NO770148L - St¦pte moduler med h¦y styrke for underst¦ttelse av membraner med omvendt osmose. - Google Patents

Description

Støpte moduler med høy styrke for

understøttelse av membraner for

omvendt osmose.

Foreliggende oppfinnelse angår porøse, hule behold-ere og fremgangsmåte for fremstilling av disse. Mere spesielt angår oppfinnelsen et åpenporet rør lavet bundede, harpiksbelagte fyllstoffpartikler, som tjener som et bærerør for celluloseacetat eller andre typer membraner for omvendt osmose.

Hovedfordelen ved omvendt osmose, som en rensprosess for saltvann eller forurenset vann, er de lavere energikrav sammenlignet med andre prosesser. Virkningen av en celle for omvendt osmose er å bringe en saltvannsoppløsning eller en forurenset vannoppløsning ved høyt trykk i kontakt med et understøttet semipermeabelt membran.

Det foreligger flere metaller og metallkombinasjoner som kan benyttes for den rørformede membranbærer og trykkuthold-ende komponenter i et system med omvendt osmose. Disse bærere omfatter karbonstål som er belagt med legeringer av kobber og nikkel eller rustfritt stål. Disse bærere oppfyller lett trykk-kravene for et slikt system, men materialomkostningene er meget høye. Slike rørformede bærere må bores med hull for å tillate at det rene vann kan fjernes fra et mettbart medium slik som et tekstil, som vikles.rundt membranet og danner en sump mellom bæreren og membranet. Dette bidrar også til fremstillingsomkost-ningene.

Porøse fiberglasskomponenter har med hell vært brukt i pilot plant for omvendt osmose. Slike komponenter er, selvom de er sterke og motstandsdyktige overfor korrosjon, imidlertid relativt dyre og krever stort produksjonsutstyr.

I US-patent nr. 3.598.241 beskrives bruken av bundede harpiksbelagte fyllstoffpartikler som en porøs membran-bærermodul av rørtypen. Den fenoliske bærermodul ifølge denne oppfinnelse har imidlertid en tendens til av og til å utvikle påkjeriningssprekker under herding, og krever vanligvis et metallrør rundt sandstøpen som ytterligere bærer under drift. •

Disse påkjennings- og bærerproblemer ble løst i US-patent nr. 3.796.314 der et organosilan ble benyttet i harpiks-sammensetningen for å gi forbedrede strekkegenskaper og kompre-sjonsstyrkeegenskaper. Epoksysammensetningene ifølge dette patent inneholdt silaner og oppløsningsmidler og ga støper med høy tørr-kompresjonsstyrke på' mellom ca. 168 kg/cm 2 og 24 2 kg/cm 2 i mot-setning til ca. 84-98 kg/cm 2 tørrkompresjonsstyrke og 28-56 kg/cm<2>våtbruddstyrke for støpte moduler inneholdende de fenoliske sam-mensetninger uten silaner, slik som beskrevet i US-patent nr. 3.598.241. Harpiksformuleringene, ifølge US-patent nr. 3.796.314, har imidlertid ikke noen lang lagrinstid. I tillegg oppviser bruken av oppløsningsmidler visse problemer med tilbakeholdelse av oppløsningsmiddel, hulrom og sprekker. Således foreligger det et behov for ennu bedre formuleringer som gir høyere tørr-kompres jonsstyrker og våtbruddstykker for støpte modulbærer for membraner for omvendt osmose.

De ovenfor angitte problemer, i forbindelse med lag-ringstiden for harpiksformuleringene og de forbedrede tørrkompre-sjons- og våtbruddstyrker, løses ved bruk av en lavviskøs, 100% fast, oppløsningsmiddelfri latent katalysert harpiksformulering bestående i det vesentlige av en blanding av en tørr epoksyharpiks, et flytende organisk syreanhydridherdemiddel, et flytende diepoksyd-reaktivt fortynningsmiddel og en latent kvaternær ammonium-, fosfonium- elller arsoniumsaltkatalysator, som et fyllstoffbelegg. Harpiksformuleringen blir deretter benyttet ved støping av et antall fyllstoffpartikler og av det belagte fyllstoff. Dette gir ved herding et stivt, hult og åpenporet og sterkt konsolidert legeme som generelt lages i rørform. Røret er spesielt sterkt konsolidert og egnet som membranbærer for omvendt osmose, og det har forbedrede styrkeegenskaper, f.eks. våtbruddstyrker på minst 52,2 kg/cm 2.

For en bedre forståelse av oppfinnelsen skal det henvises til de foretrukne utførelsesformer; et eksempel på oppfinnelsen er vist i de ledsagende tegninger der: fig. 1 er et diagram som viser prinsippet for ekstrahering av ferskvann fra sjøvann eller forurenset vann ved væskebehandlingssystem ved omvendt osmose inneholdende et båret membran, inntak for matevahn og utslipp for behandlet vann; og

fig. 2 er et tredimensjonalt tverrsnitt av en ut-førelsesform av bærerøret for membranet for omvendt osmose ifølge oppfinnelsen, og membranet vises båret av de innvendige rørvegger.

Osmose inntrer når to oppløsninger med forskjellige

konsentrasjoner i det samme oppløsningsmiddel separeres fra hver-andre ved et membran. Hvis membranet er et ideelt semipermeabelt membran, dvs. hvis det er permeabelt for oppløsningsmidlet og ikke for det oppløste stoff, skjer det en strøm av oppløsnings-middel fra den mere fortynnede til den mere konsentrerte oppløsn-ing. Dette fortsetter inntil de to oppløsninger har samme konsen-trasjon eller inntil trykket i kammeret med den mere konsentrerte oppløsning stiger til en viss godt definert verdi. Trykkdiferan-sen ved hvilken det ikke inntrer noen strømning er kalt den osmotiske trykkforskjell mellom de to oppløsninger. Hvis et trykk ut over denne osmotiske trykkdiferanse legges på den mere konsentrerte oppløsning, kan oppløsningsmidlet bli bragt til å strømme til den mere fortynnede oppløsning. Uttrykkene omvendt osmose, trykkosmose og hyperfiltrering er benyttet for å beskrive denne prosess.

Fig. 1 viser et typisk væskebehandlingssystem av rørtypen benyttende omvendt osmose. Sjøvann eller forurenset vann pumpes gjennom et batteri av bærerrør 1 for å komme i kontakt med et semipermeabelt membran. Pumpen 2 må utøve et trykk på minst 0,7 kg/cm 2 og kan arbeide helt opp til 70-105 kg/cm 2. Vanligvis må rørene ha bruddstyrker på minst 52,5 kg/cm 2. Rørene kan være montert i batterier på ca. 150 hver. De tjener til å bære membranet for omvendt osmose inneholdt i rørveggen. Membranet består vanligvis av et eter- eller estercellulosederivat. Generelt benyttes modifisert celluloseacetat og det skal henvises til de amerikanske patenter nr. 3.170.867, 3.310.488, 3.344.214, 3.446.359 og 3.593.855 for detaljerte opplysninger angående disse stoffer og deres fremstilling.

Andre egnede membraner kan omfatte de som lages av polyamidiske syresalter og pyrronpolymerforløpere, slik som beskrevet i de amerikanske patenter nr. 3.835.207 hhv. 3.817.386. ■ Disse membraner kan være støpt på forskjellige måter slik det beskrives i de amerikanske patenter nr. 3.657.402 hhv. 3.658.955. I en fremgangsmåte for støping fra en-modifisert celluloseacetat-oppløsning anbringes modulen i en stasjonær vertikal stilling, og den viskøse membranstøpeoppløsning anbringes i hver av de indre boringer i bærermodulene. Deretter blir en "støpeplate" med et sirkulært tverrsnitt, ved hjelp av tyngekraften, sluppet ned i boringen for å danne en kontinuerlig film av membranstøpeoppløs-ning på innsiden av hver boring. Filem blir deretter eksponert til luft og tilslutt bragt i kontakt med en utlutningsyæske, vanligvis kaldt vann, for å danne et membran for omvendt osmose på innsiden av hver modulboring.

Rørveggene, som bærer membranene for omvendt osmose, må være meget sterkt konsolidert, dvs. ha tilstrekkelig brudd-styrke og kompresjonsstyrke til å være i stand til å motta det trykk, vanligvis 35-52 kg/cm 2 som legges på på grunn av pumpene, som benyttes for å tilføre matevannet. Modulen må også være i stand til å tillate utslipp av de rene behandlede vann til en samler 4. For sjøvann kan flere gjennomganger gjennom et system av denne type være nødvendig før vannet er brukbart.

Fig. 2 viser en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse der en stiv hul rørbærer 10 inneholder den indre aksiale boring 11 for matevann. Fordi røret er laget ved støping, er det ingen begrensninger hva angår utformingen. Rørveggen 12, med en tykkelse 13, omfatter et bundet fyllstoff 14 belagt med en organisk harpiksfilm 15 som binder fyllstoffet sammen.

En oppløsningsmiddelfri 100% reaktiv blanding, inneholdende epoksyharpiks, anhydridherdemiddel, reaktivt fortynningsmiddel og en effektiv mengde av en latent katalysator, belegges på fyllstoffpartiklene på en slik måte at det etterlates en tynn ikke-herdet film på hver fyllstoffpartikkel. Fortrinnsvis benyttes det en sterkt fuktbar og lav viskøs sammensetning. Det resulterende harpiksbelagte fyllstoff er relativt frittflytende og blir støpt eller blåst inn i en form av ønsket konfigurasjon. Formen har en utforming eller konfigurasjon som gir en modul med minst en aksial boring. Generelt brukes en eller flere fjernbare spindler i formene. Formene blir dertetter oppvarmet for å herde harpiksen. Formene blir deretter avkjølt, og den støpte modul er ferdig.

Herdeprosessen omdanner fyllstoffet med den oppløs-ningsmiddelf rie harpikssammensetning til en sterkt konsolidert, stiv, hul, porøs modul av sammenbundede harpiksbelagte fyllstoffpartikler. Bruken av oppløsningsmiddelfrie harpikser eliminerer problemer med innfanging av oppløsningsmiddel. Dette rør 10 inneholder hulrom eller porer 16 mellom de harpiksbelagte fyllstoffpartikler, noe som tillater utslipp av det rene vann som har pasert gjennom det semipermeable membran 17 for omvendt osmose, oppbåret på innsiden av rørveggene. Arealet og antallet av hulrom vil variere omvendt proporsjonalt med mengden av harpiks som legges på fyll-stof fpartiklene.

Ved herding binder den tynne harpiksfilm hver fyll-stof f partikkel til den ved siden av liggende partikkel. Det er lett å forstå at mengden av harpiks, som benyttes, størrelsen av fyllstoffpartiklene og veggtykkelsen, kan justeres for å gi et betydelig område for styrke og porøsitet for det resulterende rør. For en gitt fyllstoff-harpiksrør øker styrken imidlertid med en økning av harpiksinnholdet samtidig som porøsiteten redu-seres .

Epoksyharpikser, er foretrukket som det primære binde-middel da de gir de beste totale styrkeegenskaper. En type epoksyharpiks, som kan benyttes ifølge oppfinnelsen, er en glycidylpoly-eter av et dihydroksyfenol, oppnåelig ved omsetning av epiklorhydrin med et dihydroksyfenol i et alkalisk medium ved omkring 50°C

ved bruk av 1-2 eller flere mol epiklorhydrin pr. mol dihydroksyfenol. Oppvarmingen fortsettes i flere timer for å bevirke reaksjon og produktet vaskes deretter fritt for salt og base. Produktet, i stedet for å være en enkelt forbindelse, er generelt en kompleks blanding av glycidylpolyetere, men hovedproduktet kan representeres ved følgende strukturformel:

der n er et helt tall 0, 1, 2, 3, , og R angir det divalente hydrokarbonradikal av dihydroksyfenolet. Karakteristisk er R: Disse glycidylpolyetere kalles vanlivis bis-fenol A epoksyharpikser (D.G.B.A). Bis-fenol A (p,p-dihydroksydifenyl-dimetylmetån) er den dihydroksyfenol som benyttes i disse epok-syder. Glycidylpolyeterene av en dihydroksyfenol, som benyttes ifølge oppfinnelsen, har en 1,2-epoksyekvivalent mellom 1,0 og 2,0. Med epoksyekvivalent menes det det gjennomsnittlige antallet av 1,2-epoksygrupper,

inneholdt i det gjennomsnittlige molekyl av glycidyleteren.

Typiske epoksyharpikser av bis-fenol A er lett til-gjengelige i kommersielle mengder, og det skal henvises til "Handbook of Epoxy Resins" av Lee og Neville for en total beskrivelse av deres syntese, og videre til de amerikanske patenter nr. 2.324.483, 2.444.333, 2.500.600, 2.511.913, 2.558.949, 2.582.985, 2.615,007. og 2.663.458.

Glycidyleterepoksyharpiksene kan også karakteriseres ved henvisning til deres epoksyekvivalentvekt, noe som betyr molekylvekten for den spesielle harpiks dividert med det midlere antall av epoksyradikaler pr. molekyl. Ifølge foreliggende oppfinnelse karakteriseres det egnede bis-fenol A epoksyharpiks ved en epoksyekvivalentvekt fra 150 til omkring 2500 med et foretrukket område på ca. 160 til ca. 1200.

Ikke-glycidyleterepoksyharpikser, slik som cykloalifatiske- og acycliskealifatiske epoksyharpikser kan også benyttes som den primære epoksyharpiks i stedet for eller i kombinasjon med bis-fenol A epoksyharpikser ifølge oppfinnelsen. Disse ikke-glycidyleterepoksyharpikser fremstilles generelt ved epoksydering av umettede alitafiske- eller umettede aromatiske hydrokarbon-forbindelser slik som olefiner og cykloolefiner, ved bruk av hydrogenperoksyd eller persyrer slik som pereddiksyre eller perbenzosyre:

De organiske persyrer fremstilles generelt ved omsetning av hydro^-genperoksyd med enten karboksylsyrer, syreklorider eller ketoner for å oppnå forbindelsen R-COOOH.

Slike ikke-glycidyleterepoksyharpikser karakteriseres ved fraværet av eteroksygenet nær epoksygruppen og velges blant de som inneholder en karbonringstruktur såvel som en epoksy-gruppe i molekylet, de cykloalifatiske epoksyharpikser; og de som har en i det vesentlige lineær karbonstruktur på hvilken det er bundet epoksygrupper, de acykliske alifatiske epoksyharpikser.

Eksempler på cykloalifatiske epoksyharpikser omfatter 3,4-etpoksycykloheksymetyl-3,4-epoksycykloheksankarboksylat; vinyl-cykloheksandioksyd; 3,4-epoksy-6-metycykloheksylmetyl-3,4-epoksy-6-metylcykloheksankarboksylat og dicyklopentadiendioksyd. De cykloalifatiske epoksyharpikser fremstilles vanligvis ved peroksyd-ering av cykliske olefiner. Et særmerkende trekk for mange av ikke-glycidyletercykloalifatiske-epoksyharpikser er lokaliseringen av epoksygruppen(e) på en ringstruktur i stedet for på den ali-fatisk sidekjede.

Eksempler på acykliske alifatiske epoksyharpikser omfatter epoksyderte dienpolymerer, epoksyderte polyestere og epokdyserte naturlig forekommende fettsyreroljer.

Disse ikke-glycidyletercykloalifatiske- og acyklisk alifatiske epoksyharpikser kan karakteriseres under henvinsing til deres epoksyekvivalentvekt, som er definert som vekten av epoksyd i gram som inneholder en gramekvivalent epoksy. Ifølge foreliggende oppfinnelse karakteriseres disse epoksyharpikser ved en epoksyekvivalentvekt på fra ca. 75-250 for den cykloalifatiske type og fra ca. 250-600 for den acyklisk alifatiske type.

Andre brukbare epoksyharpikser omfatter hydantoinringepoksyharpikser der ringstrukturen inneholder N bestanddeler. Disse heterocykliske glycidylaminepoksyharpikser fremstilles generelt ved omsetning av en 5-leddet hydantoinring med et epiklorhydrin for å danne en forbindelse som representeres ved strukturformelen: Hydantoinringen

kan lett syntetiseres

fra ketoner, hydrogencyanid, ammoniakk, karbondioksyd og vann. Disse hydantoinringepoksyharpikser karakteriseres ved en epoksyekvivalent vekt fra ca. 110-180.

Andre typer av primære epoksyharpikser som kan brukes ifølge oppfinnelsen er epoksyharpikser som stammer fra syregrupper i en epiklorhydrinreaksjon. Disse er glycidylestere. Generelt involverer de reaksjonen av epiklorhydrin med en mono- eller poly-karboksylsyre eller natrium- eller kaliumsaltet av syren. En alternativ fremgangsmåte er å omsette glycidol med syreklorider. Hyppigst omsettes karboksylgruppen direkte i nærvær av en katalysator forskjellig fra natriumhydroksyd, og dehydrohalogener-ing gjennomføres etter ferdig initialreaksjon. Disse glycidyl-esterharpikser er godt kjent i teknikken og det skal henvises til "Handbo.ok of Epoxy Resins", side 2-18, hva angår syntese og fullstendig beskrivelse.

De spesielle glycidylestere som benyttes som harpiks-bestanddel ifølge oppfinnelsen er ikke-glycidyleterepoksyharpikser som inneholder mer enn 1,2-epoksygrupper pr. molekyl. De karak-

teriseres ved esterbindingen

stedet for eter-bindingen -0- og har den kjemiske strukturformel:

der R er en organis restsubstituent valgt blant gruppen omfattende R', R'-0-R', R'-COO-R' og blandinger derav, og R<1>er valgt blant alkylengrupper med fra 1-8 karbonatomer, mettede cyklo-alkylengrupper der ringen har 4-7 karbonatomer og blandinger derav, og n er fra 1 til ca. 8. Disse epoksyesterharpikser karakteriseres ved en epoksyekvivalentvekt fra ca. 150-350. Alle de ovenfor beskrevne brukbare primære epoksyharpikser må foreligge i flytende form for å gi en sterkt fuktbar lavviskositetshar-piksformulering, og hver type kan benyttes alene eller i kombinasjon med andre.'

De flytende organiske' syreanhydrider, som benyttes epoksyharpiksherdemidler ved gjennomføring av fremgangsmåten, omfatter 1-metylheksahydroftalsyreanhydrid, 1-metyltetrahydro-'ftalsyreanhydrid, NADIC-anhydrid, NADIC-metylanhydrid o.l. flytende anhydrider, og blandinger av heksahydroftalsyreanhydrid, tetrahydroftalsyreanhydrid, ftalsyreanhydrid, pyromellitsyredi-anhydrid, polyazelainsyrepolyanhydrid, reaksjonsproduktet av trimellitsyreanhydrid og et glykol og benzofenontetrakarboksyl-syredianhydrid-faststoffer med en hvilken som helst av de ovenfor angitte flytende anhydrider, for å få en flytende blanding av anhydrider. Anhydridene kan benyttes alene eller i blanding, men det resulterende stoff må være en væske.

Det toale anhydridinnhold i epoksyanhydridblandingen må ligge innenfor området fra ca. 0,5 til ca. 1,5 anhydridekvival-enter pr. epoksyekvivalent i det primære epoksyharpiks og det diepoksydreaktive fortynningsmiddel. Anhydridet er vesentlig for å oppnå en polar harpiksformulering som lett fukter fyllstoffpartiklene, som benyttes. Anhydridet vil også gi utmerket strekk-fasthet til bærermodulen for membranet ved omsetning med epoksyharpiks .

Neopentyldiglycidyleter, som er det foretrukne flytende diepoksydreaktive fortynningsmiddel, fremstilles ved en to-trinns prosess. I det første trinn omsettes neopentylglykol (2,2-dimetyl-l,3-propandiol) og epiklorhydrin i nærvær av en Lewis-syre, BF^, og man oppnår klorhydridmellomproduktet. Dette mellomprodukt blir deretter dehydrohalogenert ved hjelp av natriumhydroksyd eller natriumaluminat:

Dette gir et harpikslignende produkt med ekstremt

lav viskositet. Det diepoksydreaktive fortynningsmiddel under-støtter betydelig fuktingen av fyllstoffet med harpiksformuleringen. Dette alifatiske diepoksyd er et utmerket og ikke-skadelig reaktivt fortynningsmiddel. Et hvilket som helst annet flytende diepoksyd med en viskositet mellom ca. 2 cp og 50 cp ved 27°C.og en epoksyekvivalentvekt mellom omkring 100 og 250, og som er effektiv med henblikk på reaksjon og fortynning av det primære epoksyharpiks, kan benyttes. Eksempler på andre brukbare flytende diepoksydreaktive fortynningsmidler omfatter diglycidyleter av 1,4 butandiol og diclycidyleteren av etylenglykol.

Den siste vesentlige komponet i harpiksformuleringen ifølge oppfinnelsen er den latente kvaternære ammonium-, fosfonium-eller arsoniumsaltkatalysator. Det kvaternære oniumsalt er en forbindelse med den generelle strukturformel:

der R^, R2, R^og R^er arylradikaler eller alkylradikaler med 1-21 karbonatomer, fortrinnsvis alkylradikaler med 4-12 karbonatomer og M er nitrogen, fosfor eller arsen. X, bundet til nitrogen, fosfor eller arsen, er et propionat, acetat, butyrat, isobutyrat, dimetylfosfat eller halogenidradikal. Fosfoniumsalter er foretrukket..

Eksempler på spesielt egnede kvaternære fosfoniumsalter som kan benyttes alene eller i blanding omfatter f.eks. benzyltrimetylammoniumklorid, benzyltrietylammoniumjodid, tetra~butylfosfoniumacetat, tetrametylfosfoniumklorid, metyltrioktyl-fosfoniumdimetylfosfat, metyltributylfosfoniumdimetylfosfat, metyltrifenylfosfoniumdimetylfosfat og tetrametylfosfoniumpropionat, tetrabutylarsoniumklorid, trifenylarsoniumjodid og tetrafenyl-arsoniumklorid.

Disse oniumsalter har evnen til å øke herdehastig-hetene ved forhøyede temperaturer, dvs. over 100°C, mens de viser liten eller ingen herding ved romtemperatur, således at de gir gode lagringsegenskaper til harpiksformuleringen ifølge oppfinnelsen. De tilsettes i mengder effektive til å gi en slik latent katalysatorvirkning. Oniumsaltene er godt kjente for sin latente katalytiske virkning, og det kan i denne forbindelse henvises til US-patent nr. 3.547.885 og 3.792.011, hva angår fremstillingsdetal-jer for disse.

For å oppnå en harpiksformulering med brukbare egen-skaper med henblikk på høy polaritet, god fyllstoffpartikkelfukting, lav viskositet, lang benketid og overlegen tørrkompresjonsstyrke og våtbruddstyrke ved herding, må de ovenfor angitte komponenter blandes innen kritiske vektforhold. Vektforholdene er: pr. 1 vektdel flytende primær epoksyharpiks tilsettes ca. 0,75-1,55 deler flytende organisk syreanhydridherdemiddel, ca. 0,25-0,95 deler flytende diepoksydreaktivt fortynningsmiddel og en effektiv mengde, generelt ca. 0,0001-0,0025 deler kvaternært oniumsalt, fortrinnsvis et kvaternært fosfoniumsalt med latent katalytisk virkning.

Denne harpiksformuleringen er oppløsningsmiddelfri, inneholder 100% faststoffer og bør ha en viskositet under ca. 100 cp ved 25°C. Harpiksformuleringen vil ha en brukbar benketid, dvs., forbli ved en viskositet under ca. 1000 cp ved 25°C i minst 60 dager før den blir for viskøs til å gi tilfredsstillende fuk-ting, dvs. danne et semifast gel. Denne siste egenskap er spesielt viktig ved kommersiell fremstilling av bærermodulene for membranene for omvendt osmose. Denne harpiksformuleringen krever ikke innarbeidelse av organosilan for å gi gode styrkeegenskaper ved herding. Imidlertid kan en yttre rørformet bærer, av perforert metall eller harpiksbelagt tekstil, benyttes for å gi en ekstremt sterk modul.

Det fint oppdelte fyllstoff som benyttes ifølge oppfinnelsen kan være sfærisk, ovalt, kubisk eller en hvilken som helst irregulær konfigurasjon. Som eksempler på egnede uorgan-iske fyllstoffpartikler skal nevnes sand, zirkonium, kvarts,

beryl, talkum, glass, kalksten, kalsiumsilikat, aluminiumoksyd

eller andre fyllstoffer med granulær struktur. Lette fyllstoffer, slik som hule sfæriske glasskuler, vermiculitt, ekspandert perlitt og oppmalt'pimpsten, kan også benyttes. Den foretrukne gjennomsnittlige partikkelstørrelse ligger innen området 50-250 ym, selvom de ytre grenser er mellom 40 og 500 ym. Under 40 ym mangler det harpiksfylte bærerør den ønskede porøsitet med henblikk på

lav motstandsevne mot vannstrøm, og over 50 0 ym kan røret ikke ordentlig bære membranet.

Vekt-% av harpikssammensetning, dvs. primærepoksy, . diepoksydfortynningsmiddel, anhydrid og latent katalysator, som kan benyttes ifølge oppfinnelsen, varierer fra ca. 1-18 vekt-% av vekten av belagte fyllstoffpartikler. Når sand benyttes som fyllstoff, vil området variere fra ca. 2-10 vekt-% av harpiks-sandsammensetningen. På volumbasis ligger området mellom ca. 4

og 32% harpiks for de nevnte fyllstoffer. Over disse områder vil harpiksen ha en tendens til å tette igjen porene mellom fyll-stof f partiklene i røret, noe som forårsaker dårlig avløp av det rene vann. Under disse områder vil bærerrøret ikke være sterkt nok for de trykk som er nøedvendig ved disse vannrenseprosesser.

Andre stoffer, som kan benyttes i harpiksformuleringen, omfatter effektive mengder av voks, slik som f.eks. Montan-voks,

■bisamidvoks eller slippmidler, slik som f .eks. kalsiumstearat,

for å gi en glatt overflatefinish og gode slippegenskaper for den støpte gjenstand fra fremstillingsformen.

Eksempel

Til ca. 2550 g tørr, hvit sand med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på ca. 300 ym ("U.S. Sieve Size Screen No. 50") ble det tilsatt 205,5 g av en oppløsningsmiddelfri epoksy-harpiksformulering med 100% faststoffer med en viskositet på 70

cp ved 25°C og en benketid på ca. 60 dager ved 25°C. Epoksy-harpiksformuleringen inneholdt 50 g av en ren, flytende diglycidyleter av bis-fenol A med en viskositet på mellom 4000 og 5500 cp ved 25°C og en epoksyekvivalentvekt på 172-176 ("DER 332'*); 105 g 1-metyltetrahydroftalsyreanhydrid som flytende organisk herdemiddel; 50 g flytende neopentyldiglycidyleter med en visko-.sitet på ca. 4 cp ved 27°C og en epoksyekvivalentvekt på ca. 150;

.og 0,5 g flytende metyltributylfosfoniumdimetylfosfat som latent katalysator. Dette utgjorde ca. 7,4 vekt-% harpiks, beregnet på den totale vekt av harpiks pluss fyllstoff. Sandfyllstoffet og den ovenfor beskrevne epoksy-harpiksformulering ble blandet i en blander av "Hobart"-typen i ca. 5 min.'inntill støpeblandingen av harpiks og sand var fritt-• strømmende. Harpiks-sandstøpeblandingen ble deretter helt i et 60 cm langt sylindrisk rør med en innvendig diameter på 36 mm, på forhånd belagt med kalsiumstearatslippmiddel. En 12,6 mm teflonbelagt spindel var plassert sentralt i røret. Det fylte rør ble deretter oppvarmed ved atmosfærisk trykk i omkring 8 timer til 160°C for å herde sammensetningen. Røreret ble deretter trukket av og spindelen fjernet, og man oppnådde en stiv, godt konsolidert, porøs, støpt modul av epoksyharpiksbelagte sandpartikler inneholdende et aksielt hull. Det inneholdt om-trent 7,4 vekt-% harpiks. Det ble også støpt et antall faste sylindere fra denne sammensetning for prøving av tørrkompresjons-styrke ved bruk av samme herdfremgangsmåte. Fra en oppløsning inneholdende ca. 23 vekt-% celluloseacetat, 47 vekt-% acetonoppløsningsmiddel og 30 vekt-% forma-midporedannende middel ble det i den aksiale passasje i de ovenfor beskrevne moduler, støpt rørformede porøse membraner for omvendt osmose. For dette formål ble modulen anbragt i stasjonær vertikal stilling. Membranoppløsningen ble helt opp i modulbor-• ingen og deretter ble en støpeplate, med et sirkulært tverrsnitt på det videste punkt og med en ytre diameter mellom ca. 0,5 og 3 mm mindre enn den innvendige diameter av modulboringen, sluppet ned gjennom boringen for å danne en kontinuerlig film av oppløs-ning- innvendig i boringen. Filmen ble deretter tillatt å luft-tørke i ca. 30 sek. og deretter ble hele modulen neddykket i et utlutningsbad som inneholdt isvann med en temperatur på ca. 1,5°C i ca. 30 min. Denne lutet ut aceton og formamid fra den støpte film og dannet et porøst membran for omvendt osmose inneholdende et tynt osmotiskaktivt skinn på utsiden av membranstrukturen i den innvendige modulboring. På den herdede modul ble det foretatt prøver med henblikk på våtbruddstyrke og tørrkomrepsjonsstyrke. I brudd-styrkeprøven ble det brukt ledningsvann. Rørstykker ble festet • på hver ende av modulen slik at et høyt vanntrykk kunne legges .på den sentrale modulboring. Vanntrykket ble øket langsomt på modulprøven inntil den brøt sammen. Sammenbruddet skjedde alltid i form av en langsgående sprekk som strakte seg sentral 1/6 til

1/3 av lengden av det prøvede stykke. Den gjennomsnittlige våtbruddstyrke var 84 kg/cm 2, en verdi som ligger godt innenfor de vanlige 35-52,5 kg/cm 2, som vanligvis benyttes, som driftstrykk ved systemer for rensing av fluider ved omvendt osmose.

Under prøvene med henblikk på våtbruddstyrke trengte renset vann gjennom det semipermeable membran av celluloseacetat og modulveggen av epoksyharpiks. Således var modulen både porøs og sterkt og godt egnet for anvendelse til omvendt osmose.

Sylindriske prøver av harpiks-sandstøpeblandingen,

ca. 5 cm høye og 5 cm i diameter, ble støpt, herdet, behandlet for å oppnå to parallelle flater, og komrepsjonsprøvet ved en sammentrykningshastighet på 1,27 mm/min. Spissbelastningen ble tatt som tørrkompresjonsstyrke. Den gjennomsnittlige kompresjonsstyrke var ca. 353,5 kg/cm 2.

Ved bruk av den samme mengde harpiksformulering, ble mengden sandfyllstoff variert og lignende prøver gjennomført som angitt ovenfor. Ved 4,7 vekt-% harpiks oppnådde man en gjennomsnittlig våtbruddstyrke på 91,7 kg/cm 2, og kompresjonsstyrkeverdiene ga i gjennomsnitt 259 kg/cm 2. Ved 6,5 vekt-% harpiks var de gjennomsnittlige verdier for våtbruddstyrke og kompresjonsstyrke 63 hhv. 329 kg/cm 2. Ved 9 vekt-% harpiks var våtbruddstyrken i gjennomsnitt 105 kg/cm 2. Ting tyder på at bruken av en mindre sandpartikkelstørrelse, dvs. ca. 150-200 u, og en bedre sammen-pakking av harpiks-sandstøpeblandingen i røret, ved bruk av en vibrasjonsteknikk, ville gi ennu bedre resultater. Egnede perfor-erte, rør av rustfritt stål eller porøse harpiksbelagte glass-tekstiler kan eventuelt benyttes som ytre bærer for modulen for omvendt osmose.

Claims (10)

1. Stiv, hul, porøs, sterkt konsolidert membranbære-modul for omvendt osmose med en vegg inneholdende bundede harpiksbelagte fyllstoffer, karakterisert ved at harpikset er det herdede reaksjonsprodukt av en oppløsningsmiddel-fri, latent katalysert epoksyharpikssammensetning bestående av 100% faststoffer og i det vesentlige omfattende:

(1) en del flytende epoksyharpiks,

(2) ca. 0,75-1,55 deler flytende organisk syreanhydridherdemiddel,

(3) ca. 0,25-0,95 deler flytende diepoksydreaktiv fortynningsmiddel, og

(4) ca. 0,0001 til ca. 0,0025 deler av en latent katalysator valgt blant kvaternære ammoniumsalter, kvaternære fosfoniumsalter og kvaternære arsomiumsalter,

hvori harpiksen utgjør ca. 1-18% av vekten av det harpiksbelagte fyllstoff, der fyllstoffet i det vesentlige omfatter partikler med en granulær struktur og en gjennomsnittlig partikkelstørrelse mellom ca. 40 ym og 500 ym, og der innsiden av nevnte vegg bærer et membran for omvendt osmose.

2. Modul ifølge krav 1, karakterisert ved at fyllstoffet er sand, den flytende epoksyharpiks velges blant diglycidyleter av bis-fenol A epoksyharpikser, cykloalifatiske epoksyharpikser, acykliske alifatiske epoksyharpikser, heterocykliske glycidylaminepoksyharpikser og glycidylesterepoksyharpikser, at det diepoksydreaktive fortynningsmiddel har en viskositet mellom ca. 2 cp og 50 cp ved 27°C og en epoksyekvivalentvekt mellom ca. 100 og 250 og at den latente katalysator er et kvaternært fosfoniumsalt.

,3. Modul ifølge krav 2, karakterisert ved at harpiksen utgjør ca. 4 til ca. 32 volum-% av den porøse modul, at den semipermeable membran er et celluloseacetat-membran og at modulen har en våtbruddstyrke på minst 52,5 kg/cm 2.

4. Modul fiølge krav 3, karakterisert ved at den er omgitt av en rørformet ytre bærer valgt blant perforert metall og harpiksbelagt tekstil.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av en stiv, hul, porøs modul ifølge krav 1 med en semipermeabel membran for omvendt osmose oppbåret i det indre, karakterisert ved:

(A) dannelse av en 100% faststoffomfattende opp-løsningsmiddelfri latent katalysatert harpikssammensetning i det vesentlige bestående av en blanding av:

(1) en del flytende epoksyharpiks,

(2) ca. 0,75-1,55 deler av et flytende organisk syreanhydridherdemiddel,

(3) ca. 0,25-0,95 deler av et flytende diepoksydreaktivt fortynningsmiddel og

(4) en mengde av en katalysator, valgt blant kvaternære ammoniumsalter, kvaternære fosfoniumsalter og kvaternære arsonium-salter, tilstrekkelig til å gi en latent katalytisk aktivitet "i o hvori harpiksen har en viskositet på under 100 cp ved 25 C,

(B ) blanding av den oppløsningsmiddelfrie harpikssammensetning med en mengde fyllstoffpartikler med en granulær struktur slik at fyllstoffpartiklene belegges med harpiks, og hvor harpiksen utgjør ca. 1-18% av vekten av det harpiksbelagte fyllstoff,

(C) støping av det harpiksbelagte fyllstoff i en form der formen har en konfigurasjon som gir en støpt struktur med minst én indre.aksial boring,

(D) oppvarming av formen som inneholder det støpte harpiksbelagte fyllstoff for å herde harpiksen og binde nærligg-ende harpiksbelagte fyllstoffpartikler sammen,

(E) avkjøling av formen og fjerning av den støpte struktur for å gi en porøs, sterkt konsolidert modul av sammenbundede harpiksbelagte fyllstoffpartikler med minst en aksial boring og en våtbruddstyrke på minst 17,5 kg/cm 2, og

(F) støping av et semipermeabelt membran for omvendt osmose i den indre aksiale boring i modulen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at ca. 0,0001 til ca. 0,0025 deler kvaternær latent katalysator benyttes og at harpiksen har en benktetid på minst 60 dager.

7 Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at fyllstoffet har en gjennomsnittlig partikkel-størrelse på mellom ca. 40 og 500 ym og at den latente katalysator er et kvaternært fosfoniumsalt.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at fyllstoffet er sand,, den flytende epoksyharpiks, velges blant diglycidyleter av bis-fenol A epoksyharpikser, cykloalifatiske epoksyharpikser, acykliske alifatiske epoksyharpikser, heterocykliske glycidylaminepoksyharpikser og glycidylesterepoksyharpikser, at det diepoksydreaktive fortynningsmiddel har en viskositet mellom ca. 2 cp og 50 cp ved 27°C og en epoksyekvivalentvekt på mellom ca. 100 og 250 og at den latente katalysator er et kvaternært fosfoniumsalt.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at harpiksen utgjør mellom ca. 4 og 32 volum-% av den porøse modul og at den semipermeable membran er en celluioseacetatmembran.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakteris "-ert ved at i trinn (F) en celluloseacetatoppløsning

anbringes i modulboringen, at en glider med et sirkulært tverrsnitt slippes ned i boringen for å danne en film av cellulose-acetatoppløsning på innsiden av hver boring og at filmen deretter utlutes med vann for å danne en membran for omvendt osmose.