WO2002036327A1

WO2002036327A1 - Vorrichtung zur herstellung einer polymermembran

Info

Publication number: WO2002036327A1
Application number: PCT/DE2001/004078
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Albrecht; Thomas Weigel; Mario Rettschlag; Dieter Paul; Peter Pier-Wetzel; Winfried Ibeling; Wilfried Popke
Original assignee: Gkss-Forschungszentrum; Wetzel Gmbh Gröbzig
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2002-05-10
Also published as: EP1330348A1; DE10054591A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Polymermembran (11) vorgeschlagen, umfassend eine Extrudierdüse (12) für den Austritt von der Vorrichtung (10) über vorrichtungsinnere Zuführungskanäle (13, 14) zuführbaren, die Membran (11) bildenden Polymerlösungen (15, 16) aus der Austrittsöffnung der Extrudierdüse (12). Zur Herstellung einer mehrschichtigen, schichtenintegrierten Polymermembran (11) sind die Zuführungskanäle (13, 14) in einem Abstand (17) vor der Austrittsöffnung (122) der Extrudierdüse (12) zusammengeführt.

Description

Vorrichtung zur Herstellung einer Polymermembran

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Polymermembran, umfassend eine Extrudierduse für den Austritt von der Vorrichtung über vorrichtungsinnere Zuführungskanäle zuführbaren, die Membran bildenden Polymerlösungen aus der Extrudierduse.

Es sind im Stand der Technik die verschiedensten Vorrichtungen zur Herstellung mehrschichtiger Polymermembranen, ob nun als Flachmembranen oder als sogenannte Hohl fadenmembranen, bekannt. Die dabei auftretende Problematik wird nachfolgend anhand von Hohl fadenmembranen aufgezeigt, die bei der Herstellung der mehrschichtigen Polymermembranen auftretenden Probleme gelten aber auch gleichermaßen für Flachmembranen. Insofern soll das nachfolgend Aufgezeigte gleichermaßen auch für Flachmembranen gelten. Zur Herstellung von als Hohl fadenmembranen ausgebildeten Polymermembranen wurden bisher sogenannte Hohl kerndüsen (tube-i n-ori fice spinnerets) verwendet, wobei derartige Hohl kerndüsen von P Aptel et al . , J. Membr. Sei. 22 (1985), 199 - 215, beschrieben worden sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein Hohldorn vorgesehen, über den ein sogenannter Lumenfüller, d.h. ein gasförmiges oder flüssiges Medium, zu einer Ausgangsöffnung der Vorrichtung geführt wird. Der Hohldorn ist in einer Bohrung zentrisch so positioniert, daß ein Ringspalt konstanter Breite entsteht, durch den die Polymerlösung extrudiert wird. Die Vorrichtung ist derart aufgebaut, daß beide Flüssigkeitsströme, nämlich die Polymerlösung und der Lumenfüller flüssigkeitsdicht und getrennt in der Vorrichtung geführt werden und erst am Ausgang der Extrusi onsdüse miteinander in Kontakt gebracht werden. Das Medium, das als Lu enfüller durch den Hohldorn bei der Herstellung von Hohl fadenmembranen gefördert wird, ist nötig, um die Form der extrudierten Polymerlösung solange zu stabilisieren, bis der die Membran bildende polymere Werkstoff durch Phaseninversion verfestigt ist. Die Wirkung des Mediums (Lumenfüller) auf die zu strukturierende Polymerlösung kann inert, strukturbildend und/oder verfestigend/koagul ierend sein.

Mehrschichtige Membranen, deren Membranwand aus wenigstens zwei getrennten Schichten aus gleichen und/oder unterschiedlichen Polymeren besteht, sind mit derartigen Hohl kerndüsen prinzipiell nicht herstellbar, da nur eine Polymerlösungszuführung vorhanden ist. Es sind lediglich sogenannte Bl end-Membranen herstellbar, die aus gemischten Polymerlösungen formiert werden. Derartige Membranen weisen jedoch keine separaten Schichten der die Membranwand aufbauenden Polymere auf. Eine Weiterentwicklung der vorangehend beschriebenen Hohlkerndüse ist in der EP-A-0 483 143 offenbart, mit der die Herstellung von Hohl fadenmembranen unter Verwendung einer sogenannten Coextrusionsdüse beschrieben wird, bei der neben einer membranbildenden Polymerlösung gleichzeitig ein inneres flüssiges Medium ( Lumenfüll er) und ein die äußere Oberfläche der extrudierten Polymerlösung kontaktierendes, äußeres flüssiges Medium separat in der Vorrichtung geführt und am Ausgang der Extru- sionsdüse zusammengeführt werden. Derartige Mehrkanaldüsen werden auch Triple-Düsen (double- tube-i n-ori fi ce spinnerettes) genannt. Zu dem vorgenannten Prinzip der Triple-Düsen ist in der einschlägigen Fachliteratur zwar mehrfach behauptet worden, daß mittels dieser mehrschichtige Hohl fadenmembranen herstellbar sein sollen, derartige Hohl fadenmembranen haben aber keinen Eingang in die kommerzielle Nutzung gefunden und sind im Markt auch nicht verfügbar. Es muß bezweifelt werden, daß mit dieser bekannten Vorrichtung hergestellte Hohl fadenmembranen tatsächlich den in sie gestellten Erwartungen gerecht werden können, d.h. einerseits ein sehr sicherer Betrieb der Vorrichtung, der in hohem Maße ein Reproduzierfähigkeit der damit hergestellten Polymermembranen sicherstellt, und andererseits sicherstellt, daß wirklich mehrschichtige Polymermembranen hergestellt werden können, bei denen die einzelnen Polymerschichten eine hohe Integrität untereinander aufweisen.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, mehrschichtige Polymermembranen mit sehr großer struktureller Integrität der einzelnen Polymerschichten untereinander herzustellen, wobei die Vorrichtung mit hohem Reproduktionsvermögen in der Lage sein soll, derartige Membranen fortlaufend sicher herstellen zu können und wobei die Vorrichtung einfach und kostengünstig her- stel 1 bar sein sol 1.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zur Herstellung einer mehrschichtigen, schichtenintegrierten Polymermembran die Zuführungskanäle in einem Abstand vor der Austrittsöffnung der Extrusi onsdüse zusammengeführt sind.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß, wie aufgabengemäß gefordert, mit dieser Vorrichtung die Herstellung von Mehrschichtmembranen hoher Integrität möglich ist, d.h. mittels der Vorrichtung eine sichere Herstellung mehrschichtiger Polymermembranen durch Extrusion der verformten und zum Lösungsverbund vereinten Polymerlösung aus der Extrudierduse ausgeführt wird. Diese herausragende Eigenschaft der Vorrichtung wird dadurch erreicht, daß die die Polymerschichten der Polymermembran bildenden Polymerströme bereits vor dem Verlassen aus der Öffnung der Düse innerhalb der Düse schon schichtartig miteinander kontaktiert • werden und dieser Polymerlösungsverbund gemeinsam in der formierten Form aus der Vorrichtung extrudiert wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß ebenfalls aufgabengemäß eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die, bis auf die spezielle erfinderische Lösung, die übrigen Grundprinzipien des konstruktiven Aufbaus derartiger Vorrichtungen nicht verläßt, d.h. einen einfachen und einen kontinuierlichen und fortwährend reproduzierbaren Herstellungsprozeß für Polymermembranen sicher gewährleisten.

Die Anzahl der Zuführungskanäle bestimmt die Anzahl der Schichten der mit der Vorrichtung herstellbaren Polymer- embran. Es sind also, diesem Prinzip folgend, beliebigschichtige Polymermembranen herstellbar.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Vorrichtung insbesondere auch nicht nur zur Herstellung von mehrschichtigen Flachmembranen geeignet, sondern insbesondere auch zur Herstellung einer als Hohl fadenmembran ausgebildeten Polymermembran, wobei in diesem Falle die Extrudierduse im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist bei der Ausgestaltung der Vorrichtung zur Herstellung von als Hohl fadenmembranen ausgebildeten Polymermembranen im axialen Zentrum der Extrudierduse eine Austrittsöffnung für ein Medium, daß flüssig oder gasförmig sein kann, vorgesehen, wobei dieses Medium als sogenannter Lumenfüller dient, mit dem, wie schon eingangs im Zusammenhang mit der Schilderung des Standes der Technik erwähnt, die mehrschichtigen, hochstrukturell integrierten, aus der Öffnung der Extrusionsdüse austretenden Polymerlösungen solange stabilisiert werden, bis der die Polymermembran bildende polymere Werkstoff durch Phaseninversion verfestigt ist, wobei das Medium auf die zu strukturierende Polymerlösung inerte, strukturbildende und/oder verfestigende bzw. koagul i erende Wirkung haben kann.

Für bestimmte Polymerlösungen der einzelnen Polymerschichten der Membran, beispielsweise bei Anwendung eines sogenannten Naßspinnprozesses, ist es sinnvoll, der Extrusionsdüse vorzugsweise in Austrittsrichtung der Polymermembran nachgeschaltet eine Nachbehandlungsstrecke vorzusehen, um die Struktur der mittels der Vorrichtung hergestellten mehrschichtigen Polymermembranen zusätzlich vorteilhaft zu beeinflussen. Dabei kann beispielsweise die Nachbehandlungsstrecke vorteilhafterweise ein Fällbad sein. Durch Vorsehen der Nachbehandlungsstrecke, beispielsweise durch das vorbeschriebene Fällbad, kann gezielt eine Verfestigung der aus der Austrittsöffnung der Extrusionsdüse austretenden mehrschichtigen Polymermembran erreicht werden, d.h. die Phaseninversion gezielt beeinflußt werden. Die Nachbehandlungsstrecke kann unmittelbar der Austrittsöffnung der Extrusionsdüse nachfolgend vorgesehen sein oder in vorbestimmtem Abstand, um so eine gezielte Beeinflussung der die Austrittsöffnung der Extrusionsdüse verlassenden mehrschichtigen Polymermembran vorzunehmen.

Versuche haben ergeben, daß Polymermembranen hervorragender Eigenschaften hergestellt werden können, wenn vorzugsweise der Abstand, d.h. die Länge zwischen der Austrittsöffnung der Extrusionsdüse und der Zusammenführung der Zuführungskanäle für die Polymerlösungen innerhalb der Vorrichtung, in einem Bereich zwischen 0,001 mm und 2 mm, vorzugsweise 0,005 mm und 1 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,5 mm liegt. Der Abstand wird gegebenenfalls in Abhängigkeit der Anzahl der Schichten festgelegt. In die Bemessung des Abstandes geht auch die Transportkineti der zugeführten Polymerlösungen ein.

Unter Berücksichtigung des vorangehend Gesagten ist es gleichermaßen vorteilhaft, die lichte Öffnungsweite der

Extrudierduse in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise 0,15 mm und 1 mm, insbesondere 0,15 mm und 0,3 mm vorzusehen.

Unter Berücksichtigung des vorangehend Gesagten ist es darüber hinaus vorteilhaft, die lichte Öffnungsweite der Zuführungskanäle am Ort ihrer Zusammenführung < 0,002 mm, vorzugsweise < 0,04 mm groß vorzusehen. Unter Berücksichtigung des vorangehend Gesagten ist es schließlich ebenfalls vorteilhaft, daß das Verhältnis der lichten Öffnungsweite bei zwei vorgesehenen Zuführungs-kanälen für jeweils eine darüber zuzuführende Polymerlösung < 250, vorzugsweise < 50, insbesondere < 10 ist.

Neben dem Abstand der lichten Öffnungsweite der Extrudierduse, der lichten Öffnungsweite der Zuführkanäle und dem Verhältnis der lichten Ö fnungsweiten, hier am Beispiel von zwei Zuführungskanälen aufgezeigt, geht in die Ausbildung der Vorrichtung zur Herstellung bestimmter mehrschichtiger Polymermembranen auch die Richtung der Zuführkanäle untereinander, bezogen auf die Austrittsachse bzw. Austrittsebene der Extrudierduse ein. So ist es beispielsweise vorteilhaft, die Zuführkanäle relativ zur Austrittsebene bzw. Austrittsachse der Extrudierduse in einem Winkel von « < 90°, vorzugsweise < 45°, zueinander geneigt auszubilden, wobei es ebenfalls vorteilhaft ist, die Zuführkanäle relativ zueinander in einem Winkel von ß < 90°, vorzugsweise < 45°, bezogen auf den Ort ihrer Zusammenführung als Scheitelpunkt des Winkels ß, zueinander geneigt auszu- bi 1 den .

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf mittels der Vorrichtung herstellbare mehrschichtige, als Hohlfadenmembranen ausgebildete Polymermembranen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 im Schnitt eine Vorrichtung zur Herstellung einer zweischichtigen Polymerhohl fadenmembran , wie sie bisher im Stand der Technik verwendet wurde,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer zweischichtigen Polymerhohl fadenmembran ,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung ,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie C-D von Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt entTang der Linie A-B von Fig. 3,

Fig. 7 eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Querschnittes einer zweischichtigen Polymerhohlfadenmembran unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten, den Stand der Technik darstellenden Vorrichtung bei Verwendung von Polymerlösungen gleicher Zusammensetzung, die über die beiden Zuführkanäle zugeführt worden sind,

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung von Fig. 7,

Fig. 9 eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Querschnitts einer mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten zweischichtigen Polymermembran bei Verwendung von Polymerlösungen gleicher Zusammensetzung, die über die beiden Zuführkanäle zugeführt worden sind, Fig. 10 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung von Fig. 9,

Fig. 11

18 Rasterelektronenmi roskop-Aufnahmen des Querschnitts einer mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten zweischichtigen Polymermembran, jeweils im Schnitt und jeweils in Darstellung in vergrößertem Ausschnitt, wobei die einzelnen Prüfkörper der Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme aus einer Hohlfadenlänge von 1000 m einer zweischichtigen Polymerhohlfadenmembran entnommen worden,

Fig. 19 eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Querschnitts einer zweischichtigen Polymerhohlfadenmembran, die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter gleichen Bedingungen wie die in Fig. 9 und 10 dargestellten zweischichtigen Polymerhohl fadenmembranen mit dem Unterschied hergestellt wurde, daß zwei unterschiedliche Polymerlösungen gleichen Grundpolymers und als Lumenfüller ein Wasser/Lösemittelgemisch eingesetzt wurden,

Fig. 20 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstel- 1 ung von Fig. 19,

Fig. 21 eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Querschnitts einer zweischichtigen Mehrschicht- hohl fadenmembran, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung angefertigt wurde und unter den gleichen Bedingungen wie die in den Fig. 19 und 20 dargestellten zweischichtigen Polymerhohlfadenmembranen hergestellt wurden, wobei die Polymerlösungen aus unterschiedlichen Polymeren bestanden, und

Fig. 22 eine Vergrößerte Darstellung der Fig. 21.

Zunächst wird Bezug genommen auf die Fig. 1 und 2, die eine Vorrichtung 10 darstellen, wie sie bisher im Stand der Technik zur Herstellung von zweischichtigen, als Hohl fadenmembranen ausgebildeten Polymermembranen 11 verwendet wurde. Die Vorrichtung 10 umfaßt einen Körper, der zylindrisch ausgebildet sein kann. Der Körper der Vorrichtung 10 weist ein zur Durchgangsachse 18 axiales Durchgangsloch 26 auf, das axial von einem gasförmigen oder flüssigen Medium (einem sogenannten Lumenfüller) in Austrittsrichtung 21 durchströmt werden kann. Zudem weist die Vorrichtung 10 eine Mehrzahl von Zuführungskanälen 13 und 14 auf, die hier im wesentlichen rota- ti onssy etri seh um die Achse 18 angeordnet sind, wobei eine vorbestimmte Anzahl von jeweiligen Zuführkanälen 13 bzw. 14 vorgesehen werden kann. Sowohl die Zufuhrkanäle 13, 14 als auch der axial die Vorrichtung 10 durchquerende Zuführkanal 26 für den Lumenfüller (flüssiges oder gasförmiges Mittel) 27 münden mit ihren Öffnungen (Extrudierduse 12, Extrudierduse 21, Austrittsöffnung 20) in einer Ebene, d.h., bezogen auf die Darstellung von Fig. 1, in der oberen Fläche der Vorrichtung 10, vergleiche dazu auch die Draufsicht gemäß Fig. 2.

Während des Betriebes der bekannten Vorrichtung 10 wird die Polymerlösung 15 über die Zufuhrkanäle 13 und Polymerlösung 16 über die Zufuhrkanäle 14 der Vorrichtung 10 zugeführt und ein Lumenfüller (flüssiges oder gasförmiges Medium) 27 über den zentralen Zuführkanal 26. Es entsteht dabei nach Austritt der Polymerlösungen 15, 16 sowie gegebenenfalls des Mediums (Lumenfüller) 27 einen zweischichtige Hohl fadenpolymermembran 11, bei der allerdings keine Verbindung der einzelnen Polymerlösungen 15, 16 mit hoher struktureller Integrität entsteht, vergleiche auch Fig. 7 und 8, die Querschnitte von mit der bekannten Vorrichtung 10 hergestellten zweischichtigen Polymerhohl fadenmembranen darstellen. Deutlich ist in den Fig. 7 und 8 sichtbar, daß keine wirkliche integrale Verbindung zwischen der äußeren und der inneren Polymerschicht erreicht wird.

Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellte Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Erfindung dadurch, daß die beiden Zuführkanäle 13, 14 vor der eigentlichen Austrittsebene der Polymermembran 11 aus der Vorrichtung, d.h. gemäß der Darstellung von Fig. 1 unterhalb der oberen Begrenzungsfläche, in einem vorbestimmten Abstand 17 zu dieser zusammengeführt werden. Dadurch ist es möglich, daß die über die Zuführkanäle 13, 14 zugeführten unterschiedlichen oder gleichen Polymerlösungen 15, 16 schon unmittelbar am Ort 25 der Zusammenführung der beiden Zuführungskanälen 13, 14 in der Extrudierduse 12 selbst zusammengeführt werden und dadurch eine hohe strukturelle Integrität beider zugeführten Polymerlösungen 15, 16 erreicht wird.

Der Teil der Vorrichtung 10, in dem die Extrdierdüse 12 ausgebildet ist, kann durch ein gesondert ausgebildetes, ggf. pl attenförmiges Extrudi erdüsenel ement 121, gebildet werden, das mittels hier nicht dargestellter Bolzen druckdicht mit dem übrigen Körper der Vorrichtung 10 verbindbar ist. Das Extrudi erdüsenel ement 121 kann in etwa eine Dicke entsprechend des Abstandes 17 haben, vergl . Fig. 3. Dadurch kann eine schnelle Austauschbarkeit unterschiedlicher Extrudierdüsenel emente 120 erreicht werden und ein schneller Austausch zu Wartungsund Reinigungszwecken.

Der wesentliche Unterschied der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den Fig. 3 bis 6 gegenüber der bekannten Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 besteht zudem noch darin, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 nur eine Austrittsöffnung der Extrudierduse 12 vorhanden ist. Die Extrudierduse 12 ist im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet, vergleiche Fig. 4, so daß mit der Vorrichtung 10 als Hohl fadenmembranen ausgebildete mehrschichtige Polymermembranen hergestellt werden können. Es sei aber noch darauf verwiesen, daß die Vorrichtung 10 gemäß Fig. 3 sich grundsätzlich auch zur Herstellung von mehrschichtigen Polymerflachmembranen eignet, wobei in diesem Falle die Extrudierduse 12 als lineare bzw. ebene Flachdüse ausgebildet ist.

Die Fig. 5 und 6 stellen Schnitte C-D bzw. A-B entlang der aufgezeigten Linien C-D und A-B gemäß Fig. 3 dar. Diese Darstellungen beziehen sich auch auf eine Ausbildung der Vorrichtung 10 zur Herstellung mehrschichtiger Polymerhohl fadenmembranen.

Der vorgenannte Abstand 17 wird in Abhängigkeit der verwendeten Polymerlösungen 15, 16 bzw. der lichten Öffnungsweite 22 der Extrudierduse 12 festgelegt. Der Abstand 17 liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,001 mm und 2 mm, vorzugsweise 0,05 mm und 1 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,5 mm. Die lichte Öffnungsweite 22 der Extrudierduse liegt in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise 0,15 mm und 1 mm, insbesondere 0,15 mm und 0,3 mm. Auch die lichte Öffnungsweite 23, 24 der Zuführkanäle 13, 14 am Ort 25 ihrer Zusammenführung ist bei der Konstruktion bzw. Realisierung der Vorrichtung 10 zu beachten und geht ebenfalls als Parameter in die Bemessung der Vorrichtung 10 ein. So beträgt beispielweise die lichte Öffnungsweite 23, 24 der Zuführungskanäle 13, 14 am Ort 25 ihrer Zusammenführung < 0,02 mm, vorzugsweise < 0,04 mm.

Auch geht das Verhältnis der lichten Öffnungsweiten 23, 24 bei zwei vorgesehenen Zuführungskanälen 13, 14, die hier beispielhaft betrachtet werden, für jeweils eine darüber zuzuführende Polymerlösung 15, 16 ein, wobei das Verhältnis < 250, vorzugsweise < 50, insbesondere < 10 beträgt. Ebenfalls sind die Zuführkanäle 13, 14 relativ zur Austrittsebene bzw. Austrittsachse 18 der Extrudierduse 12 in einem Winkel von « < 90°, vorzugsweise < 45°, zueinander geneigt, wobei die Zufuhrkanäle 13, 14 relativ zueinander in einem Winkel von ß < 90°, vorzugsweise < 45°, bezogen auf den Ort 25 ihrer Zusammenführung als Scheitelpunkt des Winkels ß, zueinander geneigt sind. Bei der Darstellung der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 3 liegt die eine Bezugsseite der beiden Winkel «, ß in der selben Ebene, d.h. in einer parallelen zur Austrittsebene bzw. Austrittsachse 18. Dieses ist aber nicht zwingend erforderlich, d.h., um im Beispiel von der Darstellung von Fig. 3 zu bleiben, es könnte beispielsweise der Zuführkanal 13 bis zum Ort 25 der Zusammenführung beider Kanäle 13, 14 mit seinem Winkel « relativ zur Austrittsachse 13 bzw. zur Austrittsebene im oben aufgeführten Winkelbereich liegen.

Der Vorrichtung 10 nachgeschaltet, d.h. im wesentlichen der Extrusionsdüse 12 in Austrittsrichtung 21, kann eine in Form eines Fällbades oder sonstwie geeignet ausgebil- dete Nachbehandlungsstrecke vorgesehen sein (nicht dargestel 11) .

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Entsprechend der dem Fachmann bekannten, allgemeinen Arbeitsschritte zur Herstellung von mehrschichtigen Hohl fadenmembranen wird eine Polymerlösung 1 (Medium 1), bestehend aus 18 Teilen Polysul fon-PSu (Amoco, Udel 3500), 12 Teilen Polyvenyl pyrrol idon -PVP (Fluka, Typ K 25) und 70 Teilen N, N-Dinethyl acetamid-DMAc (Merck) hergestellt. Polymerlösung 2 (Medium 2) besteht aus einer identischen Komposition. Als Lumenfüller wird Wasser, Raumtemperatur verwendet. Das Fällbad (Medium 4) besteht ebenfalls aus Wasser. Medium 1,2 und 3 werden unter Verwendung der in den Fig. 1 und 2 schematisch darge-stel 1 ten Doppel hohl kerndüse bekannter Bauart am Ausgang der Verformungsvorrichtung zu einen stabilisierten Polymerlösungsverbund formiert und direkt in das Fällbad extrudiert, nach Verfestigung des Membranbildners aus dem Fällbad abgezogen, gewaschen und bei Raumtemperatur getrocknet. Die als Verformungsvorrichtung verwendete Doppel hohl kerndüse besitzt die folgenden Dimensionen: 190 μm/360 μm/600 μm/860 μm/1060 μm Hohldorndurchmesser/innerer Durchmesser des inneren Ringspaltes/ äußerer Durchmesser des inneren Ringsspaltes/innerer Durchmesser des äußeren Ringspaltes/ äußerer Durchmesser des äußeren Ringspaltes.

Es ist festgestellt worden, daß der Spinnprozeß nicht sicher durchführbar ist und nur ca. 5 bis 10 min ein Formkörper hergestellt werden konnte. Die "Mehrschicht- hohl fadenmembran" wurde anhand von REM-Aufnahmen (Fig. 7 und 8) charakterisiert. Die Figuren zeigen, daß beide, die Membranwand bildenden Polymerschichten, obwohl diese aus ein und derselben Polymer/Polymerlösung bestehen/ formiert wurden, keinen Schichtverbund bilden. Die Integrität des Verbundes ist folglich selbst unter den Bedingungen gleicher Polymerlösungskompositionen und damit optimaler Voraussetzungen für einen Verbund nicht gegeben .

Beispiel 2:

Unter den Bedingungen des Beispieles 1 wurde der Herstellung der Mehrschichthohl fadenmembran mit dem Unterschied wiederholt, daß anstelle der bekannten Verformungsvorrichtung die in Fig. 3 schematisch dargestellte und charakterisierte, erfindungsgemäße Doppel hohl kerdüse verwendet wurde.

Der Spinnprozeß konnte über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, wurde jedoch nach 1 h abgebrochen. Der Querschnitt und der vergrößerte Querschnitt der so hergestellten Mehrschi chthohl fadenmembran sind in Fig. 9 und 10 in Form von REM-Aufnahmen dargestellt. Diese Aufnahmen belegen eine vollständige Integrität der die Membranwand aufbauenden Polymerschichten.

Beispiel 3:

Aus dem Hohl fadenmateri al (ca. 1000 m) des Versuches Beispiel 2 wurden 4 Proben zufällig ausgewählt und mittels REM untersucht. Die Ergebnisse der Aufnahmen sind in den Fig. 11 bis 18 zusammengestell . In keinem Falle wurde eine strukturelle Inhomogenität festgestellt. Die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Hohl fadenmembranen besitzen folglich eine nicht zu übertreffende Integrität der Membranwandschichten, wie dies auch bei Anwendung von Polymerlösungen gleicher Zusammensetzung und bei Anwendung einer geeigneten Verformungseinrichtung der Fall erwartet wird.

Bei spiel 4:

Entsprechend der Beschreibung des Beispieles 2 und unter Nutzung der dort beschriebenen, erfindungsgemäßen Verformungsvorrichtung wurde eine Mehrschi chthohl fadenmembran mit den folgenden Unterschieden hergestellt:

a) Polymerlösung 1, bestehend aus 15 Teilen PSu, 5 Teilen PVP und 80 Teilen DMAc

b) Polymerlösung2 bestehend aus 20 Teilen PSu, 20 Teilen PVP und 60 Teilen N-Methyl pyrol 1 idon

c) Lumenfüller, bestehend aus 80 Teilen DMAc und 20 Teilen Wasser

Der Spinnprozeß konnte, über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, wurde jedoch nach 1 h abgebrochen. Der Querschnitt und der vergrößerte Querschnitt der so hergestellten Mehrschichthohl fadenmembran sind in den Fig. 19 und 20 in Form von REM-Aufnahmen dargestellt. Diese Aufnahmen belegen eine vollständige Integrität der die Membranwand aufbauenden Polymerschichten .

Beispiel 5:

Entsprechend der Beschreibung des Beispieles 6 und unter der Nutzung der dort beschriebenen, erfindungsgemäßen Verformungsvorrichtung wurde eine Mehrschichthohl fadenmembran mit dem Unterschied hergestellt, das als Poly- merlösung 2 eine Lösung, bestehend aus 15 Teilen Poly- acrylnitril und 85 Dimethyl for amid, verwendet wurde.

Der Spinnprozeß konnte über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, wurde jedoch nach 1 h abgebrochen. Der Querschnitt und der vergrößerte Querschnitt der so hergestellten Mehrschi chthohl fadenmembran sind in Fig. 21 bis 22 in Form von REM-Aufnahmen dargestellt. Diese Aufnahmen belegen eine ausreichende Integrität der die Membranwand aufbauenden Polymerschichten.

Bezuqszeichenl iste

10 Vorrichtung

11 Polymermembran

12 Extrudierduse

120 Extrudierduse

121 Extrudierdüsenelement

122 Austrittsöffnung

13 Zuführkanal

14 Zuführkanal

15 Polymerlösung

16 Polymerlösung

17 Abstand

18 Achse (Extrudierduse)

19 Zentrum (Extrudierduse)

20 Austrittsöffnung

21 Austrittsrichtung

22 lichte Öffnungsweite (Extrudierduse)

23 lichte Öffnungsweite (Zuführkanal 13)

24 lichte Öffnungsweite (Zuführkanal 14)

25 Ort (der Zusammenführung)

26 Zuführkanal (Medi um)/Durchgangsl och

27 Medium (Lumenfüller)

Claims

Vorrichtung zur Herstellung einer PolymermembranPatentansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung einer Polymermembran, umfassend eine Extrudierduse für den Austritt von der Vorrichtung über vorrichtungsinnere Zuführungskanäle zuführbaren, die Membran bildenden Polymerlösungen aus der Extrudierduse, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer mehrschichtigen, schichtenintegrierten Polymermembran (11) die Zuführungskanäle (13, 14) in einem Abstand (17) vor der Austrittsöffnung (122) der Extrudierduse (12) zusammengeführt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer als Hohl fadenmembran ausgebildeten Polymermembran (11) die Extrudierduse (12) im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im axialen (18) Zentrum (19) der Extrudierduse (12) eine Austrittsöffnung (20) für ein Medium vorgesehen i st.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrudierduse (12) in Austrittsrichtung (21) der Polymermembran 811) nachgeschaltet eine Nachbehandlungsstrecke vorgesehen i st.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbehandlungsstrecke ein Fällbad ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (17) in einem Bereich zwischen 0,001 mm und 2 mm, vorzugsweise 0,005 mm und 1 mm insbesondere 0,1 mm bis 0,5 mm liegt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Öffnungsweite (22) der Extrodierdüse (12) in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise 0,15 mm und 1 mm, insbesondere 0,15 mm und 0,3 mm liegt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Öffnungsweite (23; 24) der Zuführungskanäle (13; 14) am Ort (25) ihrer Zusammenführung < 0,02 mm, vorzugsweise < 0,04 mm groß ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der lichten Öffnungsweiten (23; 24) bei zwei vorgesehenen Zuführungskanälen (13, 14) für jeweils eine darüber zuzuführende Polymerlösung (15; 16) < 250, vorzugsweise < 50, insbesondere < 10, ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (13; 14) relativ zur Austrittsebene bzw. Austrittsachse (18) der Extrudierduse (12) in einem Winkel von α < 90°, vorzugsweise < 45°, zueinander geneigt sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführkanäle (13, 14) relativ zueinander in einem Winkel von 225 ß < 90°, vorzugsweise < 45°, bezogen auf den Ort (25) ihrer Zusammenführung als Scheitelpunkt des Winkels ß, zueinander geneigt sind.

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