WO1999047247A1 - Solvent-resistant pan (polyacrylonitrile) membrane - Google Patents

Solvent-resistant pan (polyacrylonitrile) membrane Download PDF

Info

Publication number
WO1999047247A1
WO1999047247A1 PCT/DE1999/000633 DE9900633W WO9947247A1 WO 1999047247 A1 WO1999047247 A1 WO 1999047247A1 DE 9900633 W DE9900633 W DE 9900633W WO 9947247 A1 WO9947247 A1 WO 9947247A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
membrane
pan
comonomer
crosslinking
obtainable
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/000633
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Zierke
Heinz Buschatz
Gerda Peters
Original Assignee
Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh filed Critical Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh
Publication of WO1999047247A1 publication Critical patent/WO1999047247A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0093Chemical modification
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/40Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. salts, amides, imides, nitriles, anhydrides, esters
    • B01D71/42Polymers of nitriles, e.g. polyacrylonitrile
    • B01D71/421Polyacrylonitrile
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/30Cross-linking
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/40Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. salts, amides, imides, nitriles, anhydrides, esters
    • B01D71/42Polymers of nitriles, e.g. polyacrylonitrile

Definitions

  • the invention relates to a 1 eyelid stable 1 PAN membrane, in particular for ultrafiltration and nanofiltration, based on polyacrylonitrile 1 (PAN) and a comonomer copolymerized therewith, the PAN membrane being formed by membrane formation known per se Phase inversion was formed in water, and a method for producing such a PAN membrane.
  • PAN polyacrylonitrile 1
  • the 1 ieremi ttel stable 1 PAN membrane according to the invention is added in the same way or in a conventional manner 3 a membrane is formed using phase inversion in water or in aqueous solution.
  • at least one comonomer with a functional group is used together with the acrylic nitrite monomer copolymer si ert and so introduced into the PAN polymer.
  • Reactive groups are used which are capable of causing the membrane to crosslink by reaction with themselves or with a crosslinking agent, this crosslinking reaction being carried out or taking place during and / or and in particular after the membrane has been formed.
  • These functional groups, which are thus crosslinkable and in particular postcrosslinkable are preferably epoxy, alkoxysilyl and acid amide groups which are introduced with the aid of the comonomer.
  • a reactive group which causes crosslinking by reaction with itself is understood to be one which can form a bond with another identical group on the PAN copolymer.
  • the acid-catalyzed reaction of this epoxy group with water forms a hydroxyl group, which in turn can react with a remaining epoxy group to form an ether bridge.
  • Methacrylic acid [3- (trimethoxysilyl) propyl ester] or tri ethoxyvinyl si 1 4 III) acrylic acid amid or methacrylic acid amid.
  • comonomers I) and II these can be introduced into the PAN polymer by solution copolymerization of acrylonitrile.
  • comonomer III use is advantageously made of the suspension copolymerization.
  • the reactive groups introduced into the PAN polymer in this way permit chemical crosslinking of the polymer, which takes place during conventional membrane formation or after the conventional membrane formation, this membrane formation taking place by phase inversion in water.
  • the comonomer preferably makes up 3 to 49 mol%, in particular 5 to 35 mol%, of the PAN copolymer. If a range of 3 to 49 mol% or 5 to 35 mol% is mentioned here, then all intermediate values in between are included and disclosed, for example 3, 4, 5,... 11, 12, 13 ... 18, 19, 20 ... 28, 29, 30, ... 38, 39, 40, ... 45, 46 and 47.
  • Crosslinking agents which are preferably used are those which have at least two functional groups and are therefore bi-functional 1.
  • the functional groups of the crosslinking agent can then react with corresponding functional groups on the PAN copolymer to form a bond. This creates a kind of bridge or network.
  • crosslinking agents with three, four (or more) such groups. 5
  • the chemical crosslinking of the polymer can be carried out in various ways, for example as follows:
  • PAN copolymers with 3 to 49 mol% of methacrylic acid glycidyl ester were produced.
  • the respective PAN copolymer was mixed in the form of a DMF solution (17 to 25% solids) with a crosslinking agent.
  • DMAc, DMSO and NMP can also be used as solvents.
  • Various amines served as crosslinking agents, the molar ratio of epoxy group to amino group being approximately 1: 1.
  • the DMF solution was drawn out into a cast film; The corresponding membrane was formed by a subsequent phase inversion in water.
  • the crosslinking takes place through the generally base-catalyzed reaction of an epoxy group with an amino group, with a reactive hydroxyl group also being formed in addition to an amine bond.
  • amino groups must be present at least in an equimolar ratio.
  • Part of the PAN copolymer with a significant excess (2 to 4-fold) of the amines mentioned was separately in homogeneous solution (2 to 10% solid, solvent: DMF, DMAc, DMSO or NMP) at 60 to 80 ° C. implemented for a period of 30 to 120 min or at 20 to 25 ° C for a period of 16 to 24 h. This was followed by working up the functionalized polymer (filtering off gel parts, possibly concentrating, precipitating, washing and drying).
  • the amine-functionalized part of the PAN copolymer was then combined with the epoxy group-bearing PAN copolymer in a solution (solvent: DMF, DMAc, DMSO or NMP) (molar ratio epoxy: amino groups 1: 1), formed into membranes (phase inversion in water) and when annealed in water (60 to 95 ° C, 10 to 30 min) cross-linked to 1 solvent-stable PAN membrane. This was followed by drying at 70 to 90 ° C for a period of 15 to 13 minutes in the drying cabinet.
  • Phase inversion in water can also not be dragged into the precipitation bath by the solvent DMF. Furthermore, the viscosity of the polymer solution is not reduced by the addition of the crosslinking agent, as is the case when the amine compounds 1.) to 4.) are added.
  • Adequate crosslinking was also possible by adding the water-soluble amine compounds 1) to 4), 6) and 7) (0.1 to 0.5 n, based on the total volume) and by adding Ammonia (10 to 25% solution, based on the total volume) can be achieved in the tempering bath (in water, 60 ° C to 95 ° C, 30 to 90 min).
  • Cross-linking with the above-mentioned aqueous solutions at 20 to 25 ° C (room temperature) for 16 to 24 h in a separate cross-linking bath was also successful, followed by tempering in water (70 to 95 ° C, 10 to 20 min). Following both variants (i.e.
  • the membrane is washed with water in order to remove the adhering unreacted amines or ammonia.
  • the mixture was then dried in a drying cabinet at 70 to 90 ° C. for 15 to 30 minutes.
  • PAN copolymers containing methacrylic acid glycidyl esters (3 to 49 mol%) were drawn out into a cast film in the form of a DMF solution (17 to 25% solids; also possible in DMAc, DMSO and NMP as solvents) formed into membranes by subsequent phase inversion in water.
  • a DMF solution 17.5% solids; also possible in DMAc, DMSO and NMP as solvents
  • crosslinking with the following additives in the heat treatment bath (water, 60 ° C. to 95 ° C.; 30 to 120 min ) performed:
  • PAN copolymers with 5 to 35 mol% of methacrylic acid [3- (trimethoxyl silyl) propyl ester or 2 to 7 mol% of triethoxyvinyl silane were prepared in the usual way.
  • the respective PAN copolymer obtained was extracted into a cast film in the form of a DMF solution (10 to 22% solids; also possible in DMAc, DMSO and NMP as a solvent) and by subsequent phase inversion in water or an aqueous solution of 0.1 up to 1.0 n HC1 or 0.1 to 1.0 H 2 S0 4 formed into a membrane.
  • the saponification of the ethoxysilyl groups to Si 1 anol groups was most advantageously carried out in the tempering bath with an aqueous solution of 0.1 n to 1.0 n HCl or 0.1 to 1.0 n H 2 S0 4 at 60 to 80 ° C. for 20 to 60 min.
  • the saponifications could also be carried out using an aqueous solution of 0.1 to 1.0 N HCl or 0.1 to 1.0 N H 2 S0. at 20 to 25 ° C (room temperature) for 16 to 24 h either in the precipitation bath or in a separate saponification bath.
  • drying and an associated thermal condensation reaction of the Si 1 anol groups (60 to 80 ° C., 20 to 60 min) were required.
  • H ⁇ SO a washing or neutralization process with subsequent drying was added.
  • PAN copolymers with 5 to 35 mol% of acrylamide or 5 to 35 mol were used. -% methacrylic aid produced.
  • the respective PAN copolymer obtained was drawn out in the form of a DMF solution (5 to 14% solids, also possible in DMAc, DMSO and NMP as solvent) with a crosslinking agent to give a cast film and formed into a membrane by a subsequent phase inversion in water.
  • the crosslinking was carried out in an annealing bath with an aqueous solution of 0.1 n to 1.0 n NaOH or 0.1 n to 1.0 n K0H at 60 to 90 ° C. for a period of 15 to 30 min.
  • a neutralization or washing process was then carried out with 0.1 N to 0.5 N aqueous HCl and drying at 60 to 90 ° C. for 10 to 60 min.
  • PAN copolymers with 5 to 35 mol% of acrylamide and 5 to 35 mol% of methacryl amide were produced.
  • the corresponding PAN copolymer was drawn out in the form of a DMF solution (5 to 14% solids) with a maximum of 5% by volume (based on the total solution) of a 50% aqueous glutardialdehyde solution as a crosslinking agent to give a cast film.
  • the membrane was formed by subsequent phase inversion in water. For crosslinking, the oven was annealed at 60 to 90 ° C. for 20 to 60 min. It was then washed and dried again at 60 to 90 ° C. for 15 to 30 min. 1 2
  • the pore size of the membranes according to the invention was set as follows:
  • the pore size setting was carried out analogously to the conventional forming process by varying the molar masses of the copolymer used, the solids content of the casting solution, the temperature of the precipitation bath, the temperature and duration of the te and the drying temperature and duration.
  • the following two examples illustrate the possibilities for setting the pore size:
  • membranes made of poly (acrylic nitri 1 -co-glycidyl methacrylate) (15.4 mol% glycidyl methacrylate in the polymer) solution of 25% by weight polymer in DMF (at 50 ° C.), Filter, add 0.169 g of crosslinker (triethylene tetramine) to 1 g of polymer, degassing, pulling out the cast film, phase inversion in water, tempering at 70 ° C. for 20 min.
  • crosslinker triethylene tetramine
  • pore membranes are thus provided on the basis of membrane-forming polyacrylnitri copolymers which are chemically crosslinked, the crosslinking being able to take place during the membrane formation by phase inversion in water and / or afterwards.
  • the subject matter is also a process for the production of a stable PAN membrane according to the teaching of the claims and the use of this PAN membrane for ultra and nanofiltration.
  • the method according to the invention enables inexpensive production of such a 1-layer, stable 1-PAN pore membrane while maintaining the previously used technological process (formation, tempering in water, drying) and the equipment already available for this.
  • poly (acrylic ni tri 1 - co-acrylic amide) it is also possible to use the already known industrial suspension polymerisation method for producing the pure polyacryl ni tri 1 s largely unchanged.
  • Membrane thickness ( ⁇ m) 213 - 216 209 test cell 1 e Mi 11 ipore Mi 11 i pore test pressure (MPa) 0.3 0.3 J w O / hi) 152.7 78.3

Abstract

The invention relates to a solvent-resistant PAN membrane, especially for ultra- and nanofiltration. Said membrane has a base consisting of polyacrylonitrile (PAN) and a comonomer copolymerised with the same and is formed in water by phase inversion, using a membrane formation process which is known per se. The inventive membrane is obtained by using a comonomer with at least one reactive group which, when reacted with itself or with a cross-linking agent, can cause the membrane to cross-link, and by carrying out the cross-linking reaction during and/or after the formation of the membrane. As a result of the cross-linking, the inventive membrane is resistant to solvents. It can also be produced using existing technological procedures and equipment.

Description

Lösemi ttel stabi 1 e PAN-MembranSolvent stabilizer PAN membrane
Beschrei bungDescription
Die Erfindung betrifft eine 1 öse i ttel stabi 1 e PAN- Membran, insbesondere für die Ultra- und Nanofiltration, auf Basis von Polyacryl nitri 1 (PAN) und einem damit copolymeri sierten Comonomer, wobei die PAN-Membran durch per se bekannte Membranformierung durch Phaseninversion in Wasser gebildet wurde, und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen PAN-Membran.The invention relates to a 1 eyelid stable 1 PAN membrane, in particular for ultrafiltration and nanofiltration, based on polyacrylonitrile 1 (PAN) and a comonomer copolymerized therewith, the PAN membrane being formed by membrane formation known per se Phase inversion was formed in water, and a method for producing such a PAN membrane.
Für die Aufarbeitung der unterschiedlichsten organischen Lösemittel und Lösemi ttel gemi sehe mit Hilfe der Ultra- und Nanofiltration, beispielsweise der Abtrennung von Inhaltsstoffen, werden derzeit je nach eingesetztem Lösemittel unterschiedliche membranbildende Polymermaterialien zur Anwendung gebracht. Es ist daher erforderlich, entweder Spezi almembranen aus jeweils nur in einem oder in wenigen Lösemitteln beständigem Material 2 oder teuere anorganische Membranen zu verwenden. Zudem existieren für bestimmte Lösemittel, beispielsweise DMF, DMAc, DMSO und NMP, noch keine geeigneten lösemittelstabilen Porenmembranen, die in befriedigendem Maße technisch eingesetzt werden können.Depending on the solvent used, different membrane-forming polymer materials are currently used to process a wide variety of organic solvents and solvents with the aid of ultra- and nanofiltration, for example the separation of ingredients. It is therefore necessary to use either special membranes made of material that is resistant only in one solvent or in a few solvents 2 or expensive inorganic membranes to use. In addition, for certain solvents, for example DMF, DMAc, DMSO and NMP, there are still no suitable solvent-stable pore membranes which can be used to a satisfactory extent on an industrial scale.
Es ist somit bisher erforderlich, für das jeweilige Trennproblem ein spezielles Polymermaterial für die Membranen bzw. anorganische Membranen einzusetzen. Dadurch wird die Herstellung derartiger Membranen und der damit ausgerüsteten Trennverfahren wesentlich verteuert .So far, it has been necessary to use a special polymer material for the membranes or inorganic membranes for the respective separation problem. This makes the manufacture of such membranes and the separation processes equipped with them significantly more expensive.
Die bisher bekannten 1 öse i ttel beständi gen Membranen sind mit dem Nachteil behaftet, daß die Herstellungsbedingungen der Polymere für derartige Membranen deutlich komplizierter und aufwendiger sind als die der einfachen Acryl ni tri 1-Copolymeri säte . Dies trifft auch für die Formierung derartiger Membranen zu. So können derartige Membranen beispielsweise in einigen Fällen nur mit konzentrierter Schwefelsäure oder teueren Speziallöse- mitteln formiert werden.The previously known 1 eyelet resistant membranes have the disadvantage that the production conditions of the polymers for such membranes are significantly more complicated and expensive than that of the simple acrylic nitri-1 copolymers. This also applies to the formation of such membranes. In some cases, for example, such membranes can only be formed using concentrated sulfuric acid or expensive special solvents.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine universell einsetzbare Porenmembran auf Basis des an sich schon sehr 1 ösemi ttel beständigen , preiswert herzustellenden und leicht zu formierenden Membranmaterials (Polyacryl nitri 1 ) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Polyacryl ni tri lmembran (PAN-Membran) berei tzustel 1 en .It is an object of the present invention to provide a universally usable pore membrane based on the membrane material which is already very solvent-resistant, inexpensive to produce and easy to form (polyacryl nitri 1) and a process for producing such a polyacryl nitride membrane (PAN membrane) ) order t 1.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Lehre der Ansprüche.This task is solved by teaching the claims.
Die erfindungsgemäße 1 ösemi ttel stabi 1 e PAN-Membran wird auf die gleiche Weise bzw. auf konventionelle Weise zu 3 einer Membran mit Hilfe der Phaseninversion in Wasser oder in wäßriger Lösung formiert. Um eine weitgehend universelle Lösemi ttel stabi 1 i si erung der erfindungsgemäßen PAN-Porenmembran zu erreichen, die insbesondere für die Ultra- und Nanofiltration verwendet wird, wird mindestens ein Comonomer mit einer funkti onel 1 en Gruppe zusammen mit dem Acryl ni tri 1 monomer copolymeri si ert und so in das PAN-Polymer eingeführt. Es werden dabei solche reaktiven Gruppen eingesetzt, die in der Lage sind, durch Reaktion mit sich selbst oder mit einem Vernetzungsmittel eine Vernetzung der Membran zu bewirken, wobei diese Vernetzungsreaktion während und/oder sowie insbesondere nach der Formierung der Membran durchgeführt wird bzw. stattfindet. Bei diesen funkti onel 1 en Gruppen, die somit vernetzbar und insbesondere nachvernetzbar sind, handelt es sich vorzugsweise um Epoxid-, Alkoxysilyl- und Säureami dgruppen , die mit Hilfe des Comonomers eingeführt werden.The 1 ösemi ttel stable 1 PAN membrane according to the invention is added in the same way or in a conventional manner 3 a membrane is formed using phase inversion in water or in aqueous solution. In order to achieve a largely universal solvent stabilization of the PAN pore membrane according to the invention, which is used in particular for ultrafiltration and nanofiltration, at least one comonomer with a functional group is used together with the acrylic nitrite monomer copolymer si ert and so introduced into the PAN polymer. Reactive groups are used which are capable of causing the membrane to crosslink by reaction with themselves or with a crosslinking agent, this crosslinking reaction being carried out or taking place during and / or and in particular after the membrane has been formed. These functional groups, which are thus crosslinkable and in particular postcrosslinkable, are preferably epoxy, alkoxysilyl and acid amide groups which are introduced with the aid of the comonomer.
Unter einer reaktiven Gruppe, die durch Reaktion mit sich selbst eine Vernetzung bewirkt, wird dabei eine solche verstanden, die mit einer weiteren gleichen Gruppe am PAN-Copolymer eine Bindung ausbilden kann. Dazu zählt beispielsweise die Epoxidgruppe . Bei der sauer katalysierten Reaktion dieser Epoxidgruppe mit Wasser bildet sich eine Hydroxylgruppe, die wiederum mit einer verbliebenden Epoxidgruppe unter Ausbildung einer Etherbrücke reagieren kann.A reactive group which causes crosslinking by reaction with itself is understood to be one which can form a bond with another identical group on the PAN copolymer. This includes, for example, the epoxy group. The acid-catalyzed reaction of this epoxy group with water forms a hydroxyl group, which in turn can react with a remaining epoxy group to form an ether bridge.
Als Comonomere, die dabei Anwendung finden können, kann man vorzugsweise die folgenden nennen:The following may preferably be mentioned as comonomers which can be used here:
I) Methacryl säureglycidyl esterI) methacrylic acid glycidyl ester
II) Methacryl säure-[3-(trimethoxysilyl )-propyl ester] oder Tri ethoxyvinyl si 1 an 4 III) Acryl säureami d oder Methacryl säureami d .II) Methacrylic acid [3- (trimethoxysilyl) propyl ester] or tri ethoxyvinyl si 1 4 III) acrylic acid amid or methacrylic acid amid.
Im Falle der Comonomere I) und II) können diese durch Lösungscopoly eri sati on des Acrylnitrils in das PAN- Polymer eingeführt werden. Im Falle des Comonomers III) bedient man sich zweckmäßigerweise der Suspensi onscopo- lymeri sation .In the case of comonomers I) and II), these can be introduced into the PAN polymer by solution copolymerization of acrylonitrile. In the case of comonomer III), use is advantageously made of the suspension copolymerization.
Die auf diese Weise in das PAN-Polymer eingeführten reaktiven Gruppen erlauben eine chemische Vernetzung des Polymers, die während der konventionellen Membranformierung stattfindet oder der konventionellen Membranformierung nachgelagert ist, wobei diese Membranformierung durch Phaseninversion in Wasser erfolgt.The reactive groups introduced into the PAN polymer in this way permit chemical crosslinking of the polymer, which takes place during conventional membrane formation or after the conventional membrane formation, this membrane formation taking place by phase inversion in water.
Das Comonomer macht vorzugsweise 3 bis 49 Mol-%, insbesondere 5 bis 35 Mol.-%, des PAN-Copolymers aus. Wenn hier von einem Bereich von 3 bis 49 Mol.-% bzw. 5 bis 35 Mol.-% die Rede ist, dann sind damit sämtliche dazwischenliegende Einzelwerte umfaßt und offenbart, beispielsweise 3, 4, 5, ...11, 12, 13...18, 19, 20...28, 29, 30, ...38, 39, 40, ...45, 46 und 47.The comonomer preferably makes up 3 to 49 mol%, in particular 5 to 35 mol%, of the PAN copolymer. If a range of 3 to 49 mol% or 5 to 35 mol% is mentioned here, then all intermediate values in between are included and disclosed, for example 3, 4, 5,... 11, 12, 13 ... 18, 19, 20 ... 28, 29, 30, ... 38, 39, 40, ... 45, 46 and 47.
Als Vernetzungsmittel werden vorzugsweise solche eingesetzt, die mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisen und somit bi funktionel 1 sind. Die funktionellen Gruppen des Vernetzungsmittels können dann mit entsprechenden funktionellen, an dem PAN-Copolymer befindlichen funktionellen Gruppen unter Ausbildung einer Bindung reagieren. Dadurch wird eine Art Brücke bzw. Vernetzung gebildet. Natürlich ist es auch möglich, Vernetzungsmittel mit drei, vier (oder mehr) derartigen Gruppen einzusetzen. 5Crosslinking agents which are preferably used are those which have at least two functional groups and are therefore bi-functional 1. The functional groups of the crosslinking agent can then react with corresponding functional groups on the PAN copolymer to form a bond. This creates a kind of bridge or network. Of course, it is also possible to use crosslinking agents with three, four (or more) such groups. 5
Die insbesondere nachgelagerte chemische Vernetzung des Polymers kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, beispielsweise wie folgt:The chemical crosslinking of the polymer, in particular, can be carried out in various ways, for example as follows:
1. Vernetzung durch Reaktionen von Epoxid- mit Amino- gruppen1. Cross-linking by reactions of epoxy groups with amino groups
Es wurden PAN-Copolymere mit 3 bis 49 Mol.-% Methacryl- säureglyci dyl ester hergestellt. Das jeweilige PAN-Copolymer wurde in Form einer DMF-Lösung (17 bis 25 % Feststoffe) mit einem Vernetzungsmittel vermischt. Als Lösemittel können auch DMAc, DMSO und NMP eingesetzt werden. Als Vernetzungsmittel dienten verschiedene Amine, wobei das molare Verhältnis von Epoxidgruppe zu Aminogruppe in etwa 1:1 betrug. Die DMF-Lösung wurde zu einem Gießfilm ausgezogen; durch eine anschließende Phaseninversion in Wasser wurde die entsprechende Membran formiert. Die Vernetzung erfolgt durch die in der Regel basenkatalysierte Reaktion einer Epoxygruppe mit einer Aminogruppe, wobei neben einer Aminbindung eine ebenfalls reaktive Hydroxylgruppe entstand. Für eine erfolgreiche, möglichst vollständige Vernetzung müssen also neben den Epoxidgruppen Ami ngruppi erungen zumindest im äquimolaren Verhältnis vorhanden sein.PAN copolymers with 3 to 49 mol% of methacrylic acid glycidyl ester were produced. The respective PAN copolymer was mixed in the form of a DMF solution (17 to 25% solids) with a crosslinking agent. DMAc, DMSO and NMP can also be used as solvents. Various amines served as crosslinking agents, the molar ratio of epoxy group to amino group being approximately 1: 1. The DMF solution was drawn out into a cast film; The corresponding membrane was formed by a subsequent phase inversion in water. The crosslinking takes place through the generally base-catalyzed reaction of an epoxy group with an amino group, with a reactive hydroxyl group also being formed in addition to an amine bond. For successful crosslinking to be as complete as possible, in addition to the epoxy groups, amino groups must be present at least in an equimolar ratio.
Es ist für die Herstellung der erfindungsgemäßen Membran unerheblich, wie und wann ein Teil der Epoxidgruppen des PAN-Copoly ers mit Aminogruppen funkti onal i si ert wird, da sich dieser Schritt auf die allseits bekannte konventionelle Epoxidchemie bezieht. Im Rahmen der durchgeführten Versuche wurden dafür die folgenden Aminver- bindungen 1.) bis 10.) eingesetzt:It is irrelevant for the production of the membrane according to the invention how and when part of the epoxy groups of the PAN copoly er is functionalized with amino groups, since this step relates to the well-known conventional epoxy chemistry. The following amine compounds 1.) to 10.) were used in the course of the tests carried out:
1.) Hexamethyl endi amin , 2.) Diethyl entri amin, 61.) hexamethyl endiamine, 2.) diethyl entri amine, 6
3.) Tri ethyl entetrami n ,3.) Tri ethyl entetrami n,
4.) Tetraethyl enpentami n ,4.) Tetraethyl enpentami n,
5.) 2,4,6-Triamino-l,3,5-triazin,5.) 2,4,6-triamino-l, 3,5-triazine,
6.) 1 ,3-Phenyl endiamin,6.) 1, 3-phenylendiamine,
7.) 1 , 4-Phenyl endi amin,7.) 1, 4-phenyl endi amine,
8.) 3 , 5-Di ami nobenzoesäure,8.) 3, 5-Di ami nobenzoic acid,
9.) 2 , 6-Di amino-4-phenyl-l .3.5-tri azi n und9.) 2, 6-diamino-4-phenyl-1,3,5-triazi and
10.) 2 , 6-Di a inopyridi n .10.) 2, 6-Di a inopyridi n.
Die Aminierung des einen Teils der Epoxidgruppen des PAN-Copolymers konnte wie folgt durchgeführt werden:The amination of one part of the epoxy groups of the PAN copolymer could be carried out as follows:
Ein Teil des PAN-Copolymers mit einem deutlichen Überschuß (2 bis 4-fach) an den genannten A inen wurde separat in homogener Lösung (2 bis 10 % Feststoff, Lösemittel: DMF, DMAc, DMSO oder NMP) bei 60 bis 80°C während einer Zeitspanne von 30 bis 120 min oder bei 20 bis 25°C während einer Zeitspanne von 16 bis 24 h umgesetzt. Daran schloß sich eine Aufarbeitung des funkti onal i si erten Polymers (Abfiltrieren von Gelteilen, ggf. Aufkonzentrieren, Fällung, Waschen und Trocknen) an .Part of the PAN copolymer with a significant excess (2 to 4-fold) of the amines mentioned was separately in homogeneous solution (2 to 10% solid, solvent: DMF, DMAc, DMSO or NMP) at 60 to 80 ° C. implemented for a period of 30 to 120 min or at 20 to 25 ° C for a period of 16 to 24 h. This was followed by working up the functionalized polymer (filtering off gel parts, possibly concentrating, precipitating, washing and drying).
Der aminfunkti onal i sierte Teil des PAN-Copolymers wurde dann mit dem epoxidgruppentragenden PAN-Copolymer in einer Lösung (Lösemittel: DMF, DMAc, DMSO oder NMP) vereinigt (molares Verhältnis Epoxid- : Aminogruppen 1:1), zu Membranen formiert (Phaseninversion in Wasser) und bei der Temperung in Wasser (60 bis 95°C, 10 bis 30 min) zu 1 ösemi ttel stabi 1 en PAN-Me branen ausvernetzt. Es schloß sich eine Trocknung bei 70 bis 90°C während einer Zeitspanne von 15 bis 13 min im Trockenschrank an.The amine-functionalized part of the PAN copolymer was then combined with the epoxy group-bearing PAN copolymer in a solution (solvent: DMF, DMAc, DMSO or NMP) (molar ratio epoxy: amino groups 1: 1), formed into membranes (phase inversion in water) and when annealed in water (60 to 95 ° C, 10 to 30 min) cross-linked to 1 solvent-stable PAN membrane. This was followed by drying at 70 to 90 ° C for a period of 15 to 13 minutes in the drying cabinet.
Der Vorteil dieser Variante besteht darin, daß der poly ere aminfunktional i sierte Vernetzer bei der 7The advantage of this variant is that the polymeric amine-functionalized crosslinker in the 7
Phaseninversion in Wasser auch nicht durch das Lösemittel DMF ins Fällbad ausgeschleppt werden kann. Des weiteren wird die Viskosität der Polymerlösung durch die Zugabe des Vernetzungsmittels nicht herabgesetzt, wie das bei Zugabe der Ami nverbi ndungen 1.) bis 4.) der Fall i st .Phase inversion in water can also not be dragged into the precipitation bath by the solvent DMF. Furthermore, the viscosity of the polymer solution is not reduced by the addition of the crosslinking agent, as is the case when the amine compounds 1.) to 4.) are added.
Eine hinreichende Vernetzung konnte auch durch den Zusatz der oben aufgeführten wasserlöslichen Aminver- bindungen 1.) bis 4.), 6.) und 7.) (0,1 bis 0,5 n, bezogen auf das Gesamtvolumen) sowie durch den Zusatz von Ammoniak (10 bis 25 %-ige Lösung, bezogen auf das Gesamtvolumen) im Temperungsbad (in Wasser, 60°C bis 95°C, 30 bis 90 min) erreicht werden. Ebenfalls erfolgreich verliefen die Vernetzungen mit den oben genannten wässrigen Lösungen bei 20 bis 25°C (Raumtemperatur) für 16 bis 24 h in einem separaten Vernetzungsbad, dem eine Temperung in Wasser (70 bis 95°C, 10 bis 20 min) nachgelagert wurde. Im Anschluß an beide Varianten (d.h. Vernetzung im Temperungsbad bzw. Vernetzung im Vernetzungsbad) erfolgt ein Waschvorgang der Membran mit Wasser, um die anhaftenden unumgesetzten Amine bzw. Ammoniak zu entfernen. Dann wurde 15 bis 30 min bei 70 bis 90°C im Trockenschrank getrocknet.Adequate crosslinking was also possible by adding the water-soluble amine compounds 1) to 4), 6) and 7) (0.1 to 0.5 n, based on the total volume) and by adding Ammonia (10 to 25% solution, based on the total volume) can be achieved in the tempering bath (in water, 60 ° C to 95 ° C, 30 to 90 min). Cross-linking with the above-mentioned aqueous solutions at 20 to 25 ° C (room temperature) for 16 to 24 h in a separate cross-linking bath was also successful, followed by tempering in water (70 to 95 ° C, 10 to 20 min). Following both variants (i.e. crosslinking in the heat treatment bath or crosslinking in the crosslinking bath), the membrane is washed with water in order to remove the adhering unreacted amines or ammonia. The mixture was then dried in a drying cabinet at 70 to 90 ° C. for 15 to 30 minutes.
Die effektivste und wirtschaftlichste Methode stellte das Einmischen der genannten Ami nverbi ndungen dar, und zwar:The most effective and economical method was to mix in the amine compounds mentioned, namely:
- vorzugsweise wasserunlösliche Amine 8.) bis 10.) in einem in etwa äquimolaren Verhältnis Epoxid- : Aminogruppe = 1:1, 8- preferably water-insoluble amines 8.) to 10.) in an approximately equimolar ratio of epoxy: amino group = 1: 1, 8th
- wasserlösliche Amine 1.) bis 4.) und 6.) sowie 7.) in einem zumindest in etwa molaren Verhältnis Epoxid- : Aminogruppen = 1:1,5, um den Aminaustrag ins Wasser zu kompensi eren ,water-soluble amines 1.) to 4.) and 6.) and 7.) in an at least approximately molar ratio of epoxy: amino groups = 1: 1.5 in order to compensate for the amine discharge into the water,
- im Falle des Amins 5.) aufgrund der schlechten Löslichkeit in DMF ein Dispergieren in einem zumindest äquimolaren Verhältnis Epoxid- : Aminogruppen 1:1- In the case of the amine 5.) due to the poor solubility in DMF, dispersing in an at least equimolar ratio of epoxy: amino groups 1: 1
in die Polymergießlösung. Anschließend wurde durch Phaseninversion in Wasser formiert und die Membran in Wasser bei 60 bis 95°C für eine Zeitspanne von 10 bis 30 min getempert. Im Anschluß erfolgte eine Trocknung bei 70 bis 90°C für 15 bis 30 min im Trockenschrank.into the polymer casting solution. It was then formed by phase inversion in water and the membrane was annealed in water at 60 to 95 ° C. for a period of 10 to 30 min. This was followed by drying in a drying cabinet at 70 to 90 ° C. for 15 to 30 minutes.
Die Stand- bzw. Verarbeitungszeiten vom Zeitpunkt der Zugabe des Vernetzungsmittels zur Polymerlösung betrugen beiThe standing and processing times from the time of adding the crosslinking agent to the polymer solution were
- den A inen 1.) bis 4.) bei Raumtemperatur (20 - 25°C)- the A inen 1.) to 4.) at room temperature (20 - 25 ° C)
1 h, bei 10°C 2 h,1 h, at 10 ° C 2 h,
- dem Amin 5.) bei 10°C 45 min, und- the amine 5.) at 10 ° C for 45 min, and
- den Aminen 6.) bis 10.) bei Raumtemperatur (20 - 25°C)- the amines 6.) to 10.) at room temperature (20 - 25 ° C)
2 h, bei 10°C 3 h.2 h, at 10 ° C for 3 h.
Auch ein Zusatz der wasserlöslichen Amine und Ammoniak zum Fällbad ist möglich (bei 20 - 25°C für 16 bis 24 h). Bei dieser Vorgehensweise kann jedoch die kontinuierliche Fertigung beeinträchtigt werden. Zudem sind die dafür benötigten Mengen an Aminen und Ammoniak erheblich, und auch die dementsprechend erforderliche Abfall besei ti gung beeinträchtigt das herkömmliche 9It is also possible to add the water-soluble amines and ammonia to the precipitation bath (at 20 - 25 ° C for 16 to 24 h). With this procedure, however, the continuous production can be impaired. In addition, the amounts of amines and ammonia required for this are considerable, and the corresponding waste disposal also affects the conventional one 9
Verfahren, so daß die Vernetzung vorzugsweise nachge- schal tet i st .Process so that the crosslinking is preferably subsequent.
2. Vernetzung durch Reaktionen von Epoxid- mit Hydro- xyl gruppen2. Cross-linking by reactions of epoxy with hydroxyl groups
PAN-Copoly ere, die Methacryl säureglycidyl ester (3 bis 49 Mol.-%) enthielten, wurden in Form einer DMF-Lösung (17 bis 25 % Feststoff; auch in DMAc, DMSO und NMP als Lösemittel möglich) zu einem Gießfilm ausgezogen und durch anschließende Phaseninversion in Wasser zu Membranen formiert. Durch eine sauer katalysierte Reaktion der Epoxidgruppen mit Wasser unter Bildung von Hydroxylgruppen, die ihrerseits mit den verbliebenen Epoxidgruppen unter Ausbildung von Etherbrücken reagierten, wurden erfolgreich Vernetzungen mit den nachstehenden Zusätzen im Temperungsbad (Wasser, 60°C bis 95°C; 30 bis 120 min) vorgenommen:PAN copolymers containing methacrylic acid glycidyl esters (3 to 49 mol%) were drawn out into a cast film in the form of a DMF solution (17 to 25% solids; also possible in DMAc, DMSO and NMP as solvents) formed into membranes by subsequent phase inversion in water. Through an acid-catalyzed reaction of the epoxy groups with water to form hydroxyl groups, which in turn reacted with the remaining epoxy groups to form ether bridges, crosslinking with the following additives in the heat treatment bath (water, 60 ° C. to 95 ° C.; 30 to 120 min ) performed:
- sauer, mit Zusätzen an HCL oder H^SO« (0,1 bis 1,0 n bezogen auf das Wassergesamtvolumen des Temperungsbades)- acidic, with additions of HCL or H ^ SO «(0.1 to 1.0 n based on the total water volume of the tempering bath)
- sauer, mit Zusätzen an HCL oder H SO. (0,1 bis 1,0 n) und Glycerin (5 bis 15 Vol.-%), wobei sich deren Konzentrationsangaben jeweils auf das Wassergesamtvolumen des Temperungsbades beziehen.- acidic, with additions to HCL or H SO. (0.1 to 1.0 n) and glycerol (5 to 15% by volume), the concentration information of which relates in each case to the total water volume of the tempering bath.
In beiden Fällen wurde bei 60 bis 80°C für 20 bis 60 min getrocknet. Bei der Verwendung von H^SO. wurde noch ein Wasch-bzw. Neutral i sierungsvorgang sowie eine erneute Trocknung für 20 min bei 80°C nachgeschaltet.In both cases, drying was carried out at 60 to 80 ° C. for 20 to 60 minutes. When using H ^ SO. was still a washing or Neutralization process and subsequent drying for 20 min at 80 ° C followed.
3. Vernetzung durch eine Kondensationsreaktion von Si 1 anol gruppen 1 03. Crosslinking by a condensation reaction of Si 1 anol groups 1 0
Es wurden PAN-Copolymere mit 5 bis 35 Mol.-% Methacryl- säure[3-(trimethoxyl si lyl )-propyl ester oder 2 bis 7 Mol.-% Triethoxyvinyl sil an auf übliche Weise hergestellt. Das erhaltene jeweilige PAN-Copolymer wurde in Form einer DMF-Lösung (10 bis 22 % Feststoff; auch in DMAc, DMSO und NMP als Lösemittel möglich) zu einem Gießfilm ausgezogen und durch eine anschließende Phaseninversion in Wasser oder einer wäßrigen Lösung von 0,1 bis 1,0 n HC1 oder 0,1 bis 1,0 H2S04 zu einer Membran formiert. Die Verseifung der Ethoxysi lyl gruppen zu Si 1 anol gruppen erfolgte am vorteilhaftesten im Temperungsbad mit einer wässrigen Lösung von 0,1 n bis 1,0 n HC1 oder 0,1 bis 1,0 n H2S04 bei 60 bis 80°C für 20 bis 60 min. Die Verseifungen konnten auch mit einer wäßrigen Lösung von 0,1 bis 1,0 n HC1 oder 0,1 bis 1,0 n H2S0. bei 20 bis 25°C (Raumtemperatur) für 16 bis 24 h entweder im Fällbad oder in einem separaten Versei- fungsbad durchgeführt werden. In jedem Fall war eine Trocknung und eine damit verbundene thermische Kondensationsreaktion der Si 1 anolgruppen (60 bis 80°C, 20 bis 60 min) erforderlich. Bei der Verwendung von H^SO, wurde noch ein Wasch- bzw. Neutral i si erungsvorgang mit erneuter Trocknung nachgeschaltet.PAN copolymers with 5 to 35 mol% of methacrylic acid [3- (trimethoxyl silyl) propyl ester or 2 to 7 mol% of triethoxyvinyl silane were prepared in the usual way. The respective PAN copolymer obtained was extracted into a cast film in the form of a DMF solution (10 to 22% solids; also possible in DMAc, DMSO and NMP as a solvent) and by subsequent phase inversion in water or an aqueous solution of 0.1 up to 1.0 n HC1 or 0.1 to 1.0 H 2 S0 4 formed into a membrane. The saponification of the ethoxysilyl groups to Si 1 anol groups was most advantageously carried out in the tempering bath with an aqueous solution of 0.1 n to 1.0 n HCl or 0.1 to 1.0 n H 2 S0 4 at 60 to 80 ° C. for 20 to 60 min. The saponifications could also be carried out using an aqueous solution of 0.1 to 1.0 N HCl or 0.1 to 1.0 N H 2 S0. at 20 to 25 ° C (room temperature) for 16 to 24 h either in the precipitation bath or in a separate saponification bath. In any case, drying and an associated thermal condensation reaction of the Si 1 anol groups (60 to 80 ° C., 20 to 60 min) were required. When using H ^ SO, a washing or neutralization process with subsequent drying was added.
4. Vernetzung durch Reaktionen von Epoxid- mit Säureami dgruppen4. Cross-linking by reactions of epoxy with acid amide groups
Es wurden PAN-Copolymere mit 5 bis 35 Mol.-% Acrylamid bzw. 5 bis 35 Mol . -% Methacryl a i d hergestellt. Das jeweilige erhaltene PAN-Copolymer wurde in Form einer DMF-Lösung (5 bis 14 % Feststoff, auch in DMAc, DMSO und NMP als Lösemittel möglich) mit einem Vernetzungsmittel zu einem Gießfilm ausgezogen und durch eine anschließende Phaseninversion in Wasser zu einer Membran formiert. Bei dem Vernetzungsmittel handelte es sich um 11 folgende: Bi sphenol -A/F-Diglycidyl ether , M < 700 g/Mol , molares Verhältnis Säureami dgruppe : Bi sphenol -A/F-Diglycidyl ether = 2:1. Die Vernetzung erfolgte in einem Temperungsbad mit einer wäßrigen Lösung von 0,1 n bis 1,0 n NaOH oder 0,1 n bis 1,0 n K0H bei 60 bis 90°C während eines Zeitraumes von 15 bis 30 min. Anschließend wurde ein Neutral i si erungs- bzw. Waschvorgang mit 0,1 n bis 0,5 n wäßriger HC1 durchgeführt und eine Trocknung bei 60 bis 90°C für 10 bis 60 min nachgeschaltet.PAN copolymers with 5 to 35 mol% of acrylamide or 5 to 35 mol were used. -% methacrylic aid produced. The respective PAN copolymer obtained was drawn out in the form of a DMF solution (5 to 14% solids, also possible in DMAc, DMSO and NMP as solvent) with a crosslinking agent to give a cast film and formed into a membrane by a subsequent phase inversion in water. The crosslinking agent was 11 following: Bi-sphenol -A / F-diglycidyl ether, M <700 g / mol, molar ratio of acid amide group: Bi-sphenol -A / F-diglycidyl ether = 2: 1. The crosslinking was carried out in an annealing bath with an aqueous solution of 0.1 n to 1.0 n NaOH or 0.1 n to 1.0 n K0H at 60 to 90 ° C. for a period of 15 to 30 min. A neutralization or washing process was then carried out with 0.1 N to 0.5 N aqueous HCl and drying at 60 to 90 ° C. for 10 to 60 min.
Die Stand- bzw. Verarbeitungszeiten vom Zeitpunkt der Zugabe des Vernetzungsmittels an erfuhren keine Einschränkungen (Gießlösung bei 20 bis 25°C bis zu 8 Tagen untersucht). Versuche, die durch Phaseninversion in Wasser zur Membran formierte Polymerlösung (Polymer und Vernetzer in Demethyl for ami d) bei 70 bis 90°C in reinem Wasser (ohne Laugenzusatz, wie z.B. NaOH) zu vernetzen, zeigten auch nach jeweils 4h keinen Erfolg.The standing and processing times from the time of adding the crosslinking agent were not subject to any restrictions (casting solution examined at 20 to 25 ° C. for up to 8 days). Attempts to cross-link the polymer solution formed by phase inversion in water to form a membrane (polymer and crosslinker in demethyl for amid) at 70 to 90 ° C in pure water (without the addition of alkali such as NaOH) also failed after 4 hours.
5. Vernetzung durch Reaktion von Aldehyd- mit Säureami dg ruppen5. Crosslinking by reaction of aldehyde groups with acid amide groups
Es wurden PAN-Copolymere mit 5 bis 35 Mol.-% Acrylamid und 5 bis 35 Mol.-% Methacryl amid hergestellt. Das entsprechende PAN-Copolymer wurde in Form einer DMF- Lösung (5 bis 14 % Feststoff) mit maximal 5 Vol.-% (bezogen auf die Gesamtlösung) einer 50 %-igen wäßrigen Gl utardi aldehydl ösung als Vernetzungsmittel zu einem Gießfilm ausgezogen. Die Membranbildung erfolgte durch anschließende Phaseninversion in Wasser. Zur Vernetzung wurde im Trockenschrank bei 60 bis 90°C für 20 bis 60 min getempert. Anschließend wurde gewaschen und bei 60 bis 90°C für 15 bis 30 min erneut getrocknet. 1 2PAN copolymers with 5 to 35 mol% of acrylamide and 5 to 35 mol% of methacryl amide were produced. The corresponding PAN copolymer was drawn out in the form of a DMF solution (5 to 14% solids) with a maximum of 5% by volume (based on the total solution) of a 50% aqueous glutardialdehyde solution as a crosslinking agent to give a cast film. The membrane was formed by subsequent phase inversion in water. For crosslinking, the oven was annealed at 60 to 90 ° C. for 20 to 60 min. It was then washed and dried again at 60 to 90 ° C. for 15 to 30 min. 1 2
Die Porengröße der erfindungsgemäßen Membranen wurde wie folgt eingestellt:The pore size of the membranes according to the invention was set as follows:
Die Porengrößenei nstel 1 ung erfolgte analog zum herkömmlichen Formierungsverfahren durch Variation der Molmassen des verwendeten Copolymers, des Feststoffgehaltes der Gießlösung, der Temperatur des Fällbades, der Te perungstemperatur und -dauer und der Trocknungstemperatur und -dauer. Die Möglichkeiten der Porengrößen- einstellung wird an den nachfolgenden zwei Beispielen verdeutl icht :The pore size setting was carried out analogously to the conventional forming process by varying the molar masses of the copolymer used, the solids content of the casting solution, the temperature of the precipitation bath, the temperature and duration of the te and the drying temperature and duration. The following two examples illustrate the possibilities for setting the pore size:
a) Membranen aus Poly-(Acryl ni tri 1 -co-Glyci dyl methacry- lat) (15,4 Mol.-% Glycidyl methacryl at im Polymer) Lösung von 25 Ma-% Polymer in DMF (bei 50°C), Filtrieren, Zugabe von 0,169 g Vernetzer (Triethylen- tetramin) auf 1 g Polymer, Entgasen, Ausziehen des Gießfilmes, Phaseninversion in Wasser, Temperung bei 70°C für 20 min.a) membranes made of poly (acrylic nitri 1 -co-glycidyl methacrylate) (15.4 mol% glycidyl methacrylate in the polymer) solution of 25% by weight polymer in DMF (at 50 ° C.), Filter, add 0.169 g of crosslinker (triethylene tetramine) to 1 g of polymer, degassing, pulling out the cast film, phase inversion in water, tempering at 70 ° C. for 20 min.
b) Membranen aus Poly-(Acryl ni tri 1 -co-Acryl ami d) (15,0 Mol.-% Acryla id im Polymer)b) Membranes made of poly (acrylic ni tri 1 -co-acrylic amid) (15.0 mol% acrylic id in the polymer)
Lösung von 5 Ma-% Polymer in DMF (bei 80°C), Filtrieren, Zugabe von 0,95 g Vernetzungsmittel (Bi sphenol -F/F-di - glycidyl ether , M < 700 g/Mol ) auf 1 g Polymer bei Raumtemperatur, Entgasen, Ausziehen des Gießfilmes, Phaseninversion in Wasser, Temperung bei 70°C für 30 min in 0,1 n wäßriger NaOH, Neutralisieren in 0,5 %-iger wäßriger HC1 bei 22°C für 15 min bzw. Waschen und Trocknung bei 80°C im Trockenschrank für 15 min. 1 3Solution of 5% by mass of polymer in DMF (at 80 ° C.), filtering, addition of 0.95 g of crosslinking agent (bisphenol -F / F-di-glycidyl ether, M <700 g / mol) to 1 g of polymer Room temperature, degassing, pulling out the cast film, phase inversion in water, tempering at 70 ° C for 30 min in 0.1 N aqueous NaOH, neutralizing in 0.5% aqueous HC1 at 22 ° C for 15 min or washing and drying at 80 ° C in a drying cabinet for 15 min. 1 3
Erfindungsgemäß werden somit Porenmembranen auf Basis von membranbildenden Polyacryl ni tri 1 copolymeren bereitgestellt, die chemisch vernetzt werden, wobei die Vernetzung während der Membranformierung durch Phaseninversion in Wasser und/oder danach geschehen kann.According to the invention, pore membranes are thus provided on the basis of membrane-forming polyacrylnitri copolymers which are chemically crosslinked, the crosslinking being able to take place during the membrane formation by phase inversion in water and / or afterwards.
Gegenstand ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer 1 ösemi ttel stabi 1 en PAN-Membran gemäß der Lehre der Ansprüche sowie die Verwendung dieser PAN-Membran für die Ultra- und Nanofiltration.The subject matter is also a process for the production of a stable PAN membrane according to the teaching of the claims and the use of this PAN membrane for ultra and nanofiltration.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine preiswerte Herstellung derartiger 1 ösemi ttel stabi 1 er PAN- Porenmembran unter Beibehaltung des bisher verwendeten technologischen Ablaufes (Formierung, Temperung in Wasser, Trocknung) und der dafür schon vorhandenen apparativen Ausrüstung. Im Falle des Poly (Acryl ni tri 1 - co-Acryl amid) ist es darüber hinaus möglich, das bereits bekannte industrielle Suspensi onspolymeri sati onsverfah- ren zur Herstellung des reinen Polyacryl ni tri 1 s weitgehend unverändert zur Anwendung zu bringen. The method according to the invention enables inexpensive production of such a 1-layer, stable 1-PAN pore membrane while maintaining the previously used technological process (formation, tempering in water, drying) and the equipment already available for this. In the case of poly (acrylic ni tri 1 - co-acrylic amide) it is also possible to use the already known industrial suspension polymerisation method for producing the pure polyacryl ni tri 1 s largely unchanged.
1414
Membran-Nr. 1 2Membrane no. 1 2
Membranherstellung Bandgießmaschine Bandgi eßmaschi ne Trägermateri al Histar TH 100 Histar TH 100 Ziehgeschwindigkeit 2,0 m/min. , 0 m/min . Gießerspalt über Vlies 150 μm 150 μm Lufttemperatur 22°C 22°C Fällbad/-temperatur Wasser/22°C Wasser/4°CMembrane production Bandgießmaschine Bandgi eßmaschi ne carrier material Histar TH 100 Histar TH 100 drawing speed 2.0 m / min. , 0 m / min. Pouring gap over fleece 150 μm 150 μm air temperature 22 ° C 22 ° C precipitation bath / temperature water / 22 ° C water / 4 ° C
Nachbehandlung I*) Membran ungetem- Membran ungetem- pert und getrockpert und getrocknet bei 22°C net bei 22°CAftertreatment I *) membrane untempered - membrane untempered and dried and dried at 22 ° C. net at 22 ° C.
Membranprüfung IMembrane test I
Membrandicke (μm) 223; 214; 225 208; 216; 205 Prüfzel 1 e Mi 11 ipore Mi 11 i pore Prüfdruc (MPa) 0,3 0,3 Jw O/h. ) 1273,4 225,7Membrane thickness (µm) 223; 214; 225 208; 216; 205 Test cell 1 e Mi 11 ipore Mi 11 i pore test pressure (MPa) 0.3 0.3 J w O / h. ) 1273.4 225.7
Nachbehandlung II*) Membran getemMembran getempert pert bei 70°C und bei 70°C und gegetrocknet bei trocknet bei 22°C 22°CAftertreatment II *) Membrane tempered Membrane tempered pert at 70 ° C and at 70 ° C and dried when dried at 22 ° C 22 ° C
Membranprüfung IIMembrane test II
Membrandicke (μm) 213 - 216 209 Prüfzel 1 e Mi 11 ipore Mi 11 i pore Prüfdruc (MPa) 0,3 0,3 Jw O/hi ) 152,7 78,3Membrane thickness (μm) 213 - 216 209 test cell 1 e Mi 11 ipore Mi 11 i pore test pressure (MPa) 0.3 0.3 J w O / hi) 152.7 78.3
Rückhal'Dextran T250(%) 0 11,9 Retention Dextran T250 (%) 0 11.9
JV,Dextran T250(1/hm J 32,0 17,9
Figure imgf000016_0001
J V, dextran T250 (1 / hm J 32.0 17.9
Figure imgf000016_0001
Mit einzelnen Stücken der unter verschiedenen Bedingungen formierten Membranen (Membran-Nr. 1-4) erfolgte fallweise noch eine voneinander differierende Nachbehandlung. 15With individual pieces of the membranes formed under different conditions (membrane numbers 1-4), a different aftertreatment was carried out in some cases. 15
Membran-Nr. 3 4Membrane no. 3 4
Membranherstellung Bandgießmaschi ne Bandgi eßmaschi ne Trägermateri al Histar TH 100 Histar TH 100 Ziehgeschwindigkeit 2 ,0 m/min . 2,0 m/min. Gießerspalt über Vlies 200 μm 300 μm Lufttemperatur 22°C 22°C Fällbad/-temperatur Wasser/22°C Wasser/22°CMembrane production Bandgießmaschi ne Bandgi eßmaschi ne carrier material al Histar TH 100 Histar TH 100 drawing speed 2.0 m / min. 2.0 m / min. Pouring gap over fleece 200 μm 300 μm air temperature 22 ° C 22 ° C precipitation bath / temperature water / 22 ° C water / 22 ° C
Nachbehandlung I Membran getempert Membran getempert bei 70°C und gebei 70°C und getrocknet bei 80°C trocknet bei 80"CAftertreatment I membrane annealed membrane annealed at 70 ° C and at 70 ° C and dried at 80 ° C dries at 80 "C.
Membranprüfung IMembrane test I
Membrandicke (μm) 159 - 163 167 - 173 Prüfzel 1 e Mi 11 i pore Mi 11 i pore Prüfdruck (MPa) 0,3 0,3 Jw 0/hι/) 745,0 378,0Membrane thickness (μm) 159 - 163 167 - 173 test cell 1 e Mi 11 i pore Mi 11 i pore test pressure (MPa) 0.3 0.3 J w 0 / hι /) 745.0 378.0
Nachbehandlung II Membran getemMembran getempert pert bei 70°C, bei 70°C und gegetrocknet bei trocknet bei 80°C 80°C und 2h bei und 19h in DMF bei 150°C nachbehan22°C gelagert deltAftertreatment II Membrane tempered Membrane tempered at 70 ° C, at 70 ° C and dried when dried at 80 ° C at 80 ° C and 2h at and after 19h in DMF at 150 ° C after 22 ° C
Membranprüfung IIMembrane test II
Membrandicke (μm) 161 - 165 168 - 174 Prüfzel 1 e Mi 11 ipore M i 11 i p o re Prüfdruc (MPa) 0,3 0,3 Jw d/hι/) 169,0 246,0Membrane thickness (μm) 161 - 165 168 - 174 test cell 1 e Mi 11 ipore M i 11 ipo re test pressure (MPa) 0.3 0.3 J w d / hι /) 169.0 246.0
Nachbehandlung III Membran getemMembran getempert pert bei 70°C, bei 70°C und gegetrocknet bei trocknet bei 80°C 80°C und 4h bei und 60h in DMF bei 150°C nachbehan22°C gelagert deltAftertreatment III membrane tempered membrane tempered at 70 ° C, at 70 ° C and dried when dried at 80 ° C and 80 ° C for 4 hours and after 60 hours in DMF at 150 ° C after 22 ° C
Membranprüfung IIIMembrane test III
Membrandicke (μm) 160 - 164 166 - 171 Prüfzel 1 e Mi 11 i pore Mi 11 i pore Prüfdruck (MPa) 0,3 0,3 *W (1/hι/) 132,0 179,3
Figure imgf000017_0001
Membrane thickness (μm) 160 - 164 166 - 171 test cell 1 e Mi 11 i pore Mi 11 i pore test pressure (MPa) 0.3 0.3 * W (1 / hι /) 132.0 179.3
Figure imgf000017_0001

Claims

16Patentansprüche 16 patent claims
1. Lösemi ttel stabi 1 e PAN-Membran, insbesondere für die Ultra- und Nanofiltration, auf Basis von Polyacryl ni tri 1 (PAN) und einem damit copolymeri si erten Comonomer, wobei die PAN-Membran durch per se bekannte Membranformierung durch Phaseninversion in Wasser gebildet wurde, dadurch erhältlich, daß ein Comonomer eingesetzt wird, das mindestens eine reaktive Gruppe aufweist, die durch Reaktion mit sich selbst oder mit einem Vernetzungsmittel eine Vernetzung der Membran bewirken kann, und die Vernetzungsreaktion während und/oder nach der Membranformierung durchgeführt wird.1. solvent stabilized PAN membrane, in particular for ultra and nanofiltration, based on polyacrylonitrile (PAN) and a comonomer copolymerized therewith, the PAN membrane being known by per se membrane formation by phase inversion Water was formed, obtainable by using a comonomer which has at least one reactive group which can bring about crosslinking of the membrane by reaction with itself or with a crosslinking agent, and the crosslinking reaction is carried out during and / or after the membrane formation.
2. PAN-Membran nach Anspruch 1, dadurch erhältlich, daß ein Comonomer eingesetzt wird, die als reaktive Gruppe eine Epoxid-, Alkoxysilyl- oder Säureami dgruppe aufweist. 17 * _2. PAN membrane according to claim 1, obtainable by using a comonomer which has an epoxy, alkoxysilyl or acid amide group as the reactive group. 17 * _
3. PAN-Membran nach Anspruch 2, dadurch erhältlich, daß als Comonomer Methacryl säureglycidyl ester , Methacryl- säure-3 -(trimethoxysi lyl )-propyl ester , Tri ethoxyvi nyl - silan, Acryl säureamid oder Methacryl säureami d eingesetzt wi rd .3. PAN membrane according to claim 2, obtainable in that the comonomer used is methacrylic acid glycidyl ester, methacrylic acid 3 - (trimethoxysilyl) propyl ester, tri ethoxyvi nyl silane, acrylic acid amide or methacrylic acid amide.
4. PAN-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhältlich, daß das Comonomer 3 bis 49 Mol-%, insbesondere 5 bis 35 Mol-%, des PAN-Copolymers ausmacht .4. PAN membrane according to one of the preceding claims, obtainable in that the comonomer makes up 3 to 49 mol%, in particular 5 to 35 mol%, of the PAN copolymer.
5. PAN-Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch erhältlich, daß ein mindestens zwei funktionelle Gruppen aufweisendes Vernetzungsmittel eingesetzt wird.5. PAN membrane according to one of the preceding claims, obtainable by using a crosslinking agent having at least two functional groups.
6. PAN-Membran nach Anspruch 5, dadurch erhältlich, daß als Vernetzungsmittel Hexamethyl endi ami n , Di ethyl entri - amin, Tri ethyl entetrami n , Tetraethyl enpentami n , 2,4,6- Triamino-1 , 3 , 5-tri azi n , 1 , 3-Phenyl endi ami n , 1,4-Pheny- lendiamin, 3 , 5-Di ami nobenzoesäure , 2,6- Di ami no-4-phenyl -1.3.5-tri azi n und 2 , 6-Di ami nopyri di n eingesetzt werden.6. PAN membrane according to claim 5, obtainable in that as crosslinking agent hexamethyl endi amine, diethyl entriamine, triethyl entetramine, tetraethyl enpentamine, 2,4,6-triamino-1, 3, 5-tri azi n, 1, 3-phenylendiamine, 1,4-phenylenediamine, 3, 5-diamine nobenzoic acid, 2,6-diamine no-4-phenyl -1.3.5-triazine and 2, 6-Di ami nopyri di n can be used.
7. Verfahren zur Herstellung einer 1 ösemi ttel stabi 1 en PAN-Membran, insbesondere für die Ultra- und Nanofiltration, auf Basis von Polyacryl ni tri 1 , wobei man in jeweils per se bekannter Weise Acrylnitril mit dem Comonomer copolymeri si ert und die Membran durch Membranformierung mittels Phaseninversion in Wasser ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Comonomer eingesetzt wird, das mindestens eine reaktive Gruppe aufweist, die durch Reaktion mit sich selbst oder mit einem Vernetzungsmittel eine Vernetzung der Membran bewirken kann, und die Vernetzungsreaktion während und/oder nach der Membranformierung durchgeführt wird. 187. A process for the production of a 1 ösemi ttel stable 1 PAN membrane, in particular for ultra and nanofiltration, based on polyacrylic nitrite, wherein in each case known per se, acrylonitrile is copolymerized with the comonomer and the membrane by membrane formation by means of phase inversion in water, characterized in that a comonomer is used which has at least one reactive group which can bring about crosslinking of the membrane by reaction with itself or with a crosslinking agent, and the crosslinking reaction during and / or after the Membrane formation is carried out. 18th
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ansprüchen 2 bis 6 beschriebenen Maßnahmen durchgeführt werden.8. The method according to claim 7, characterized in that the measures described in claims 2 to 6 are carried out.
9. Verwendung der PAN-Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Ultra- und Nanofiltration. 9. Use of the PAN membrane according to one of claims 1 to 6 for ultra and nanofiltration.
PCT/DE1999/000633 1998-03-19 1999-03-10 Solvent-resistant pan (polyacrylonitrile) membrane WO1999047247A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19811998A DE19811998C1 (en) 1998-03-19 1998-03-19 Solvent-resistant polyacrylonitrile membranes, useful especially for ultra- and nanofiltration
DE19811998.4 1998-03-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999047247A1 true WO1999047247A1 (en) 1999-09-23

Family

ID=7861484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/000633 WO1999047247A1 (en) 1998-03-19 1999-03-10 Solvent-resistant pan (polyacrylonitrile) membrane

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19811998C1 (en)
WO (1) WO1999047247A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2010205412A1 (en) * 2009-01-13 2011-09-01 Unisol Membrane Technology (Xiamen) Co., Ltd Solvent and acid stable membranes, methods of manufacture thereof and methods of use thereof inter alia for separating metal ions from liquid process streams
WO2015071276A1 (en) * 2013-11-13 2015-05-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for producing solvent-stable polymer membranes, polymer membrane, and solution for producing a polymer membrane

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10021223C2 (en) * 2000-04-29 2003-06-05 Geesthacht Gkss Forschung Process for solvent stabilization of membranes

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2149202A1 (en) * 1970-10-01 1972-04-06 Rhone Poulenc Sa Acrylonitrile copolymers
DE2547972A1 (en) * 1975-10-27 1977-05-05 Bayer Ag Acrylonitrile copolymer used to produce crosslinkable fibres - contg. unsaturated acid amide and acid amide (N)-methylolalkyl ether
DE2626172A1 (en) * 1976-06-11 1977-12-22 Bayer Ag LINKABLE POLYACRYLNITRILE COPOLYMERS
GB1569563A (en) * 1976-11-02 1980-06-18 Atomic Energy Authority Uk Hydrophilic salt rejecting acrylic membranes philic salt rejecting acrylic membranes
EP0061610A1 (en) * 1981-03-25 1982-10-06 Aligena Ag Semipermeable membranes from acrylonitrile-based polymers, process for their preparation and their use
WO1988005688A1 (en) * 1987-01-28 1988-08-11 Membrex, Inc. Hydrophilic article and method of producing same
EP0476875A2 (en) * 1990-09-02 1992-03-25 Membrane Products Kiryat Weizmann Ltd. Process for the purification and concentration of biologically active materials

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH660852A5 (en) * 1982-11-23 1987-05-29 Aligena Ag DYNAMIC MEMBRANES THAT ARE THIN THIN POLYMER LAYERS ON POROUS, POLYMER CARRIER MATERIALS.
EP0392982B1 (en) * 1989-04-14 1994-12-14 Membrane Products Kiryat Weizmann Ltd. Solvent stable membranes
JP3171947B2 (en) * 1991-09-03 2001-06-04 ダイセル化学工業株式会社 Polyacrylonitrile copolymer selectively permeable membrane and method for producing the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2149202A1 (en) * 1970-10-01 1972-04-06 Rhone Poulenc Sa Acrylonitrile copolymers
DE2547972A1 (en) * 1975-10-27 1977-05-05 Bayer Ag Acrylonitrile copolymer used to produce crosslinkable fibres - contg. unsaturated acid amide and acid amide (N)-methylolalkyl ether
DE2626172A1 (en) * 1976-06-11 1977-12-22 Bayer Ag LINKABLE POLYACRYLNITRILE COPOLYMERS
GB1569563A (en) * 1976-11-02 1980-06-18 Atomic Energy Authority Uk Hydrophilic salt rejecting acrylic membranes philic salt rejecting acrylic membranes
EP0061610A1 (en) * 1981-03-25 1982-10-06 Aligena Ag Semipermeable membranes from acrylonitrile-based polymers, process for their preparation and their use
WO1988005688A1 (en) * 1987-01-28 1988-08-11 Membrex, Inc. Hydrophilic article and method of producing same
EP0476875A2 (en) * 1990-09-02 1992-03-25 Membrane Products Kiryat Weizmann Ltd. Process for the purification and concentration of biologically active materials

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2010205412A1 (en) * 2009-01-13 2011-09-01 Unisol Membrane Technology (Xiamen) Co., Ltd Solvent and acid stable membranes, methods of manufacture thereof and methods of use thereof inter alia for separating metal ions from liquid process streams
EP2387445A2 (en) * 2009-01-13 2011-11-23 B.P.T. - Bio Pure Technology Ltd. Solvent and acid stable membranes, methods of manufacture thereof and methods of use thereof inter alia for separating metal ions from liquid process streams
EP2387445A4 (en) * 2009-01-13 2013-07-03 Ams Technologies Internat 2012 Ltd Solvent and acid stable membranes, methods of manufacture thereof and methods of use thereof inter alia for separating metal ions from liquid process streams
US9205383B2 (en) 2009-01-13 2015-12-08 Ams Technologies Int. (2012) Ltd Solvent and acid stable membranes, methods of manufacture thereof and methods of use thereof inter alia for separating metal ions from liquid process streams
US9943811B2 (en) 2009-01-13 2018-04-17 Ams Technologies In. (2012) Ltd Solvent and acid stable membranes, methods of manufacture thereof and methods of use thereof inter alia for separating metal ions from liquid process streams
AU2016208306B2 (en) * 2009-01-13 2018-07-26 Unisol Membrane Technology (Xiamen) Co., Ltd Solvent and acid stable membranes, methods of manufacture thereof and methods of use thereof inter alia for separating metal ions from liquid process streams
WO2015071276A1 (en) * 2013-11-13 2015-05-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for producing solvent-stable polymer membranes, polymer membrane, and solution for producing a polymer membrane
JP2016539785A (en) * 2013-11-13 2016-12-22 フラウンホーファー・ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファウ Solvent-stable polymer membrane production method, polymer membrane, and solution for polymer membrane production

Also Published As

Publication number Publication date
DE19811998C1 (en) 1999-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2066160C2 (en) Self-crosslinking polymer, process for its production and its use for treating paper
EP1840136B1 (en) Polymer dispersions, method for their manufacture and their application
EP2695668B1 (en) Method for producing a thermoresponsive filtration membrane and thermoresponsive filtration membrane
DE19524345C2 (en) Sizing agents and their use for glass fibers
DE2414795B2 (en) Semipermeable membrane and process for its manufacture
WO1997003099A1 (en) Branched polyammonium compounds of high molecular weight and processes for producing said compounds
DE1215934B (en) Process for the production of spinnable solutions of acrylonitrile polymers
DE102012207344A1 (en) Producing polymer membrane e.g. ultrafiltration membrane, by preparing coating solution comprising two different volatile solvents, spreading casting solution into film, evaporating solvent near surface portion, and precipitating membrane
EP0943645B1 (en) Solvent- and acid-stable membrane based on acrylonitrile copolymer and process for producing such a membrane
WO1999047247A1 (en) Solvent-resistant pan (polyacrylonitrile) membrane
DE3322123A1 (en) HEAT-RESISTANT RESIN
DE2550572A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING LIQUID RESIN COMPOUNDS
DE3044957C2 (en)
EP0522675B1 (en) Process for the preparation of aqueous emulsions of block-copolymers and their use
WO2002038639A1 (en) Stabilizers used for the polymerization of water-soluble vinyl monomers, and method for producing highly concentrated polymer dispersions
EP0175202A1 (en) Water soluble polymers and process for their manufacture
DE1113308B (en) Process for the preparation of polymethacrylic imides and copolymers of methacrylic imides
CH658399A5 (en) METHOD FOR PRODUCING semipermeable membranes.
CH505155A (en) Copolymers of acrylonitrile with quaternised n n
DE4427736C2 (en) Modified PAN membrane, process for producing and using the same
DE10236048B4 (en) Membranes for dewatering liquid and vapor organic / water mixtures with separating active layers based on polyacrylamide
DE1204409B (en) Process for the production of spinnable graft copolymers of acrylonitrile
DE2340334A1 (en) STABLE Aqueous EMULSIONS OF N-VINYLLACTAMEN
DE10211561B4 (en) Water-soluble ionic copolymers
DE19821309A1 (en) Composite membrane for e.g. ultrafiltration or nanofiltration

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): IL JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase