 0,1-N kloorivetyhapon suhteen on 1,5-1,6 mg-ekviv./g ja 0,1-N alkali liuoksen suhteen 5,6 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin on 88 %. Materiaalin näennäistiheys, joka on 100- 3 110 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 21

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyy1 iformaalia ja 70 % amfoteerista ioninvaihtokuitua, joka perustuu polyakryylinitriiliin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 kuvattu paitsi, että 40 g:n sijasta polyvinyylialkoholikuitua lisätään 23,3 g (70 paino-%) "Kärpän" polyakryylinitriilikuituja, jotka sisältävät amino- ja karboksiryhmiä.

22 7 0 5 8 7

Saatu materiaali on amfoteerinen ioniitti. Staattinen vaih-tokapasiteetti Q,l-N kloorivetyhappoliuoksen suhteen on 2,9-3,1 mg-ekviv./g ja Q,l-N alkaliliuoksen suhteen 6,1-6,3 mg-ekviv./g. Ioniryhmien hyväksikäyttökerroin on 88 %.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 120-300 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 22

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 70 % amfoteerista ioninvaihto-kuitua, joka perustuu selluloosaregeneroituun kuituun.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 paitsi, että 40 g:n sijasta polyvinyylialkoholikuitua lisätään 23,3 g (70 paino-%) amfoteerista selluloosaregeneroitua kuitua, joka on valmistettu käsittelemällä trietanoliamiinin ja epikloorihydriinin seoksella ja hapettamalla senjälkeen.

Saatu materiaali on amfoteerinen ioniitti. Staattinen vaihto-kapasiteetti 0,1-N kalsiumkloridiliuoksen suhteen on 1,2-1,3 mg-ekviv./g; 0,1-N kloorivetyhappoliuoksen suhteen 1,8-2,0 mg-ekviv./g.

3

Materiaalin näennäistiheys, joka on 150-190 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 23

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 50 % vaahdotettua polyuretaania ja 50 % amfoteerisia ioninvaihtokuituja, jotka perustuvat polyolefiinikuituihin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 12 paitsi, että 10 g:n sijasta polyvinyylikloridikuitua lisätään 10 g (50 paino-%) amfoteerista polypropyleenikuitua, joka sisältää amino-ja karboksiryhmiä.

Saatu materiaali on amfoteerinen ioniitti. Staattinen kapasiteetti 0,1-N kloorivetyhappoliuoksen suhteen on 0,9-1,0 mg-ekviv./g ja 0,1-N alkaliliuoksen suhteen 1,3-1,5 mg-ekviv./g.

Esimerkki 24

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia ja 70 % komplekseja muodostavia kuituja, jotka perustuvat polyakryylinitriilikuituihin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 paitsi,

II

7 0 5 8 7 23 että 40 g:n sijasta ioninvaihtokuitua lisätään 23,3 g (70 paino-%) fosforia sisältäviä polyakryylinitriilikuituja.

Saadulla materiaalilla on komplekseja muodostavat ominaisuudet tiettyjen alkuaineiden (kupari, koboltti, tina, nikkeli) suhteen.

Esimerkki 25

Huokoinen raktiivinen materiaali, joka sisältää 30 % vaahdotettua polyvinyy1 iformaalia ja 70 % kompleksia muodostavia kuituja, jotka perustuvat selluloosaregeneroituihin kuituihin.

Valmistusprosessi on samanlainen kuin esimerkissä 1 paitsi, että lisätään 23,3 g (70 paino-%) selluloosan oksaskopolymeeria, joka sisältää tioamidiryhmityksiä.

Saaduilla materiaaleilla on kompleksia muodostavia ominaisuuksia jalometallien ja elohopean ionien suhteen happamissa liuoksissa .

Esimerkki 26

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 40 % vaahdotettua polyuretaania ja 60 % kompleksia muodostavia kuituja, jotka perustuvat polyvinyylialkoholikuituihin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 12 kuvattu paitsi, että 10 g:n sijasta ioninvaihtokuitua lisätään 15 g (60 paino-%) polyvinyylialkoholia joka on silloitettu maleiinihappo-anhydridillä ja aminoetyloitu etyleeni-imiinillä.

Saaduilla materiaaleilla on kompleksia muodostavia ominaisuuksia valenssiltaan vaihtelevien metallien kationien suhteen.

Esimerkki 27

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 90 % vaahdotettua polyuretaania ja 10 % kompleksia muodostavia kuituja, jotka perustuvat selluloosaregeneroituihin kuituihin.

Valmistusprosessi on samanlainen kuin esimerkissä 12 kuvattu paitsi, että 10 g:n sijasta ioninvaihtokuituja lisätään 1,1 g (10 paino-%) selluloosaregeneroituja fosforyloituja kuituja.

Saaduilla materiaaleilla on kompleksia muodostavia ominaisuuksia arseeni-, molybdeeni-, wolframi-, germanium- jne. ionien suhteen.

24 7 0 5 8 7

Esimerkki 28

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 40 % karboksyyliryhmiä sisältäviä ioninvaihtokuituja ja 20 % kompleksia muodostavia fosforyloituja kuituja, jotka perustuvat selluloosa-regeneroituihin kuituihin ja 40 % vaahdotettua polyuretaania.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 12 esitetty paitsi, että 10 g:n sijasta ioninvaihtokuitua lisätään 6,6 g (40 paino-%) ioninvaihtokuitua ja 2,5 g (20 paino-%) kompleksia muodostavaa kuitua, joka perustuu selluloosaregeneroituihin kuituihin .

Saadun materiaalin vaihtokapasiteetti 0,1-N kalsiumkloridi- liuoksen suhteen on 4,1 mg-ekviv./g. Materiaalin näennäistiheys, 3 joka on 190 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Esimerkki 29

Huokoinen reaktiivinen materiaali, joka sisältää 40 % vaahdotettua polyvinyyliformaalia, 30 % ioninvaihtokuitua ja 30 % kompleksia muodostavaa kuitua, joka perustuu polyakryylinitriili-kuituihin.

Valmistusmenettely on samanlainen kuin esimerkissä 1 kuvattu paitsi, että 80 %:n sijasta ioninvaihtokuituja lisätään 30 % ioninvaihtopolyakryylinitriilikuitua ja 30 % kompleksia muodostavaa kuitua, joka perustuu fosforia sisältäviin polyakryylinitriilikui-tuihin.

Saadun materiaalin vaihtokapasiteetti on 6,4 mg-ekviv./g 0,1-N kalsiumkloridiliuoksen suhteen. Materiaalin näennäistiheys, 3 joka on 185 kg/m , säilyy muuttumattomana käytön aikana.

Claims (4)

25 70587

1. Huokoinen, avosoluinen, täyteainetta sisältävä reaktiivinen materiaali, joka koostuu polymeerimatriisista ja reaktiivisesta täyteaineesta, tunnettu siitä, että polymeerimat-riisi muodostuu vaahdotetusta polyvinyyliformaalista tai vaahdotetusta polyuretaanista ja reaktiivinen täyteaine muodostuu hienojakoisista ioninvaihtokuiduista ja/tai kompleksinmuodostavista kuiduista, joiden määrä on 10-80% lopullisen materiaalin painosta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen materiaali, tunnet-t u siitä, että reaktiivisten kuitujen määrä on 50-70% lopullisen materiaalin painosta.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen materiaali, tunnettu siitä, että reaktiivisina ioninvaihtokuituina käytetään voimakkaasti tai heikosti happamia, voimakkaasti tai heikosti emäksisiä ioniitteja tai polyamfolyyttejä, jotka perustuvat poly-vinyylialkoholikuituihin, polyakryylikuituihin, selluloosa-regeneroituihin kuituihin, fenolialdehydikuituihin, polyolefiinikuituihin tai polyvinyylihalidikuituihin.

4. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen materiaali, tunnettu siitä, että kompleksinmuodostavina kuituina käytetään kuituja, jotka perustuvat polyakryylikuituihin, polyvinyylialko-holikuituihin tai selluloosa-regeneroituihin kuituihin.