DE2301552A1 - Membranartige gegenstaende und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Membranartige gegenstaende und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2301552A1
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liquid
monomer
film
inert
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Charles Brian Chapman
Robert Anthony Haldon
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Imperial Chemical Industries Ltd
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Description

IKPSRIAL CHEMICAL INDUS !TRIES LIHI'ISD, London, Grossbritannien
Kesibranartige Gegenstände und Verfahren zu ihrer Herstellung
Priorität: 12. Januar, 1972, Grossbritannien 2fr, 1436/72
Die Erfindung bezieht sich auf nicht-faserige poromere Gegenstände, wie 2.3. Filter und Filme, und auf Verfahren zur Herstellung derartiger Gegenstände.
G-eniäss der Erfindung wird ein membranartiger Gegenstand vorgeschlagen, der aus einem Vinylpolymer oder -nischpolyner in ?ora einer porösen Struktur besteht, wobei die poröse Struktur einen Permeabilitytßkoeffizienten für flüssiges V/asser, wie in der iolge definiert, im .bereich von 10~
2 —9 2
ca bis 10 cm aufweist.
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Gemäss der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines nembranartigen Gegenstands aus mindestens einem organischen Monomer, das eine äxhylenisch ungesättigte Gruppe enthält, in Gegenwart mindestens einer inerter, organischen Flüssigkeit vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, dass man (a) einen Film aus dem Eonomer/Flüssigkeits-Gemisch, das 5 bis 80 Gew.-$ von der inerten Flüssigkeit enthält, herstellt, (b) den Film abkühlt, um die Flüssigkeit zumindest teilweise zu verfestigen, (c) das Konomer durch nicht-thermische Polymerisation polymerisiert und (d) anschliessend die Flüssigkeit entfernt. 3s wird bevorzugt, dass das Konomer/Plüssigkeits-Gemisch 5 bis 60 Gew. —γ> von der inerten Flüssigkeit enthält.
Der Ausdruck "inerte Flüssigkeit" umfasst Flüssigkeiten, die Lösungsmittel für da3 Monomer sind und die mischbar mit dem flüssigen Konomer sind oder durch das -Monomer absorbiert werden»
Die membranartigen Gegenstände der Erfindung können als Filter verwendet werden, um Flüssigkeits- oder Gasfiltrate mit einer bestimmten Reinheit zu erzeugen, um lösungen oder kolloidale Lösungen von beispielsweise Zuckern oder Proteinen zu konzentrieren, wie z.B. bei der Konzentrierung von Fruchtsäften oder Siweiss, um abfiltrierte .Rückstände zu sammeln und ua teilchenfreie oder sterile Filtrate herzustellen. Sie kennen auch als poröse Einwickelfilme verwendet werden»
Beispiele für geeignete organische Monomere, die eine äthylenisch ungesättigte Gruppe enthalten, sind Acrylamid, Acrylonitril, Styrol, Alkyl- und Hydroxyalkylacrylate und -methacrylate, Vinylacetat, Vinylpyrrolidon, Acrylsäure,
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Methacrylsäure, X-Kethylclacrylamid und Vinylpyridin.
Gemeinsam mit dem organischen Monomer können vernetzende organische Verbindungen, die mindestens zwei äthylenisch ungesättigte Gruppen enthalten, verwendet werden, um die mechanische !Festigkeit des membranartigen Gegenstands zu erhöhen und um seine Löslichkeit in lösungsmitteln zu beschränken. Beispiele für Verbindungen dieser Art sind Äthyleng^kol-dimethacrylat, Trimethylolpropan-trimethacrylat, Pentaerythrit-tetramethacrylat, Methylen-bie-acrylamid, Triäthylenglykol-dimethacrylat, Tetraäthylenglykol-dimethacrylat, Divinylbenzol und Poly(äthylenfumarat). Kichtpolymerisierbare Zusätze können ebenfalls anwesend sein. Die festigkeit und die dimensioneile Stabilität kann durch die Einverleibung einer Verstärkung, wie z<>3. eines gewebten oder nicht-gewebten lextilstoffs, erhöht werden.
Die Funktion der inerten flüssigkeit besteht hauptsächlich darin, ein gefrierbares Medium zu liefern, damit der poröse Gegenstand eine Struktur mit Poren erhält. In Abhängigkeit von der während der Gefrierung verwendeten Temperatur kann die inerte Flüssigkeit unvollständig ausgefroren werden, wobei eine konzentrierte Konomerlösung in den Zwischenräumen verbleibt. Wenn die Temperatur ausreichend niedrig und das Konomer flüssig ist, dann kann die inerte Flüssigkeit vollständig ausgefroren werden, wobei Konomer in den Zwischenräumen bleibt.
Das Volumen der inerten flüssigkeit regelt das gesamte Porenvolumen, und in gewissem Grade -auch die Porengrcsse, die ac=r auch von aer Art und von den !bedingungen des Gefriereis, der liatur der verwendeten Flüssigkeit und der Zusammensetzung des Monomers abhängte Die Ausrichtung oder Orientierung der
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Poren hängt von der Richtung des thermischen Gradienten und der Geschwindigkeit der Gefrierung ab.
Die in einem bestimmten System verwendete inerte Flüssigkeit wird durch dieses System definiert. Sie muss ein Lösungsmittel für das Monomer und das Polymer (d.h. das unvernetzte Polymer) sein, um ein homogenes Gel zu bilden. 2s muss aber auch ein Lösungsmittel für einen gegebenenfalls verwendeten Katalysator sein.
Geeignete inerte Flüssigkeiten für die Verwendung mit Hydroxyäthylmethacrylat als Monomer sind Wasser, Äthylenglyköl, Dioxan, Srioxan, Paraffinwachs, Formamid oder Gemische daraus. Geeignete inerte Flüssigkeiten für die Verwendung mit entweder Methylmethacrylat oder Styrol als Monomer sind Benzol, Gyclohexan, Paraffinwachs oder Gemische daraus.
Geeignete inerte Flüssigkeiten für die Verwendung mit Acrylamid als Monomer sind Wasser, Trioxan, Harnstoff, Eisessig oder Gemische daraus.
Die Polymerisation des Monomers und der gegebenenfalls anwesenden organischen Verbindung muss durch nicht-thermische Massnahmen erfolgen* Derartige nicht-thermische Kassnahmen umfassen Bestrahlung, wie z.B. mit sichtbarem Licht oder mit UV-Licht und gegebenenfalls in Anwesenheit eines Sensibilisators, Ultrabeschallung, Coronaentladung oder elektrochemische oder nicht-thermische chemische Massnahmen.
Geeignete Sensibilisatoren für die Verwendung in der Fotopolymerisation durch sichtbares Licht sind Uranylsalze oder Methylenblau gemeinsam mit einem milden Reduktionsmittel, wie z.B. Natrium-p—toluolsulfinat.
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Geeignete Sensibilisierungsmittel für die Verwendung in der Fotopolymerisation durch UV-Licht sind z»B. Benzoin oder Senzoin-methyl-äther.
Der Permeabilitätskoeffizient für flüssiges Wasser ist wie folgt definiert und wird wie folgt gemessen:
Sine kreisförmige Kembranprobe, die zwischen zwei porösen Filterpapieren gehalten wird, wird auf einen porösen Metallträger aufgebracht und zwischen zwei Hälften einer Glaszelle festgeklammert, so dass eine freiliegende Kembranoterflache
ρ
von 7,1 cm erhalten wird. Beide Hälften der Zellen werden
mit destilliertem Wasser von 200C gefüllt· Dann wird ein Druck von 1,4 at an die Membranseite der Zelle angelegt, und der Vasserfluss durch die Membran wird an einer Capillare, die an der anderen Hälfte befestigt ist, gemessen. Der Permeabilitätskoeffizient wird dann aus dem Durchfluss durch die folgende Beziehung ermittelt.
Jw. ο Ax, h / 2
—τ-= »- (cm
worin K = Permeabilitätskoeffizient
Jw = Wasserdurchfluss (ml/cm .see) <A χ = Kembranstärke (cm)
Ί = Viskosität des Wassers (Poise)
2 ΔP = Druckunterschied (Dyn/cm )
Die folgenden Beispiele, in denen alle Teile und Prozentangaben in Gewicht ausgedrückt sind, erläutern die Erfindung,,
Beisräel 1
4,5 Teile Hydroxyäthyl-methacrylat, 0,5 Teile Äthylengls'kol-
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dimexhacrlyat und 0,1 'Teil Uranylnitrax wurden mix 3,33 2 eil en einer inerten Flüssigkeit gemischt, die aus einer wässrigen Äthyl englykollö sung friass er /Äthyl englykol-Volumenverhaltnis = 4:1) "bestand, wobei eine homogene Lösung erhalten wurde. Sin flüssiger PiIm aus der lösung wurde auf eine kalte Oberfläche aufgebreitet, die auf -63°C gehalten wurde, so dass die Kristallisation an der Grenzfläche initiiert wurde und in einer Richtung durch den Film verliefe Nachdem die inerte Flüssigkeit im JiIm durch Gefrieren verfestigt war, wurde der Film 15 Minuten mit einer 125 VTatt-Quecksilbersiitteidruckdampflampe bestrahlt, die in einem Abstand von ungefähr 7 cm von der oberen Oberfläche des Films angeordnet war. Die inerte Flüssigkeit wurde dann durch Eintauchen des Films in Wasser entfernt, wobei ein poröser Film erhalten wurde. Der poröse Film besass eine Dicke von annähernd 0,41 nan und einen Wasserpermeabilitätskoeffizienten, gemessen bei 20 C und
—1"* 2 bei einem Druck von 1,4 at, von 4,3 χ 10 ^ cm .
Beispiel 2
Das obige Beispiel wurde wiederholt, ausser dass 6,44 Teile der wässrigen Äthylenglykollösung anstelle von 3»33 Seilen verwendet wurden. Der auf diese Weise erhaltene poröse Film besass eine Dicke von 0,053 mm und einen Wasserpermeabilitäts-
—11 2
koeffizienten von 1,3 χ 10 cm .
Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt, ausser dass der Film aus der Lösung langsam von Raumtemperatur auf -63°C abgekühlx wurde, so dass eine statistische Kristallisation durch den gesamten Film eintrat. Der auf diese Weise erhaltene poröse Film besass eine Dicke von 0,36 mm und einen Wasserpermeabilitäts-
—15 2
koeffizienten von 6,6x10 cm.
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Beispiel £
Zwei poröse Filme wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, ausser dass in einem Pail 3 »33 Seile Wasser als inerte Flüssigkeit und im anderen Fall 3»33 Teile einer wässrigen Äthylenglykollösung (Wasser/Äthylenglykol-Volumenverhältnis β 6:4) als inerte Flüssigkeit verwendet wurden· Die in den ersteren und letzteren Fällen hergestellten porösen Filzte besassen Stärken von 0,71 mm "bzw· 0,34 mm und Wasser-
—11 2 permeabilitätskoeffisienten von 2,2 χ 10 cm bzw.
2,5 χ 10"U cm2.
Patentansprüche:
?°9S29/1081

Claims (6)

PAgSfr'IANSPRtJCHE;
1. Kembranartiger Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Vinylpolymer oder -mischpolymer in Fora einer porösen Struktur besteht, wobei die poröse Struktur einen Permeabilitätskoeffizienten für flüssiges Wasser im
—16 2 —9 2
Eereich von 10 cm bis 10 cm aufweist.
•
2. Membranartiger Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vinylpolymer oder -mischpolymer vernetzt ist· '
3. Membranartiger Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Verstärkung enthält.
Verfahren zur Herstellung eines membranartigen Gegenstands aus mindestens einem organischen Monomer, das eine äthylenisch ungesättigte Gruppe enthält, in Gegenwart mindestens einer inerten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass man (a) einen Film aus dem Monomer/Flüssigkeit s-Gemisch, das 5 bis 80 Gew.-$> von der inerten Flüssigkeit enthält, herstellt, (b) den Film abkühlt, um zumindest teilweise die Flüssigkeit zu verfestigen, (c) das Monomer durch nichtthermische Polymerisation polymerisiert und (d) anschliessend die Flüssigkeit entfernt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Konomer/Flüssigkeits-Gemisch 5 bis 60 Gew.-56 von der inerten Flüssigkeit enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine vernetzende organische Verbindung, die
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mindestens zwei äthylenisch ungesättigte Gruppen enthält, gemeinsam mit dem organischen Polymer verwendet wird·
7» Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstärkung in de» membranartigen Gegenstand einverleibt wird.
δ· Verwendung des membranartigen Gegenstands nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Filterelement·
PATENTANWÄLTE
OK.-ING.H.FINCKP.DlFL-'MG.H.BOt« DIPL.-IN«. S. STAEGER
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