FI70733B - Membran med poroes yta foerfarande foer dess framstaellning oc dess anvaendning - Google Patents

Description

π , , H r, KUULUTUSJULKAISU _ _ _ _ Β UTLÄGGNINGSSKRIFT 707 3 Ο C (45) Patentti nyt^i_!,ty

.ψΏ)Ι Patent me CC 10 102C

(51) Kv.lk.*/lnt.ci.* D 01 F 1/02, D 01 D 5/24 // C 08 J 5/22, B 01 D 13/04 g q |y| j FINLAND (21) Patenttihakemus Patentansökning 792365 (22) Hakemispäivä - Ansökningsdag 27.07.79 (Fl) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 27.07-79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 01 .02.80

Patentti- ja rekisterihallitus fgjhtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. — . . ...

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 26.06 .86 (86) Kv. hakemus Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 31 .07-78,

31.07.78 Saksan 1iittotasava1ta-Förbundsrepub-liken Tyskland(DE) P 2833493.2, P 2833623.4 Toteennäytetty-StyrkL

(71) Akzo nv, Ijssellaan 82, Arnhem, Hollanti-Hoiland(NL) (72) Klaus Gerlach, Obernau, Erich Kessler, Höchst, Saksan liittotasavalta-Förbundsrepub1iken Tyskland(DE) (74) Oy Kolster Ab (54) Pinnaltaan huokoinen kalvo, sen valmistusmenetelmä ja sen käyttö -Membran med porös yta, förfarande för dess framstälIning och dess användn i ng

Keksintö koskee synteettisistä polymeereistä valmistettuja kalvoja, jotka voivat olla kelmujen, letkukalvojen tai onttojen tekokuitujen muodossa, niiden valmistusmenetelmää sekä niiden käyttöä varsinkin suodattimina tai kalvojen tukina erotus-tarkoituksissa.

Kelmujen, letkukalvojen tai onttojen kuitujen muodossa olevat kalvot ovat jo pitkään olleet tunnettuja. Alaan perehtyneet tietävät useita menetelmiä, joilla voidaan valmistaa tällaisia kalvoja mitä erilaisimmista polymeereistä. Onttoja kuituja voidaan käyttää tekstiilituotteiden valmistukseen tai apuneuvoina suodatuksessa, ultrasuodatuksessa, mikrosuodatuksessa, dialyysissä, käänteisosmoosissa jne.

Jos kelmuja, letkukalvoja tai onttoja kuituja käytetään erotustarkoituksiin, ovat kalvon läpäisevyys ja selektiivisyys ratkaisevia ominaisuuksia, sillä kalvojen pitää ensinnäkin pidättää tiettyjä aineita ja toisaalta laskea mahdollisimman nopeasti läpi 2 7073 3 muita aineita kuten esimerkiksi liuoksen liuotinta.

Rakenteeltaan mikrohuokoiset tai huokoiset kalvot ovat olleet jo kauan tunnettuja. Niinpä esimerkiksi julkaisussa DE - AS 2 737 745 selostetaan menetelmää, jolla voidaan valmistaa mikrohuokoisia tai huokoisia kuituja. Kuvatut tuotteet ovat epäilemättä hyödyllisiä ja niillä on useita käyttömahdollisuuksia .

Kun edellä mainitussa julkaisussa kuvattu menetelmä on toistettu, on osoittautunut, että kyseisissä kalvoissa on suljettu pinta. Varsinkaan ei ole mahdollista saada kalvoja, joissa on molemmilla puolilla huokosia, jotka ilmenevät suoraan pinnassa olevina aukkoina. Näin ollen tarvitaan vielä parempia menetelmiä, joilla voidaan valmistaa sellaisia huokoisia kalvoja, joilla on samanaikaisesti hyvä läpäisykyky ja suuri selektiivisyys, ja joilla on avoimia huokosia kummassakin pinnassa ja samanaikaisesti sileä, tasainen pintarakenne.

Julkaisussa DE-AS 14 94 579 on kuvattu läpäisyselektiivisten obttojen kuitujen valmistusmenetelmä, jossa kestomuovisen polymeerin ja pehmittimen homogeeninen seos sulakehrätään ja saadusta ontosta kuidusta uutetaan sen jälkeen phemitin. Tällöin on vaatimuksena mm. se, että pehmitin voidaan poistaa kehrätystä ontosta kuidusta helposti ja käytännöllisesti katsoen täydellisesti. Usein kuitenkin joudutaan kuidulle suorittamaan melko pitkä uutto eikä pehmitintä aina saada kokonaan poistetuksi. Lisäksi on tällä tavoin saaduilla ontoilla kuiduilla melko pieni läpäisykyky. Polymeerin ja pehmittimen osuuksiakaan ei ole mahdollista vaihdella laajoissa rajoissa, sillä liian suurella peh-mitinpitoisuudella ei synny kuitua ja liian pienellä pehmitinpitoi-suudella saavutetaan liian pieni läpäisevyys. Edelleen on olemassa vaara, että pehmitin ja kestomuovinen polymeeri eivät ole sekoittuneet toisiinsa tarpeeksi tasaisesti ja näin ollen voi tapahtua agglomeroitumista, joka aiheuttaa uutossa reikiä ja ylisuuria huokosia, jotka puolestaan estävät onttojen kuitujen käytön useihin tarkoituksiin.

Julkaisussa DE-AS 23 46 011 kuvataan onttojen kuitujen valmistusta menetelmällä, jossa akryylinitriilisekapolymerisaatti-liuos kehrätään epäorgaanisten suolojen vesiliuoksessa. Tällöin 70733 pitää ruiskuttaa koagulanttiliuosta sisään, jotta koaguloituminen tapahtuisi sisällä. Kuvattu menetelmä on suhteellisen monimutkainen ja sitäpaitsi sillä on vaikea valmistaa sellaisia onttoja kuituja, joiden laatuominaisuudet pysyvät vakioina.

USA:n patenttijulkaisussa 3 674 628 selostetaan menetelmää, jossa ensin kehrätään kuituja muodostavan polymeerin liuos, sitten ulompi ja mahdollisesti myös sisampi vyöhyke altistetaan geelin-muodostukselle ja molemmat vyöhykkeet koaguloidaan myöhemmin tai samanaikaisesti. Näin syntyy ontoo kuitu, jonka sisä- ja ulkopuolella on vuotamainen rakenne. Myös tämä menetlemä on suhteellisen monimutkainen ja saadun onton kuidun läpäisykyvyssä on toivomisen varaa.

Vaikka lukuisia kelmuja, letkukalvoja ja onttoja kuituja tunnetaankin, on jatkuvasti olemassa parempien kalvojen tarve ja varsinkin sellaisten, jotka voidaan valmistaa yksinkertaisesti ilman monimutkaisia kehruumassoja ja kehruukylpyjä. Jatkuvasti tarvitaan parempia kalvoja, jotka ovat huokoisia ja joilla on samanaikaisesti hyvä läpäisykyky ja suuri selektiivisyys.

Tämä keksintö koskee huokoisia kalvoja, joilla on tunnettuihin kalvoihin verrattuna edullinen avoin pintarakenne, jossa sekä uiko- että sisäpinnassa on avoimia aukkoja ja siitä huolimatta pinnat ovat sileitä. Lisäksi keksintö tarjoaa kalvoja käytettäviksi tekstiileissä sekä teknisissä että lääketieteellisissä tarkoituksissa, kuten erotusprosesseissa, ja varsinkin suodattimina, mikro-suodattimina, kalvojen tukialustoina ja tiettyjen aineiden kiinnitysalustoina .

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa synteettisistä polymeereistä sellaisia kelmuja, letkukalvoja tai ilmakanavaisia kuituja, jotka sisältävät 10-90 tilavuusprosenttia toinen toisiinsa yhteydessä olevia huokosia, ja joissa on sileä, avoimia huokosia sisältävä pinta, ja avoimien huokosten osuus pinnassa on 10-90 %. Onttojen kuitujen näennäistiheys on noin 10-90 % käytetyn polymeerin todellisesta tiheydestä ja ilmakanavais- -12 2 ten kuitujen permeabiliteettikerroin on vähintään 10 .10 cm .

Kalvoja voidaan käyttää suodattimina ja varsinkin mikrosuo-datussuodattimina.

Keksinnön mukaisia kalvoja voidaan käyttää myös muiden kalvo- 70733 jen tukialustoina esimerkiksi siten, että tukialustaan yhdistetään toinen kalvo, jolla on mahdollisesti eri permeabiliteetti ja eri selektiivisyys.

Kalvoja voidaan käyttää myös muiden aineiden kiinnitys-alustoina esimerkiksi siten, että ne kostutetaan tietyillä aineilla, jotka myöhemmin on tarkoitus luovuttaa pois. Niitä voidaan käyttää myös hapetustarkoituksiin.

Keksintö tarjoaa siis menetelmän, jolla polymeereistä voidaan yksinkertaisella tavalla valmistaa puristettava kehruumassa, ja joka sallii materiaalin samanaikaisen puristamisen ja kiinteytymisen ilman monimutkaista kehruutekniikkaa ja monimutkaisia keh-ruukylpyjä. Edelleen keksintö tarjoaa menetelmän, jossa vain mene-telmäparametreja muuttamalla voidaan säädellä valmistettavien kalvojen huokoisuutta, läpäisevyyttä tai permeabiliteettia.

Keksinnön mukaisessa onttojen kuitujen valmistusmenetelmässä vähintään kahdesta komponentista koostunut homogeeninen seos, jossa toisena komponenttina on sulamiskelpoinen polymeeri ja toisena komponenttina polymeerin suhteen inertti neste, ja jossa molemmat komponentit muodostavat binäärisen systeemin, joka nestemäisessä aggregaattiolotilassa sisältää täydellisen sekoittuvuuden alueen ja epätäydellisen sekoittuvuuden alueen, puristetaan seoksen purkautumislämpötilan yläpuolella olevassa lämpötilassa kylpyyn, joka sisältää puristettavan komponenttiseoksen inerttiä nesteosaa, ja jonka lämpötila on puristetun seoksen purkautumislämpötilan alapuolella, ja kalvo kiinteytyy kelmun, letkukalvon tai onton kuidun muotoon.

Muodostunut kalvo voidaan kiinteytymisen jälkeen pestä liuottimena, mielellään asetonilla.

On edullista, jos suulakepuristimen ulostulokohdan ja kylvyn pinnan välissä on ilmarako. Tämä ilmarako voidaan lämmittää.

On myös mahdollista puristaa homogeeninen seos suoraan kylpyyn.

Erityisessä keksinnön mukaisen menetelmän toteutustavassa käytetään lämpötilaltaan porrastettua kylpyä. Tällöin kylpy voi muodostua yhdestä tai useammasta osasta niin, että muodostuu keh-ruukylvyn alusta loppuunpäin jatkuvasti laskeva lämpötilagradientti.

On myös mahdollista käyttää kahta tai useampaa erillistä 5 70733 kylpyä, joiden lämpötilat eroavat toisistaan.

On osoittautunut edulliseksi, jos kylvyn lämpötila on vähintään 100°C matalampi kuin käytetyn binäärisen seoksen purkautumis-lämpötila. Varsinkin letkukalvojen ja onttojen kuitujen ollessa kyseessä voidaan homogeeninen seos puristaa ensin kylpy-nesteellä täytettyyn kylvystä erotettuun kehruuputkeen.

Keksinnön mukaisesti voidaan puristaa homogeenisiä seoksia, jotka sisältävät 10-90 paino-% polymeeriä ja 90-10 % paino-% inerttiä nestettä.

Edullisesti käytetään polymeerinä polypropeenia ja inertti-nä nesteenä NN-bis-(2-hydroksietyyli)heksadekyyliamiinia.

On tarkoituksenmukaista, jos kumpaakin komponenttia, nimittäin sulatettua polymeeriä ja inerttiä nestettä, sekoitetaan jatkuvasti toisiinsa ennen puristusta ja edullisessa tapauksessa sekoittaminen tapahtuu välittömästi ennen puristamista. Seos voidaan vielä homogenoida ennen puristamista. Sekoittamiseen sopii tanko-sekoitin varsin hyvin.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteutukseen ja keksinnön mukaisten kalvojen valmistukseen sopivat tavalliset, varsinkin kuituja muodostavat makromolekyyliset yhdisteet ja ennen kaikkea polymeerit, jotka valmistetaan esimerkiksi polymeroimalla, poly-additiolla tai polykondensaatiolla, kuitenkin edellyttäen, että polymeeri on sulamiskykyinen eli siirtyy nestemäiseen olotilaan hajoamatta ja, että se muodostaa sen suhteen inertin nesteen kanssa binäärisen systeemin, joka nestemäisessä olotilassa sisältää sekä täydellisen sekoittuvuuden alueen että epätäydellisen sekoittuvuuden alueen.

Tällaisten systeemien faasidiagrammi nestemäisessä olotilassa on esimerkiksi sellaista muotoa kuin oppikirjassa S. Glasstone Textbook of Physical Chemistry, Macmillian and Co. Ltd. St. Martin's Street, London, s. 724 on esitetty systeemille aniliini-heksaani. Tässä diagrammissa on kaarevan käyrän yläpuolella molempien komponenttien täydellisen sekoittuvuuden alue. Käyrän alapuolella on kaksi nestemäistä faasia toistensa kanssa tasapainossa.

Keksinnön toteuttamisen kannalta ei ole aivan välttämätöntä, että 2 faasin alueella komponentit vielä liukenevat selvästi toisiinsa, kuten on laita edellä mainitussa diagrammissa. Tavallisesti 6 7 0 7 3 3 riittää, jos 2 faasin alueella ilmenee rajaliukoisuus. Oleellista on kuitenkin se, että nestemäisessä olotilassa kumpikin komponentti muodostaa vielä oman toinen toiseensa sekoittamattoman neste-faasin. Keksinnön mukaiset systeemit eroavat näin ollen sellaisista systeemeistä, joissa liuennut polymeeri erottuu lämpötilaa laskettaessa suoraan kiinteänä aineena eikä ollessaan vielä nestemäisessä olotilassa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää tavallisia sulavia polymeerejä, joita ovat polymeroimalla saadut polymeerit kuten polyeteeni, polypropeeni, polyvinyylikloridi ja polykapro-laktaami sekä vastaavat sekapolymeerit sekä polykondensaatiopoly-meerit kuten polyeteenitereftalaatti, polybuteenitereftalaatti, polyamidi-6,6, polyfenyleenioksidi ja polyadditiopolymeerit kuten polyureeni ja polyvirtsa-aineet.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettäviksi inerteiksi nesteiksi sopivat periaatteessa kaikki sellaiset, jotka muodostavat polymeerin kanssa nestemäisessä olotilassa edellä kuvatunlaisen binäärisen systeemin. Polymeerin suhteen inertti tarkoittaa sitä, ettei neste aiheuta lyhyen aikavälin sisällä polymeerin huomattavaa hajoamista eikä reagoi polymeerin kanssa.

Vaikka edellä mainitussa faasidiagrammissa kuvataan oleellisesti ottaen puhtaan aniliinin ja heksaanin käyttäytymistä, ei keksinnön mukaisessa binäärisessä systeemissä tarvitse käyttää täysin puhtaita aineita. Alaan perehtyneet tietävät, että polymeerimateriaalit koostuvat molekyylipainoltaan erilaisista molekyyleistä ja näin ollen katsotaan keksinnön kattamissa rajoissa tällainen molekyylipainojakautuman omaava polymeeri yhdeksi komponentiksi, ja sama pätee myös sekapolymeereihin. Tietyissä olosuhteissa voivat jopa polymeeriseoksetkäyttäytyä yhden komponentin tavoin eli ne muodostavat inertin liuottimen kanssa yksifaasisen seoksen, joka kriittisen lämpötilan alapuolella erottuu kahdeksi erilliseksi nestemäiseksi faasiksi. Edullista on kuitenkin käyttää vain yhtä polymeeriä.

Nesteenkään ei tarvitse olla täysin puhdasta ja koostua vain yhdestä aineesta. Useinkaan ei ole vahingoksi, jos läsnä on pieniä määriä epäpuhtauksia tai homologisia yhdisteitä, joita teknisessä valmistuksessa välttämättä syntyy.

70733

Keksinnön käytännön toteutuksessa valmistetaan molemmista komponenteista homogeeninen seos tarvittavassa lämpötilassa.

Tämä voi tapahtua siten, että inertti neste sekoitetaan hienonnettuun polymeeriin, lämmitetään haluttuun lämpötilaan ja samalla huolehditaan tarvittavasta sekoituksesta.

Toisessa sopivassa menettelytavassa lämmitetään kumpikin komponentti erikseen tarvittavaan lämpötilaan ja niitä sekoitetaan jatkuvasti toisiinsa haluttu määrä vähän ennen puristamista. Sekoittaminen voidaan suorittaa sekoitustangolla varustetussa laitteessa, joka sijaitsee tarkoituksenmukaisesti yksittäisten komponenttien annostelupumppujen ja kehräyspumpun välissä. Mukaan liitetty homogenointi saattaa olla edullista.

Erittäin edullista on poistaa seoksesta ilma sopivalla tyhjöpumpulla ennen puristusta.

Polymeerin määrän suhde inertin nesteen määrään kehruumassas-sa voi vaihdella laajoissa rajoissa. Polymeerimäärän ja inertin nestemäärän suhdetta säätämällä voidaan saadun kalvon sisällä ja pinnoissa olevien huokosten kokoa ja määrää ja pintojen rakennetta ohjailla tehokkaasti. Näin pystytään valmistamaan mitä erilaisimpiin tarkoituksiin sopivia kalvoja.

Yleensä riittää, jos homogeenisen seoksen lämpötila ennen puristamista on vain muutamia asteita kriittisen lämpötilan eli kyseisen seoksen purkautumislämpötilan yläpuolella.

Jos puristettavan homogeenisen seoksen ja seoksen purkautumislämpötilan välistä eroa suurennetaan saadaan myös kalvojen rakenteen kannalta mielenkiintoisia tuloksia.

Tämän jälkeen homogeeninen kehruumassa puristetaan kylpyyn, jossa on puristetun komponenttiseoksen sisältämää inerttiä nestettä, ja jonka lämpötila on purkaantumislämpötilan alapuolella. Edullisessa tapauksessa on kylvyssä yksinomaan tai suurimmaksi osaksi samaa inerttiä nestettä kuin puristetussa seoksessa. Kylvyn lämpötila on käytetyn seoksen purkaantumislämpötilan alapuolella eli sen lämpötilan alapuolella, jonka yläpuolella molemmat komponentit sekoittuvat toisiinsa homogeenisesti. Edullisessa tapauksessa on kylvyn lämpötila vähintään 100°C käytetyn seoksen purkaantumislämpötilan alapuolella.

Lämpötila voi olla jopa niin alhainen, että liikutaan ky- 8 70733 seisen binäärisen systeemin faasidiagrammin sillä alueella, jossa esiintyy yksi kiinteä faasi.

Jos kylvyn lämpötila on niin korkea, että liikutaan vielä kahden nestefaasin alueella, pitää syntyvä kaivorakenne kiinteyttää heti, ja se tapahtuu siten, että tietyn matkan päässä kylvyn lämpötilaa lasketaan.

Tärkeä seikka on se, että puristettu seos on ennen kylpyyn tunkeutumistaan vielä yksifaasista eli vielä ei ole oleellisessa määrin tapahtunut purkaantumista kahteen faasiin.

Varsinkin letkukalvojen ja onttojen kuitujen valmistuksessa on osoittautunut edulliseksi, jos tietyissä tapauksissa kylpyyn on upotettu kehräysputki, joka on täytetty kylpynesteellä. Kehruuputken suu voi olla tavallisen suppilon muotoinen ja alhaalta poistumispäästä se voi olla käyristetty niin, että kalvon vetäminen kylvyn läpi pois helpottuu.

Kehruuputken täyttö voi tapahtua kehruuputken ympärillä olevan ylivirtausastian avulla siten, että ylivirtaus tapahtuu kehräysputkeen, mutta kehräysputken täydellisen täytön ja pinnan-korkeuden ylläpitämisen vuoksi on tarpeen tuoda ylivirtausastiaan pääsäiliöstä enemmän kylpynestettä kuin kehräysputkesta poistuu ja ylimääräinen kylpyneste voidaan juoksuttaa ylivirtausastiassa olevasta toisesta ylivirtausreiästä takaisin pääsäiliöön. Pääsäiliö ja ylivirtausastia voidaan termostoida.

Kalvo voidaan kehruukylvyn jälkeen pestä sopivalla liuottimena. Sopivia liuottimia ovat mm. asetoni, sykloheksaani, etanoli sekä näiden seokset.

Kalvoa ei ole aina tarpeen pestä eikä varsinkaan silloin, kun käytetty inertti neste on kuidun myöhemmän käytön kannalta tarpeellinen tai antaa sille tarvittavia ominaisuuksia. Niinpä voidaan esimerkiksi käyttää nesteitä, joilla on antistaattinen vaikutus tai jotka toimivat voiteluaineina.

Useissa tapauksissa on osoittautunut tarkoituksenmukaiseksi, jos puristimen ulostulokohdan tai tarvittavan suuttimen poistoaukon ja kylvyn pinnan välissä on ilmarako. Ilmarakoa säätämällä voidaan valmistettavan kalvon ja varsinkin sen pinnan rakennetta säätää.

On havaittu, että ilmaraon pidentäminen vähentää pinnan sisältämien avoimien huokosten määrää ja ilmaraon lyhentäminen taas lisää niiden määrää ja huokosten halkaisija pienenee samoin ilma-raon kasvaessa.

70733 9

Ilmarako voidaan lämmittää esimerkiksi puristetun seoksen purkautumislämpötilaa korkeampaan lämpötilaan.

Yleensä ilmarako on vähintään 1 mm leveä ja voi työskentelyolosuhteista riippuen olla jopa noin 10 cm pitkä. Tärkeää on se, ettei ilmaraon kohdalla ennen kylpyyn tunkeutumista tapahdu lainkaan tai ei ainakaan merkittävässä määrin erottumista kahteen nestemäiseen faasiin, mutta kuten sanottu erottuminen voidaan estää ilmaraon pituutta säätämällä, ilmarakoa lämmittämällä tai nopeuttamalla suuttimesta poistumista.

Erityisessä keksinnön toteutustavassa johdetaan homogeeninen seos välittömästi kylpyyn niin, että pintaan syntyy halkaisijaltaan mahdollisimman suuria huokosia.

Saatuja kalvoja voidaan hyvin käyttää suodattimina. Ne soveltuvat ennen kaikkea mikrosuodatukseen ja uitrasuodatukseen. Kalvot sopivat erittäin hyvin lääketieteellisiin tarkoituksiin esimerkiksi selektiivisyytensä vuoksi bakteerien erottamiseen tai veren suodatuksessa esimerkiksi verihiutaleiden erottamiseen. Ne sopivat erittäin hyvin myös hapetustarkoituksiin siten, että happi virtaa kalvon sisällä ja veri huuhtelee kalvoa ulkopuolelta.

Useissa tarkoituksissa sopivat keksinnön mukaiset kalvot muiden kalvojen tukialustoiksi. Erittäin sileän, avoimia huokosia sisältävän pintarakenteensa vuoksi voidaan ne peittää tiukasti kiinnittyvällä kalvona toimivalla materiaalilla, mikä tapahtuu tavallisesti levittämällä tai suihkuttamalla tarvittavaa kalvon-muodostusliuosta. Erinomaisten pintaominaisuuksien vuoksi kiinnittyy kalvokerros keksinnön mukaiseen kalvoon erittäin hyvin. Peite-liuos muodostaa ohuen kerroksen ilman, että se tunkeutuu tai jopa tippuu onton kuidun sisälle, ja näin saadaan toimivia kal-voyhdistelmiä mitä erilaisimpiin tarkoituksiin.

Erikoisen pinta- ja sisärakenteensa vuoksi ovat kalvot erittäin sopivia kiinnitysalustoita tietyille aineille. On myös mahdollista syöttää jokin vaikuttava aine onton kuidun .ilma-kanavaan .

Tällä tavalla voidaan valmistaa kelmuja, letkukalvoja tai onttoja kuituja tai niiden osia, jotka pystyvät luovuttamaan sisältämänsä vaikuttavan aineen hitaasti. Keksinnön mukaiset kalvot voivat myös toimia adsorptioalustoina.

Keksinnön mukaisten kalvojen paksuus on tavanomainen vaihdel- 10 70733

Ien esimerkiksi noin 20 ^urusta muutamaan millimetriin.

Kalvot voivat olla joko kelmuja tai letkukalvoja. Kalvoja voidaan käyttää eritysaineina esimerkiksi lämmöneristyksessä tai meluntorjunnassa.

Keksinnön mukaisesti voidaan valmistaa onttoja kuituja, joiden mittavalikoima on laaja. Ulkohalkaisija voi olla jopa useita millimetrejä ja seinänpaksuus voi vaihdella laajoissa rajoissa esimerkiksi 20 ^um:n ja noin 1-2 millimetrin välillä.

Keksinnön mukaisten kalvojen huokosten muoto voi olla mitä erilaisin. Ne voivat olla pyöreitä tai pitkulaisia ja ne ovat toisiinsa yhteydessä osaksi pienten yhdistävien aukkojen kautta ja osaksi siten, että ne liittyvät välittömästi toinen toiseensa.

Jopa kalvoissa, jotka on valmistettu vain noin 30 % polymeeriä sisältävistä seoksista, voi polymeeri olla matriisina, johon yksittäiset huokoset ovat jakautuneet ja muodostavat vielä enemmän tai vähemmän erillisiä mutta toisiinsa yhteydessä olevia aukkoja. Päinvastoin voi syntyä rakenteita, joissa huokoset ovat kuin huovassa ja polymeerimateriaali on jakautunut ikäänkuin kuiduiksi. Näiden kahden rakenteen välimuotoja on lukematon määrä ja lisää muunnoksia voidaan saada aikaan esimerkiksi poistumisnopeutta tai jäähtymisnopeutta muuttamalla tai vetämällä suuttimen alapuolella.

Keksinnön mukaisilla kalvoilla on ennen kaikkea myös suuri permeabiliteetti kaasujen kuten typen ja ilman suhteen. Permeabili-teetti voidaan ilmaista nk. permeabiliteettikertoimella K (vrt. R.E. Collins, Flow of Fluids through Porous Materials,

Reinhold Publishing Corp., New York 1961, s. 10). K määritellään seuraavalla kaavalla Q · Ί, - = K , jossa Q on tilavuusvirta aika- A (ΔΡ/h) yksikössä (esim. m^/s), 2 on virtaavan aineen viskositeetti (Pa.s), A keskimääräinen pinta-ala, jonka läpi kaasu poistuu, Δ P on paine-ero (Pa) ja h on seinänpaksuus.

Keksinnön mukaisten kalvojen permeabiliteettikerroin on vä- -12 2 -12 2 hintään 10.10 cm , edullisessa tapauksessa vähintään 22.10 cm 70733 11 -12 2 ja se saattaa olla jopa yli 100.10 cm .

Kelmujen ja letkukalvojen kertoimet määritettiin typen avulla, jota päästettiin paineen alaisena laippaan kiinnitetyn kalvon läpi.Kalvon läpi tuleva ilma mitataan virtausmittarilla.

Keksinnön mukaisille kalvoille, jotka oli valmistettu seoksesta, joka sisälsi 30 paino-% polypropeenia ja 70 paino-% NN-bis-(2-hydroksietyyli)heksadekyyliamiinia, ja joiden valmistuksessa oli ilmarako suuttimen ja kylvyn välillä, saatiin seuraavat arvot: -12 2 K (10 cm ) ilmarako (mm) 52 5 27 10

Onttojen kuitujen kohdalla tapahtui mittaus seuraavasti: 31 cm pitkiä onttoja kuituja valetaan kovettuvan polyuretaanimassan avulla kahteen 5 cm pitkään PVC-letkuun. Kun polyuretaani on kovettunut, toinen PVC-letku lovetaan ja vapaat aukot liitetään syöttöjohdon kautta typpipulloon ja toisen letkun pää suljetaan tiiviisti tulpalla. Kuitujen läpi tuleva ilma mitataan virtausmittarilla.

Keksinnön mukaisille ontoille kuiduille, jotka oli valmistettu seoksesta, joka sisälsi 30 paino-% polypropeenia ja 70 paino-% NN-bis-(2-hydroksietyyli)heksadekyyliamiinia, ja joiden valmistuksessa oli ilmarako suuttimen ja kylvyn välillä, saatiin seuraavat arvot: -12 2 K (10 cm ) ilmarako (mm) 99 3 22 20

Keksinnön mukaisia onttoja kuituja voidaan myös käyttää eristeinä.

Keksinnön mukaisten onttojen kuitujen valmistukseen sopiva laitteisto on esitetty kuviossa 1. Inertti neste pumpataan termostoidusta säiliöstä 1 kaksoismäntäpumpun 3 avulla lämmittimen 4 läpi sekoittimeen. Lämmitin 2 toimii esilämmittimenä. Propyleeni-rouhe syötetään rouhesäiliöstä 5 kierukkapursottimen 6 ja hammas-pyöräpumpun 7 kautta sekoittimeen 8, josta hammaspyöräpumppu 9 syöttää massaa onttoja kuituja muodostavaan suuttimeen 10, 12 70733 johon syötetään rotametrin 17 kautta tarvittava määrä typpeä.

Ulos tuleva massa joutuu ilmaraon kautta kehruusuppilolla 11 varustettuun kehruuputkeen 12, johon johdetaan ylivirtausastiassa 13 inerttiä nestettä pääsäiliöstä 14. Kehruuputken alapää on käyris-tetty ja kuidut johdetaan siitä kylvyn 15 jälkeen käämitykseen 16.

Keksintöä valaistaan seuraavien esimerkkien avulla.

Esimerkki 1

Pursottimessa sulatetaan 260-280°C:ssa polypropeenia, jonka sulateindeksi on 1,5 g/10 min, ja se annostellaan hammaspyöräpum-pun kautta tehokkaaseen tankosekoittimeen.

Samanaikaisesti annostellaan NN-bis-(2-hydroksietyyli)heksa-dekyyliamiinia kaksoismäntäpumpulla läpivirtauskuumentimessa 135°C:een esilämmitettynä eristettyä putkea pitkin edellä mainittuun sekoittimeen.

Polypropeenimäärän suhde amiinimäärään on 30:70. Sekoitus-nopeus on 400 r/min.

Sekoittimessa homogeeniseksi tullut massa puristetaan ham-maspyöräpumpulla nopeudella 15 g/min onttoja kuituja muodostavaan suuttimeen, jonka sisähalkaisija on 200 pm, ja jonka vapaa rengasrako on 400 pm. Kun suuttimen kaasukapillaariin johdetaan typpeä nopeudella 4 1/h muodostuu onttoa kuitua.

Ulos tuleva sula kuitu tunkeutuu 3 mm vapaan pudotuksen jälkeen aniinikylvyllä täytettyyn kehruusuppiloon ja kulkee nesteen mukana kehruuputken läpi, jonka halkaisija on 8 mm ja pituus 400 mm, ja käämitään 1 metrin kehruukylvyn jälkeen nopeudella 7 m/min. huuhtelulaitteeseen.

Saaduista ontoista kuiduista uutetaan amiini pois alkoholilla.

Onttojen kuitujen halkaisija on 2200 ^um ja keskiontelo 1400 yum.

Esimerkki 2

Polypropeenirouhetta sulatetaan pursottimessa ja syötetään hammaspyöräpumpulla tankosekoittimeen.

Samanaikaisesti pumpataan varastosäiliöstä 40°C:een lämmitettyä nestemäistä NN-bis-(2-hydroksietyyli)heksadekyyliamiinia kaksoismäntäpumpulla sähköllä lämmitettyyn lämmittimeen ja sieltä noin 150°C:ssa sekoittimeen. Kyseessä on tankosekoitin.

13 70733

Homogenoinnin jälkeen sula massa puristetaan annospumpun kautta rakosuuttimeen ja sieltä kylpyyn, joka sisältää NN-bis-(2-hydroksietyyli)heksadekyyliamiinia 50°C lämpötilassa.

Kelmu kulkee 50 m pitkän kylvyn läpi ja sen jälkeen se uutetaan etanolilla ja kuivataan. Näin saadaan kalvo-ominaisuuksiltaan pintarakenteeltaan erittäin hyvää kelmua.

Claims (22)

70733 14

1. Menetelmä, jolla voidaan valmistaa kelmun, letkukalvon tai onton kuidun muodossa oleva kalvo, tunnettu siitä, että vähintään kahdesta komponentista koostuu homogeeninen seos, jossa toisena komponenttina on sulamiskelpoinen polymeeri ja toisena komponenttina polymeerin suhteen inertti neste, ja jossa molemmat komponentit muodostavat binäärisen systeemin, joka nestemäisessä tilassa sisältää täydellisen sekoittuvuuden ja epätäydellisen sekoittuvuuden alueen, puristetaan seoksen purkautumislämpöti-lan yläpuolella olevassa lämpötilassa kylpyyn, joka sisältää puristettavan komponenttiseoksen inerttiä nestettä, ja jonka lämpötila on puristetun seoksen purkautumislämpötilan alapuolella, ja muodostunut kalvo kiinteytetään kelmun, letkukalvon tai onton kuidun muotoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostunut kalvo pestään kiinteytymisen jälkeen liuottimena.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pesussa käytetään asetonia.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puristimen ulostulokohdan ja kylvyn välissä on ilmarako.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilmarako on lämmitetty.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että homogeeninen seos puristetaan suoraan kylpyyn.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kylvyn lämpötila on vähintään 100°C käytetyn binäärisen seoksen purkaantumislämpötilan alapuolella.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että homogeeninen seos puristetaan ensin kylpyyn yhdistettyyn, kylpynesteellä täytettyyn kehruuputkeen.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polypropeenia käytetään polymeerinä.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Ν,Ν-bis-(2-hydroksietyyli)heksadekyyliamiinia käytetään inerttinä nesteenä. 707 3 3 15

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään lämpötilaltaan porrastettua kylpyä.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään homogeenista seosta, joka sisältää 10-90 paino-% polymeeriä ja 90-10 paino-% inerttiä nestettä.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että komponentteja sekoitetaan toisiinsa jatkuvana virtana ennen puristusta.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että sekoituksessa käytetään tankosekoitinta.

15. Synteettisestä polymeeristä valmistettu kelmun, letkukal-von tai onton kuidun muodossa oleva kalvo, tunnettu siitä, että se sisältää 10-90 tilavuusprosenttia toinen toiseensa yhteydessä olevia huokosia ja sileän, avoimia huokosia sisältävän pinnan, jossa avoimien huokosten osuus on 10-90%, ja joka on valmistettu siten, että vähintään kahdesta komponentista koostuva homogeeninen seos, jossa toisena komponenttina on sulamiskelpoinen polymeeri ja toisena komponenttina polymeerin suhteen inertti neste, ja jossa molemmat komponentit muodostavat binäärisen systeemin, joka nestemäisessä olotilassa sisältää täydellisen sekoittuvuuden ja epätäydellisen sekoittuvuuden alueen, puristetaan seoksen pur-kautumislämpötilan yläpuolella olevassa lämpötilassa kylpyyn, joka sisältää puristettavan komponenttiseoksen inerttiä nesteosaa, ja jonka lämpötila on puristetun seoksen purkautumislämpötilan alapuolella, ja muodostunut kalvo kiinteytetään kelmun, letkukalvon tai onton kuidun muotoon.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen kalvo, tunnettu siitä, että sen näennäistiheys on 10-90% käytetyn polymeerin todellisesta tiheydestä.

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen kalvo tunnet- , . . -12 t u silta, että sen permeabiliteettikerroin on vähintään 10.10 2 cm .

18. Jonkin patenttivaatimuksen 15-17 mukaisen kalvon käyttö suodattimena. 16 70733

19. Jonkin patenttivaatimuksen 15-17 mukaisen kalvon käyttö suodattimena mikrosuodatuksessa.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 15-17 mukaisen kalvon käyttö muiden kalvojen tukialustana.

21. Jonkin patenttivaatimuksen 15-17 mukaisen kalvon käyttö kantaja-alustana.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 15-17 mukaisen kalvon käyttö hapetustarkoituksiin. 17 70733