DE3016713A1 - Poroeses offenzelliges fuellstoffhaltiges reaktionsfaehiges material - Google Patents

Poroeses offenzelliges fuellstoffhaltiges reaktionsfaehiges material

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DE3016713A1 DE19803016713 DE3016713A DE3016713A1 DE 3016713 A1 DE3016713 A1 DE 3016713A1 DE 19803016713 DE19803016713 DE 19803016713 DE 3016713 A DE3016713 A DE 3016713A DE 3016713 A1 DE3016713 A1 DE 3016713A1
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Description

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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf das Geriet der Herstellung von Materialien mit Oxydations-■~Reduktions-Eigenschaften8 insbesondere "betrifft sie poröse offenzellige füllstoffhaltige reaktionsfähige Materialienο
Solche Materialien finden immer "breitere Yerwendung zur Aufbereitung von Speisewasser für Energieanlagen hoher und extrem hoher Parameter9 Herstellung von säuerstoffreiem Wasser hoher Reinheit8 welches in der modernen elektronischen Industrie sowie bei der Erzeugung einiger Polymere verwendet wird9 zur überführung einiger Verbindungen niedriger Wertigteitsstufe in die höhere, Abtrennung von Chrom aus bei ver-•^-5 schiedenen Produktionsprozessen anfallenden Abflußlösungen, Hochreinigung von Stickstoff von den Sauerstoffmikrobeimengungen, zur Reinigung von Kohlenwasserstoffen von den Sehwefelwasserstoffbeimengungen und
Reinigung von Flüssigkeiten vom Wasserstoffperoxid. 20
Veraussetzungen der Entwicklung der Erfindung
Eine besondere Gruppe der reaktionsfähigen Polymere«, die Oxydations-Reduktions-Eigenschaften aufwei-5 senj bilden Elektronenaustauscher oder Redox-Polymereo Das sind Polymeres deren Makromoleküle zu reversiblen Oxydations-Reduktions-Unroandlungen fähig sind.
Die Redox-Polymere können nach verschiedenen Methoden hergestellt werden, und zwar durch Polymerisation, Polykondensation, Pfropfung polymerer Ketten, nach der Methode der polymeranalogen Umwandlungen und durch Sättigung von Ionenaustauschern mit chemisch aktiven Stoffen, die Oxydations-Reduktions-Eigenschaften aufweisen.
Die Redox-Polymere unterteilt man in lösliche und unlöslicheο Die unlöslichen (vernetzten) Redox-
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-Polymere weisen den Vorteil auf, daß sie als Reagenzien in einer chemische Reaktion eingesetzt und dann abfiltriert werden können. Sie können in eine Kolonne eingebracht und für Differential-Gegenstromreaktionen verwendet werden. Dabei erhält man ein hinreichend reines Endprodukt, das keiner zusätzlichen Reinigung bedarf.
Die unlöslichen Redox-Polymere werden im. wesentlichen in Gestalt von Teilchen unregelmäßiger Form hergestellt. Als besonders günstig gilt die sphärische 3?orm der Teilchen, weil in diesem Falle der geringste Strömungswiderstand in den Kolonnen gewährleistet wird.
Die Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions-—Reaktionen in den Redoxpolymeren wird durch die Diffusion der reagierenden Stoffe in die Tiefe der Granalien limitiert. In den unlöslichen Redox-Polymeren werden die Oxydations-Reduktionsprozesse mit zunehmendem Vernetzungsgrad des Polymers verlangamt. Bei verhältnismäßig großer Abmessungen und relativ geringer spezifischer Oberfläche quellen die Granalien der Redox-Polymere infolge vorhandener dreidimensionaler Vernetzungen wenig, wodurch die Geschwindigkeit der Diffusionsprozesse und folglich auch die Geschwindigkeit den Oxydations-Reduktions-Reaktionen verlangsamt wird.
Die Zugabe bei der Synthese von Oxydations-Reduktions-Polymerisaten spezieller Zusätze (crossagent) , die mit den Ausgangsmonomeren verträglich
30. sind, macht es möglich, Redox-Polymere makroporöser Struktur zu erhalten. Die makroporösen Redox-Polymere sind durch höhsre kinetische Kennwerte gekennzeichnet, jedoch ist ihre Oxydations-Reduktions-Kapazität um ein Mehrfaches niedriger.
Ein weiterer Wachteil der synthetischen Redox- -Polymere ist die niedrige osmotisch« Stabilität und geringe mechanische Festigkeit.
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Die Verluste an Redox-Polymeren infolge der Spaltung der Körner nach den bei der Zerkleinerung des Harzes und beim Schwinden desselben während der Wärmebehandlung entstandenen Rissen erreichen in einigen Fällen 15 bis 17%.
Zur Verhinderung einer Spaltung der Teilchen ist es notwendig, daß die Struktur des Elektronenaustau^ schers eine höhere Elastizität aufweist. Von allen diesen Nachteilen sind die Oxydations-Reduktions-Fa-sern frei. In der Tat bewirken die bedeutend stärker entwickelte Oberfläche der Fasern, die in der Oberflächenschicht an aktiven funktioneilen Gruppen maximal angereichert ist, die schnelle Benetzbarkeit und die hohe Kapillarität den Fasermaterialien eine hohere Geschwindigkeit der ablaufenden Prozesse gegenüber den granulierten Materialien. Außerdem beträgt die wirksam-e Korngröße der granulierten Redoxite 0,40 bis 0,60 mm, während der Querschnitt der meisten reaktionsfähigen Fasermaterialien 20 bis 30i&al kleiner ist und 0,02 bis 0,03 mm beträgt. Folglich ist der Diffusionsweg der reagierenden Stoffe in den Fasermaterialien ebenfalls ungefähr 20 bis 30mal kürzer. Dieser Umstand ist die Hauptursache für die höhere Kinetik der reaktionsfähigen Fasern gegenüber den granulierten Materialien. Wesentlich ist es auch, daß die meisten modifizierten Fasern mit reaktionsfähigen Gruppen eine hohe Porosität besitzen, die häufig 100 bis
200 m /g erreicht.
Jedoch haften den Oxydations-Reduktions-Fasern (Redox-Fasern) wie auch den nichtgewebten Materialien ■ auf ihrer Grundlage bestimmte Nachteile an. Eingebracht in die Kolonne, ballen sie sich nämlich verhältnismäßig schnell zusammen, wodurch sie den hydrodynamischen Widerstand der Filterschicht stark erhöhen. Zum Vermeiden dieses Nachteils ist es notwendig, daß die Filterschicht die Elastizität der elastischen geschlossenzelligen Schaumkunststoffe aufweist.
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Es ist gegenwärtig ein Verfahren zur Herstellung -von Polyurethanschaumkunststoffen, die Ionengruppen enthalten, bekannt (US-Patentschrift Nr. 3.988.268, Klasse 260-2,5,1976). Amphotere Schaumkunststoffe erhält man aus Reagenzien, welche Kationen- und Anionengruppen enthalten. So ist auch bekannt die Herstellung von Polyurethanschaumkunststoff durch Umsetzung der Isozyanate, beispielsweise des. l-Methyl-2,4-diisozyanates, mit organischen Verbindungen, beispielsweise Rizinpolyglykolester. Das Gemisch erhitzt man auf eine Temperatur von 1700C, hält im Verlaufe von drei Stunden, wonach es auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
Ein Nachteil der genannten Materialien ist es, daß sie einen unbedeutenden Gehalt an ionogenen Gruppen aufweisen und aus diesem Grunde für die Verwen dung in den Prozessen der Chemosorption und der Oxydation-Reduktion nicht geeignet sind. Sie sind nur für die Züchtung von Pflanzen bestimmt.
Es sind Ionenaustauschschaumkunststoffe bekannt (US-Patentschrift Nr. 3.867.319» 1975; US-Patentschrift Nr. 3.947.387, 1976, Klasse 260-2,5,R), die man durch Verschäumen eines Polymers erhält, das in Gegenwart einer flüchtigen polaren Verbindung erhalten wird, die ein Weichmacher für die ionogenen Gruppen ist. Das Polymer enthält 0,4 bis 10 Molprozent aufgepfropfte Säuregruppen, besonders Sulfogruppen. Das nach diesem Verfahren erhaltene Material weist eine niedrige Austauschkapazität (die Menge der ionogenen Gruppen, insbesondere der SuIfogruppen, beträgt 0,2 bis 20 Molprozent) und niedrige mechanische Festigkeit auf. Außerdem sind solche Materialien durch Härte und Sprodigkeit gekennzeichnet.
In der US-Patentschrift Nr. 3.094.494. Klasse 260-2.1, 1963, werden Ionenaustauscherzellenmaterialien vorgeschlagen, die aus geschäumtem Polyurethan, das die Rolle der polymeren Grundlage erfüllt, und einem Füll—
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stoff, einem Ionenaustauscherkunstharz, in einer Menge von 0,5 bis 160 GewichtsteiIeη je 100 GewichtsteiIe polymere Grundlage bestehen. Für die Herstellung solcher Materialien gibt man zu 100 Gewichtsteilen des Oligomers von Polypropylenglykol ferhalten. beim Erhitzen von 2 Teilen eines Gemisches aus 100 g Polypropylenglykol mit einer Molekularmasse von 2000 und 35 Teilen Toluoldiisozyanat (isomeres Gemisch 80/2O)J 67 Teile feingemahlenes Ionenaustauscherharz auf Basis von Sulfosäure (sulfiertes Styrol und Diviny!benzol in der Natriumform) hinzu, verrührt bis zur Erzielung einer homogenen Zusammensetzung, setzt dann ein Gemisch von 2,4 Teilen Wasser, 1 Teil Methylmorpholin, 1 Teil Triethylamin, 0,6 Teilen Dimethylpolysiloxan (Silikonöl zu und verrührt bis zum Verschäumen. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Materialien sind biegsam, elastisch, für Gase und Flüssigkeiten durchlässig. Jedoch kommt es unter der Wirkung von Arbeitslosungen zur Auswaschung des feingemahlenen Ionenaustauscherharzes aus dem Material, was sich wesentlich auf die Austauschkapazität beim Betrieb auswirkt und zu einer Senkung der Lebensdauer solcher Materialien führt. Außerdem weist das Material verhältnismäßig niedrige kinetische Kennwerte auf.
Infolge dieser Besonderheiten erscheint die Verwendung der lonenaustauscher-Zellenmaterialien und der mit Harz gefüllten Schaumstoffe für die Lösung solcher Probleme wie der Schutz der Umwelt vor Verunreinigung unwirksam.
Auf Grund niedriger Werte der Austauschkapazität, der Hydrophobie und der niedrigen Geschwindigkeit der Austauschprozesse und der Oxydations-Beduktions-Prozesse kann ihre Verwendung nicht die Reinigung von Abwässern von den Schadstoffen bis zu höchstzulässigen Konzentrationen gewährleisten. Außerdem ist die Möglichkeit, die Eigenschaften der Materialien zum Zwecke einer Erweiterung ihrer Anwendungsgebiete zu
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variieren, erschwert oder gar ausgeschlossen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein reaktionsfähiges Material zu entwickeln, welches hohe Geschwindigkeiten der Oxydations-Reduktions-Prozesse, hohe osmotisch« Stabilität, mechanische Festigkeit und hohe elastische Eigenschaften aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Materialien zu entwickeln, die stabile Form und stabile Masse bei längerem Betrieb behalten.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es auch, Materialien zu entwickeln, die vielfältige Einsatzmoglichkeiten haben und für den Elektronenaustausch in stark verdünnten Lösungen geeignet sind.
- Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, durch Zugabe zu einer polymeren Grundlage eines reaktionsfähigen faserförmigen Füllstoffes ein reaktionsfähiges Material zu entwickeln, welches hohe Geschwindigkeiten der Oxydations-Reduktions-Prozesse, hohe osmotische Stabilität, mechanische Festigkeit und biegsamelastische Eigenschaften aufweist.
Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch die Entwicklung eines eine polymere Grundlage und einen reaktionsfähigen Füllstoff enthaltenden porösen of fenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials, in dem man als polymere Grundlage Schaumpolyvinylformal oder Schaumpolyurethan und als reaktionsfähigen Füllstoff zerkleinerte reaktionsfähige Ostydations-Reduktions-Fasern in einer Menge von 10 bis 80%, bezogen auf die · Masse des fertigen Materials, verwendet.
Es ist zweckmäßig, daß der Gehalt an reaktionsfähigen Fasern vorzugsweise 50 bis 70%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials, beträgt. Dabei besitzt das Material hohe Oxydations-Reduktions-Kapazität, hohe mechanische Festigkeit, osmotische Stabilität und biegsamelastische Eigenschaften.
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Als Orxydations-Reduktions-Fasern verwendet man Polyvinylalkoholfasern mit kovalent gebundenen mehrwertigen Phenolen, insbesondere mit Pyrokatechin, Pyrogallol und Hydrochinon in Form von aufgepfropften Ketten von Polymethylenpyrokatechin, Polymethylenpyrogallol und Polymethylenhydrochinon. Außerdem verwendet man Polyvinylalkoholfasern mit den in ihre Struktur eingebauten oligomeren Produkten der Polykondensation mehrwertiger Phenole mit Formaldehyd, insbesondere Pyrokatechinformaldehyd-, PyrogaHo!formaldehyd-, Hydrochinonformaldehydfasern. Die Polyvinylalkoholfasern werden durch hohe Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions-Prozesse gekennzeichnet. Die Kapazität der Redox-Polymerisate auf Basis dieser lasern erreicht bis 6 mVal/g.
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Polyvinylalkoholfasern mit kovalent gebundenem Naphthochinone Anthrachinon und Aminophenol«, Man verwendet Polyvinylalkoholfasern mit Phenothiazinfarbstoffen, die an die Fasern kovalent gebunden und zu Oxydations-Reduktions-Umwandlungen fähig sind.
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Polyvinylalkoholfasern mit Sulfhydrylgruppen.
Man verwendet metallhaltige Fasern auf Basis von modifiziertem Polyvinylalkohol, insbesondere kupfer-, eisen-j wismuthaltige Fasern« Die Metallionen beteiligen sich beim Übergang aus der höheren Wertigkeitsstufe in die niedrigere an den Oxydations-Reduktions- -Prozessenο Die Kapazität solcher Fasern erreicht 4 bis 5iriVal/go Sie zeigen eine hohe Leistungsfähigkeit bei der Abtrennung des Sauerstoffes aus Wassere
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Hydratzellulosefasern und Azetatzellulosefasern mit kovalent gebundenen mehrwertigen Phenolen (Pyrokatechins PyrogaHoI9 Hydrochinon), Naphtho- und
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Anthrachinonen,'Aminophenolen und οligomeren Produkten ihrer Kondensation mit Aldehyd. Verwendet werden auch Hydratzellulosefasern mit Phenothiazinfarbstof-.fen und Hydratzellulosefasern mit Sulfhydrylgruppen. Wan verwendet auch metallhaltige (kupfer-, wismut-, zinn-, eisenhaltige) Fasern auf Basis von Ionenaustauscherhydratzellulosefasern und Ionenaustauscherazetatzellulosefasern. ;
Als Oxydations-Reduktions-Fasern verwendet man auch Polyakrylnitrilfasern mit kovalent gebundenem Pyrokatechin, Pyrogallol, Hydrochinon oder mit oligomeren Produkten ihrer Kondensation mit Aldehyd.
Ton den metallhaltigen Polyakrylfasern verwendet man kupfer—, eisen-, wismut-, zinnhaltige Fasern.
Das Verfahren zur Herstellung eines porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials durch Vermischen einer Losung eines Polymers, des Formalins, eines grenzflächenaktiven Stoffes und eines sauren Härtungskatalysators mit zerkleinerten Fasern, Verschäumen der Reaktionsmasse und Halten derselben bei einer Temperatur von 20 bis 1000C im Verlaufe von 1 bis 50 Stunden besteht erfindungsgemäß darin, daß man der Reaktionsmasse beim Vermischen und Verschäumen zusätzlich 0,2 bis 20 Masseprozent, bezögen auf den Gehalt an dem Polymer, mehrwertige Phenole oder oligomere Produkte der Kondensation der genannten Phenole mit Aldehyden zusetzt.
Als mehrwertige Phenole verwendet man Hydrochinon, Pyrokatechin, Pyrogallol oder deren Gemisch mit Resorzin und als oligomere Produkte der Kondensation der genannten Phenole mit Aldehyden llovolakharze auf Basis von Hydrochinon oder des Pyrokatechins mit Formaldehyd.
Dabei beobachtet man bei der Härtung in einem thermostatierten Gefäß das Ablaufen mehrerer untereinander konkurrierender Reaktionen, wie Substitution der freien Hydroxylgruppen des Polyvinylalkohols durch
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Formaldehyd' nach der A ze ty lie rungs reaktion, Umsetzung des Fonnaldehyds mit Polyphenolen oder mit deren oligomeren Produkten unter Bildung von Mono-, Di- und Polymethylolderivaten der Polyphenole und deren Reaktion mit freien Hydroxylgruppen der Glieder des PoIyvinylalkohols, Wachstum der aufgepfropften Kette der OligoBiethylenpolyphenole und v/eitere Kondensation der Oligomere der Methylenpolyphenole unter Bildung unlöslicher Produkte. Somit kommt es zu einer kovalenten Bindung der Redox-Gruppen an die polymere Grundlage.
Die Zugabe zu den Hydrochinon- und Pyrokatechin- -Redox—Polymerisaten von Resorzin in einer Menge von 0,07 "bis 0,09%, bezogen auf die Menge des Grundpolyphenols, erhöht bedeutend die chemische Beständigkeit der Redox-Polymerisate.
Die porösen offen zellig en- füllst off haltige η reaktionsfähigen Materialien besitzen eine Reihe viertvoller Eigenschaften. Sie vereinigen die hohen kinetischen Kennwerte, die hohe osmotische Stabilität und mechanische Festigkeit der reaktionsfähigen Fasern mit den biegsamelastischen Eigenschaften der Schaumkunststoffe. Ein entscheidender Vorteil der porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien gegenüber den granulierten Materialien ist die höhere Geschwindigkeit der Oxydations-Reduktions- -Umwandlungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die wirksame Korngröße des Redox-Polymerisates 20 bis 30mal größer ist als der Durchmesser der Redox-Fasern, bei denen dazu noch die aktiven Gruppen an der Oberfläche konzentriert sind. Der Diffusionsweg der Arbeitslösungen der Oxydationsmittel (Reduktionsmittel) zu den aktiven Gruppen der Redox-Fasern ist viel kürzer und die Geschwindigkeit der Oxydation-Reduktion an den porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien ist ungefähr 5^aI höher im Vergleich mit den granulierten Materialien.
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Die porösen füllstoffhaltigen reaktionsähigen Materialien, werden bei "bedeutenden mechanischen Einwirkungen und starken Veränderungen der Ionenstärke der Losungen praktisch nicht zerstört.
Die porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien werden durch Biegsamkeit, Elastizität, Unze rstörbarkeit "bei Verformungen, Schlagen und Stoßen gekennzeichnet. Die Materialien sind hydrophil und weisen ein gut entwickeltes Netz von kommunizierenden Kapillaren und Poren auf. In trockenem Zustand verschwindet die mikroporöse Kondensationsstruktur des Materials, indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt. Es bleibt nur die beim Verschäumen und durch die Zugabe des faserigen !Füllstoffes erzeugte Porosität erhalten. In trockenem Zustand ist das Material hart, läßt sich mechanisch bearbeiten (sägen, drehen, schneiden) zum Erteilen der notwendigen Abmessungen und der 3?ornt. Das Vorliegen eines Systems . verhältnismäßig grober offener Poren und von kommunizierenden Kapillaren erleichtert bedeutend das Durchtränken der Materialien mit Gebrauchslosungen. Die dünnen Porenwände werden schnell befeuchtet und quellen, wobei sich die Kryptokondensationsstruktur wieder entfaltet und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand vor der Trocknung einnahm. In gequollenem Zustand weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf, ist zu sehr großen umkehrbaren Verformungen fähig. Da das Yv'asser ein Weichmachungsmittel für das Schaumpolyvinylformal ist, führt selbst ein längerer Betrieb des porösen reaktionsfähigen Materials zu keinem Verlust an Elastizität.
In den porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien ist die Zellengröße viel geringer als die Faserlänge, weshalb die letzteren in ';.
der Masse der polymeren Grundlage fest befestigt sind. Im Betrieb werden solche porösen, füllstoffhal-
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tigen reaktionsfähigen Materialien infolge ihrer hohen osmotischen Stabilität und mechanischen Festigkeit durch hohe Stabilität der Masse gekennzeichnet.
Die porösen reaktionsfähigen Materialien können auf bestehenden Ausrüstungen für die Herstellung von Schaumpolyvinylformal und Schaumpolyurethan erhalten werden.
Die Oxydations-Reduktions-Prozesse unter Beteiligung dieser Materialien kann man nach bestehender Technologie in Kolonnen, !Pi It erpress en und in anderen Apparaten durchführen, ohne wesentliche konstruktive Änderungen an der apparativen Gestaltung dieser Prozesse vornehmen zu müssen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Für die Herstellung eines porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials auf Basis von Schaumpolyvinylfarmal verschäumt man eine wässerige Lösung von Polyvinylalkohol (man verwendet
Polyvinylalkohol mit einer Molekularmasse von 30 000 bis 150 000) in Gegenwart eines grenzflächenaktiven Stoffes mit Hilfe eines mechanischen Rührers. Beim Verschäumen gibt man Formaldehyd in Form einer 37%ipen wässerigen Lösung und eine wässerige Lösung
von Natriumchlorid zu. Man führt das Verschäumen bis zur Erzielung eines Verschäumungsgrades von 3 bis 10 durch, wobei man Rührer verwenden kann, die in einem Geschwindigkeitsintervall von 5OO bis 10 000 U/min betrieben werden,, Als Schaumbildner können ionogene und nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe, wie Alkylsulfate. Alkylsulfonate, Alkylarylsulfonate8 Amine verschiedenen Substitutionsgrades8Polyoxyäthylenester der Fettsäuren und andere grenzflächenaktive Verbindungen s verwendet werdenβ
Als Katalysatoren der Reaktion der Kondensationsstrukturbildung des Schaumpolyvinylfonnals verwendet
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man Mineralsäuren, wie Salz-, Phosphor-, Salpeter-, Schwefelsäure und andere. Den Katalysator gibt man zweckmäßigerweise einige Minuten oder eine Minute vor der Beendigung des Verschäumens zu.
Man gibt den faserigen Füllstoff der Reaktions-. masse in einem Schneckenmischer oder in demselben Behälter, in dem die Verschäumung durchgeführt wurde, bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten des MLhrers (100 bis 300 U/min) zu. Die, Fasern können eine Länge von 1 ... 2 mm bis 50 ... 60 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm aufweisen.
Die Strukturierung (Azetylierung) des Polyvinylalkohols kann bei einer Temperatur von 20 bis 100°C durchgeführt -werden, wobei sich entsprechend die Azety/lierungsdauer von 1 bis 50 Stunden verändert. Die Viskosität des Systems steigt allmählich, wodurch, die Schaumstabilität zusätzlich erhöht wird. Während des Haltens scheiden sich aus der Lösung kleinste Teilchen der neuen Phase aus, was zur Bildung der Kondensationsstruktur und zum gleichzeitigen Erhärten des Schaums führt. Während der Kondensationsstrukturbildung scheiden sich die Teilchen der neuen Phase (des Polyvinylformals) an der Oberfläche der Fasern ab, verbinden sich miteinander und bilden ein dreidimensionales Netzwerk, in dem auch die Fasern eingeschlossen sind. Da die Länge der Fasern (um das 1 oder 2fache bis um das hundertfache) die Porengröße übersteigt, so sind sie im allgemeinen gleichzeitig in mehrere Zellen eingebaut, durchziehen die Wände der Zellen oder sind in den Wänden selber angeordnet. Somit kommt es zu einer eigenartigen Bewehrung des Systems, wodurch die Festigkeit des porösen Materials bedeutend zunimmt. Dabei kommt es zu keiner merklichen Senkung der Elastizität und Biegsamkeit der polymeren Grundlage (der Matrize), da die Fasern selber eine hohe Biegsamkeit aufweisen.
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Nach der Abtrennung der flüssigen Phase, die man nocheinmal zur Bereitung des Reaktionsgemisches verwendet, -wäscht man die erhaltenen Materialien sorgfältig mit enthärtetem Wasser zur Entfernung der überschüssigen Säure, des Salzes und des Formalins und trocknet danach bei einer Temperatur von 70 "bis 900C. Bei der Herstellung des porösen reaktionsfähigen Materials bringt man den Azetylierungsgrad des PoIyvinylalkohols auf einen Wert, der die Bildung in den Wänden der Schaumbläschen der Kondensationsstruktur bewirkt. Beim Trocknen verschwindet die mikroporöse Kondensationsstruktur, indem sie sich in die Kryptokondensationsstruktur umwandelt. Es bleibt nur die gröbere Porosität erhalten, die beim Verschäumen und durch die Zugabe des faserigen Füllstoffes erhalten wurde. Tm trockenen Zustand ist das Material hart und kann verschiedenartiger mechanischer Bearbeitung zum Erteilen dem Material der notwendigen Maße und Formen unterworfen werden. Das Vorliegen in dem Material eines entwickelten Systems von offenen Poren und Kapillaren erleichtert bedeutend das Durchtränken des Materials mit wässerigen Lösungen. Die dünnen Wände werden schnell befeuchtet und quellen, wobei sich die Kryptokondensationsstruktur wieder entfaltet und das Volumen einnimmt, das sie in feuchtem Zustand vor der Trocknung einnahm. In einem solchen gequollenen Zustand, wo das Schaumpolyviny!formal ein kompliziertes faserig—poröses System darstellt, das aus feinsten Strukturelementen besteht, weist das Material eine sehr hohe Elastizität auf und ist zu sehr großen umkehrbaren Verformungen unter der Wirkung von Beanspruchungen fähig. Da das Wasser ein Weichmacher für das SchaumpolyvinyIformal ist, führt selbst ein längerer Betrieb des porösen reaktionsfähigen Faterials zu keinem Verlust an Elastizität.
Bei der Herstellung poröser reaktionsfähiger Materialien mit Oxydations-Reduktions-Eigenschaften gibt
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man der Reaktionsmasse während des Vermischens und beim Verschäumen zusätzlich mehrwertige Phenole, die zu Oxydations-Reduktions-Umwandlungen fähig sind, oder oligomere Produkte ihrer Kondensation mit Aldehyden zu. Man verwendet vorzugsweise Pyrokatechin, Pyrogallol, Hydrochinon oder zuvor synthetisierte- Oligomere von Pyrokatechinformaldehyd, Hydrochinonformaidehyd, Pyrokatechinresorzinformaldehyd und Hydrochinonresorzinformaldehyd mit molekularer Masse 600 "bis 800. Man bereitet wässerige Lösungen mit einer Konzentration von 5 *>is 15 Masseprozent. Die Zugabe zu der Reaktionsmasse erfolgt in kleinen Portionen unter intensivem Rühren.
Da das Reaktionsgemisch Formaldehyd und Säure enthalt, beobachtet man beim Halten in einem thermostatierten Gefäß den Ablauf mehrerer untereinander konkurrierenden Reaktionen, wie-Substitution der freien Hydroxylgruppen des Copolymerisates von Vinylalkohol und Vinylformal durch Formaldehyd nach der Azetylierungsreaktion, Umsetzung des Formaldehyds mit Polyphenolen oder mit deren oligomeren Produkten unter Bildung von Mono-, Di- und Polymethylolderivaten der Polyphenole und deren Reaktion mit freien Hydroxylgruppen der Glieder des Polyvinylalkohole, Wachsturn-der aufgepfropften Kette der Oligomethylenpolyphenole und weitere Kondensation der Oligomere der Methylenpolyphenole unter Bildung unlöslicher Produkte. Somit kommt es zu. einer kovalenten Bindung der Redox-Gruppen an die polymere Grundlage,
Die erhaltenen Materialien werden mit vom Sauerstoff befreitem Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 60 bis 800C getrocknet. ,
Das Verfahren zur Herstellung eines porösen reaktionsfähigen Materials auf Basis von elastischem Schaumpolyurethan sieht folgende Stufen vor: Vermischen des Polyesters mit den darin dispergierten ge-
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schnittenen Eedox-Pasern mit Diisozyanat, Verrühren in einem schneilauf enden Fischer, Vermischen mit dem Katalysator und wenig Wasser und Härten der Schaumkunststoff e .
Pur die Herstellung eines porösen offenzelligen .füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials auf Basis von elastischem Schaumpolyurethan vermischt man alle Ausgangskomponenten in einem Mischer (einstufige Methode) oder man erhält zunächst Polyesterisozyanat aus Polyester und Diisozyanat, in Überschuß genommen, und vermischt dann dieses mit den anderen Komponenten (zweistufige Methode). Bei der einstufigen Methode läuft die Reaktion mit großer Geschwindigkeit, bei der zweistufigen bedeutend langsamer ab. In dem letzteren Fall besteht die Möglichkeit, die Dichte des Materials zu regeln.
Man verwendet Polyester (Kondensationsprodukte polyfunktioneller Säuren und polyfunktioneller Alkohole) , Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxyden mit bifunktioneIlen Alkoholen) und stickstoffhaltige polyfunktionelle Alkohole oder Polyäther (Kondensationsprodukte von Alkenoxyden mit polyfunktionellen Aminen, beispielsweise Ithylendiamin, Diäthylentriamin) und andere.
Als Katalysatoren der Umsetzung des Diisozyanates mit den Hydroxylgruppen der Polyester und Polyäther oder der mehrwertigen Alkohole, die die Reaktionsgeschwindigkeit und die Dauer des Prozesses kontrollieren , verwendet man Phenolate, Methyl- und Athylmorpholine, Pyridin, Dirnethylanilin.
Als Emulgatoren dienen Natriumsalze der Sulfosäuren., Es können auch anderen grenzflächenaktive Stoffe verwendet werden„ Als Weichmacher verwendet man Dibutylphthalat und Trikresy !phosphat.
Die Dichte des geschäumten Gemisches und die Anzahl der Querverbindungen regelt man durch die Ver-
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änderung der Menge des V/assers und des Diisozyanates, die dem. Polyester "beziehungsweise dem Polyäther zugesetzt werden. Je mehr Wasser und Diisozyanat zugesetzt werden, desto geringer ist die scheinbare Dichte und desto größer die Anzahl der Vernetzungen zwischen den Ketten, wobei die letzteren die Härte des Materials erhohen.
Das Härten des porösen reaktionsfähigen Materials dauert einige Stunden.
Die Reaktionsfähigkeit der fertigen Materialien untersucht man unter laboratoriumsmäßigen Bedingungen wie folgt.
Zur Bestimmung der Oxydations-Reduktions-Kapazi— tat "bringt man eine Einwaage des lufttrockenen Redox— -Polymerisates in einer Menge von 0,3 Ms 0,5 g ineinen Stehkorben von 200 Ms 250 ml Fassungsvermögen ein, in dem sich genau 100 ml 0,2 η-Lösung von Eisen (ITI)-Chlorid in O,2n-Salzsäure befinden. Die-Temperatur der Lösung wird auf 55 G gehalten. Der Kolben wird periodisch geschüttelt. Nach 10 Minuten preßt man das Redox-Polymerisat ah und trägt aus dem Kolben heraus, während die Lösung des Oxydationsmittels auf den Gehalt derselhen an gebildetem zweiwertigem Eisen analysiert wird.
Zur Analyse entnimmt man mit einer Pipette fur 25 ml eine Probe der Lösung und überträgt sie in einen Kolben für 100 ml, gibt 20 ml 2n-Salzsäure und 4 Tropfen Indikator, Diphenylamin, zu. (Der Indikator wird durch Auflösung von 0,2 g Diphenylamin in 100 ml konzentrierter Schwefelsäure bereitet). Nach dem Verrühren des Kolbehinhaltes führt man die Titrierung mit O,ln-Kaliumhydrogenchromatlösung bis zum Auftreten dunkelgrüner Farbe durch. Dann gibt man der Lösung 5 ml 25%ige Lösung von Orthophosphorsäure zu, die die Ionen des Eisens (Oxydeisens) zu einem Komplex abbindet und dadurch deren oxydierenden Einfluß auf das Diphenylamin ausschaltet. Dann titriert man solange, bis die Lösung violettblau wird.
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Die Oxydations-Reduktions-Kapazität (OEK) der Redox-Polymerisates wird nach der folgenden Formel berechnet:
ORK =
worin V = Menge der Dichromatlösung, die für das Titrieren verbraucht wurde, in ml; N = Normalität der Hydrogenchromatlösung; q = Einwaage des Redox- -Polymerisates, in g.
Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen, der die Geschwindigkeit des Elektronenaustauseb.es kennzeichnet, ist das Verhältnis der Oxydations-Reduktions-Kapazität bei zehnminutigem Kontakt zwischen dem Material und der Lösung zur vollständigen Oxydations- -Reduktions-Kapazität.
Zur Bestimmung des Prozentsatzes der Senkung der Kapazität der Materialien werden die letzteren mehrmaligen Oxydations-Reduktions-Zyklen unterworfen.
Die erfindungsgemäßen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien übertreffen bedeutend (um das 2 bis 3fache) die bestehenden Redox-Materialien in den kinetischen Kennwerten, der osmotischen Stabilität und der mechanischen !Festigkeit.
Die Materialien weisen biegsamelastische Eigenschaften auf und sind zu sehr großen umkehrbaren Verformungen fähig.
Die mit Fasern gefüllten porösen reaktionsfähigen Materialien werden zum Unterschied von den bestehenden Polymerisaten bei bedeutenden mechanischen Einwirkungen und starken Veränderungen der Ionenstärke der Lösungen praktisch nicht zerstört.
Bei der Herstellung von porösen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materialien können beliebige Typen reaktionsfähiger Fasern mit Oxydations-Reduktions- -Eigenschaften verwendet werden. Das Material kann für
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Viele Zwecke eingesetzt werden und ist für den Betrieb in flussigen, und gasförmigen Medien.,die eine niedrige Konzentration des gelösten Stoffes aufwei— . sen geeignet.
Im Betrieb werden die porösen, reaktionsfähigen. Materialien infolge ihrer hohen, osmotischen Stabilität und mechanischen Festigkeit durch hohe Stabilität der Masse gekennzeichnet.
Die Oxydations-Reduktions-Prozesse sowie die Sorptionsprozesse unter Terwendung dieser Materialien kann man nach der bestehenden Technologie in Kolonnen, Filterpressen durchführen r ohne wesentliche konstruktive Änderungen an der apparativen Gestaltung dieser Prozesse vornehmen zu müssen.
.Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden folgende konkrete Beispiele angeführt. Beispiel 1
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Schaumpolyviny!formal und 80% Polyvinylalkahol-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Polymethylenpyrogallol-Ketten enthält.
100 ml 10%ige Lösung von Polyvinylalkohol verschäumt man in einem offenen Gefäß in Gegenwart von Alkylsulfat als Emulgator mit einem mechanischen Rührer bei atmosphärischem Druck im Verlaufe von 10 bis 15 Minuten. Dann gießt man unter fortgesetztem Rühren dem Schaum 10 ml 37%ige Lösung von Formaldehyd hinzu. 1 bis 2 Minuten vor der Beendigung des Verschäumens gibt man als Katalysator der Reaktion der Kondensationsstrukturbildung konzentrierte Salzsäure in einer Menge von 10 ml zu. Dem homogenen Schaum gibt man unter Rühren Oxydations-Reduktions-Fasern, erhalten durch Aufpfropfen von Polymethylenpyrogallol an PoIyvinylalkoholfasern, in einer Menge von 40 g (80%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials) zu. Die Schnittlänge der Fasern beträgt 5 bis 8 mm. Die erhaltene Masse gießt man in eine Form und hält zum
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Härten in einem thermosfatierten Gefäß bei einer Temperatur von 7O°C 60 Minuten und dann zur Erzielung eines möglichst vollständigen Ablaufs des Prozesses 24 Stunden bei Zimmertemperatur. Das erhaltene Material 5- wäscht man nach der Abtrennung der flüssigen Phase von den unumgesetzten Reagenzien und trocknet.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 4,0 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox- -Gruppen (das Verhältnis der statischen Kapazität zur vollständigen Kapazität) im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 75%.
Die scheinbare Dichte des Materials, die I50 bis 160 kg/nr ausmacht, bleibt während des· Betriebes unverändert.
Nach 10 Ionenaustauschzyklen sinkt die Oxyda-' tions-Reduktions-Kapazität um 12% gegenüber der Ausgangskapa zität.
Beispiel 2
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Easern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin enthält·
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 23,3 g Polyvinylalkoholfasern mit aufge- · pfropftem Polymethylenpyrokatechin (70%, bezogen auf die Masse des fertigen Materials) ein.
Das erhaltene Material ist ein Redosc-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3»5 mVal/go Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox- -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 76%·
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 15% gegenüber der Ausgangskapazität, Die scheinbare Dichte des Materials, die 140 bis I50 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
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Beispiel 3
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Polymethylenpyrogallol-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man "bringt jedoch statt 40 g Fasern 23,3 S Polyvxnylalkoholfasem mit aufgepfropftem Polymethylenpyrogallol ein und gibt zusätzlieh der Reaktionsmasse beim Verschäumen 30%, bezogen auf.die Masse des Polyvinylalkohole, Pyrogallol in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Gxydations-Reduktions-Kapazität von 3,9 bis 4,2 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox- -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 79%.
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 17% gegen über der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die 150 kg/m beträgt, bleibt wahrend des Betriebes unverändert. Beispiel 4
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Schaumpolyvinylformal und 80% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgeprfropften PoIymethylenhydrochinon-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g der in Beispiel 1 verwendeten Fasern 40 g PoIyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem Polymethylenhydrochinon ein und gibt der Reaktionsmasse beim Verschäumen zusätzlich 4,0 g (0,4 Masseprozent) Hydrochinon in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Die erhaltene Masse hält man zum Härten 90 Minuten in einem thermostatierten Gefäß bei einer Temperatür von 6O0C.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3,2
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. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 74%.
Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 19% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die I30 bis 135 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert. Beispiel 5
Poröses reaktionsfähiges Material, -welches 30% Schaumpolyvinylf ormal und 70% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Pasern mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin-Ketten enthält·
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 23,3 g (70 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin ein und gibt zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 0,5 g (5%> bezogen auf die Masse des PoIyvinylalkohols) Pyrokatechin in Form einer 10%igen -wässerigen Lösung zu.
Die erhaltene Masse hält man zum Härten 60 Minuten in einem thermostatierten Gefäß bei einer Temperatur von 700C.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3»9 ^is 490 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Eedox- -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 82%.
liach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 18% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die 130 bis 140 kg/m3 beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel G
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Polyakrylnitril-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Polyme- fchylenpyrokatechin-Ketten enthält .
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt
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40 g Fasern 40 g (80 Masseprozent) Polyakrylnitrilfa^- sern mit aufgepfropftem P^lymetby^enpyrokatechin ein und gibt zusätzlich der Reaktionsmasse beim Yerscbäix=-- men. 1 g (10%, "bezogen auf die Masse des Palyvinylal^ kohols) Pyrokatechin in Form einer IQ&igen wässerigen Losung zu.
Die Härtungstemperatur "beträgt 50°C, die Härtungsdauer 90 Minuten*
Das erhaltene Material ist ein Redox—Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions'-Kapazität von 3V5 ^is 4,0 mVal/g* Der Koeffizient der Ausnutzung der--Redox— -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 81%. Fach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 22% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 130 bis 140 kg/iir betragt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 7
Poröses- reaktionsfähiges Material, welches 40?? Schaumpolyvinylforymal und 60% Polyakrylnitril-Oxydations-Reduktions-IPasern mit aufgepfropften Polymethylenpyrogallol-Ketten enthält
Das Terfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 70 g Pasern 15 g (60 Masseprozent) Polyakrylnitrilfasern mit aufgepfropftem PolymethylenpyrogaHol ein und-gibt zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 1,5 g (15%» bezogen auf die Masse des PoIyvinylalkohols) Pyrogallol in Form einer 10%igen -wässerigen Lösung zu.
Die Härtung wird bei einer Temperatur von 800C im Verlaufe von 60 Minuten durchgeführt. Als Katalysator der Reaktion verwendet man statt Salzsäure Orthophosphorsäure in. einer Menge von 2,7% je 100 g absolut trockene Substanzen der Mischung.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 4,1 bis 4,3 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-
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-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 80%. Fach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 12% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 15O kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 8
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Hydratzellulose—Oxydations-Reduktions-Pasern mit aufgepfropften Polyme- · thylenpyrokatechin-Ketten enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Pasern 23,3 g (70 Masseprozent) Hydratzellulosefasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin ein und gibt zusätzlich dem Reaktionsgemisch beim Verschäumen 2,0g (20%, bezogen auf die Masse des PoIyvinylalkoholes) Pyrokatechin in Form einer 10%igen wässerigen Losung zu. Die Härtung wird bei einer Temperatur von 50 C im Verlaufe von 2 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 4,3 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox- -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 75%. KFach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 19% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die I30 kg/m beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 9
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Hydratzellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Polyme— thylenhydrochinon-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Pasern 23,3 g (70 Masseprozent) Hydratzellulosefasern mit aufgepfropftem Polymethylenhydrochinon ein
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und gibt zusätzlicli dem Eeaktionsgemisch beim Verschäumen 2,5 g (25%, bezogen auf die Kasse des Polyvinylalkohole) Hydrochinon in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu. Die Härtung wird bei einer Temperatür von 40°C im Verlaufe von "8 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Bedox-Polymerisat mit einer Oxydations-Beduktlons-Kapazltät von 4·.,9 mVal/g«
. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-G-rüppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 81%. Die scheinbare Dichte des Materials, die 120 kg/m beträgt, bleibt
während des Betriebes unverändert. Beispiel 10
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyviny !formal und 70% Azetatzellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin-Ketten enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40. g Fasern 23,3 g (70 Masseprozent) Äzetatzellulosefasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin ein und gibt zusätzlich dem Beaktionsgemisch beim Verschäumen 3)0 g (30%, bezogen auf die Masse des Poly— vinylalkohols) Pyrokatechin in Form einer 10%igeii wässerigen Lösung zu. Die Härtung wird bei einer Tempera— tür von 30°C im Verlaufe von 15 Stunden durchgeführt. Das erhaltene Material ist ein Eedox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,9 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 74%. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 21% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die 100 kg/mJ beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 11
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyviny !formal und 30% Polyvinylalkohol-Oxydations-Eeduktions-Fasern, die Anthrachinon enthalten, enthält
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Das Verfahren ist analog zu dem In Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 10 g (50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, die Änthrachinon (insbesondere 2-Hydroxyanthrachinon) enthalten, ein. Die Härtung wird bei einer Temperatur von 200C im Verlaufe von 50 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Eedox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 1,3 "bis 1,4 mVal/g. Die scheinbare Dichte des Materials, Öle 100 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 18% gegenüber der Ausgangskapazität.
Beispiel 12
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% SchaumpoIyviny!formal und 70% Polyakrylnitril-Oxyda— tions-Reduktions-Fasern, die Tetranaphtohydrochinon enthalten, enthält.
Das Verfahren ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 23>3 g (70 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, die Tetranaphthohydrochinon enthalten, ein und gibt zusätzlich 0,4 g (4%, bezogen auf die Masse des PoIyvinylalkohols) Tetranaphthohydrochinon in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu. Die Härtung wird bei einer Temperatur von 20 C im Verlaufe von 50 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Bedox-Polymerisat mit einer Öxydations-Eeduktions-Kapazität von 3,5 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox- -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 75%. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 14% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, die I50 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 13
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Polyvinylalkohol-Oxyda-
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tions-'-Reduktions-Fasern, modifiziert m±t f ormaldehydnovolakoligomer, enthält. !
Das Verfahren ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 23,3 S C70 Masseprozent) PolyvinylaIkoho!fasern, modifiziert mit Pyrokatechinformaldeliydnovolakoligoiner, ein und gibt zusätzlich 0,2 g (2%, bezogen auf die ; Masse des Polyvinylalcohols) Pyrokatechihformaldehydnovolakoligomer in Form, einer 10%igen wässerigen Lösung zu. Die Härtung wird im Verlaufe 1 Stunde bei einer Temperatur von 90 C durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Eedox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 5>0 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 81%. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 14% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche I90 kg/m"^ beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 14
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 70% Schaumpolyviny!formal und 30% Polyakrylnitril-Qxydations-Reduktions-Fasern, modifiziert mit Pyrokatechinformaldehydoligomer, enthält,
Das Verfahren ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 4,4 g (30 Masseprozent) Polyvakryliiitrilfasern, modifiziert mit Pyrokatecinformaldehydoligomer, ein. Als Katalysator der Härtungsreaktion verwendet man statt konzentrierter Salzsäure konzentriente Schwefelsäure in einer Menge von 1,9% je 100 g absolut trockene Substanzen der Mischung.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktiöns-Kapazität von 1,1 mVal/' g.· Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 84%. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 12% gegenüber der
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Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welches ISO Ms 200 kg/nr beträgt, "bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel I5
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaunrpolyvinylformal und 70% Hydratzellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern, modifiziert mit Pyrokatech formaldehydoligomer, enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g lasern 23,3 g (70 Masseprozent) mit Pyrokatechinformaldehyd modifizierte Hydratzellulosefasern ein und gibt zusätzlich 0,4 g (4%, bezogen auf die Masse des Polyvinylalkohol) Pyrokatechinformaldehydoligomer in Form einer 10%igen wässerigen Lösung und 4 Masseprozent (0,4 g) Resorzin in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydation-Reduktions-Kapazität von 4,4 mVal/g, Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 72%. Nach zehn Betriebszyklen sinkt die Kapazität um 7»2% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welches I50 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 16
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% Hydratzellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern, modifiziert mit Hydrochinonformaldehydoligomer, enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen,- man bringt jedoch statt 40 g Fasern 23,3 S (70 Masseprozent) mit Hydrochinon- -formaldehyd modifizierte Hydratzellulosefasern ein und gibt zusätzlich der Reaktionsmasse beim Verschäumen 0,5 g (5 Masseprozent) Hydrochinonformaldehydoligomer in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
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Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerlsat mit einer Oaydation-Eeduktions-Kaapazität von 3 »8 mVal/g· . Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox^G-ruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 84%. Fach zehn Betriebs— zyklen sinkt die Kapazität um 13,055 gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welches 120 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 17
Poröses reaktionsfähiges Material, -welches 60% Schaumpolyvinylformal und 40% AzetatZellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropftem Polymethylennaphthochinon enthält.
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 8 g (40 Masseprozent) Azetatzellulosefasern mit aufgepfropftem Polymethylennaphthochlnon ein. Die Härtung -wird bei einer Temperatur von 200C im Verlaufe von 50 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,4 mVal/g. Die scheinbare Dichte des Materials, Vielehe 110 kg/iir beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert. "
Beispiel 18
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyvinylformal und 50% Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern mit Phenthiazinfarbstoff enthält. .-■-■'■
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 10 g (50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, die einen Phenthiazinfarbstoff, insbesondere Toluidinblau enthalten, ein und gibt zusätzlich 3 Masseprozent Pyrokatechin in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,7 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox- -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 69%. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 90 kg/m beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 19 .
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Schaumpolyvinylformal und 60% Polyakrylnitril-Oxydations—Beduktions-Fasern mit Phenthiazinfarbstoff enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 15 g (60 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern, welche einen Phenthiazinfarbstoff, insbesondere Toluidinblau enthalten, ein. Die Härtung wird bei einer Temperatur von 100 C im Verlaufe von 30 Minuten durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 1,3 mVal/g. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 120 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 2Q
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 20% Schaumpolyvinylformal und 80% Hydratzellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern mit Phenthiazinfarbstoff enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Pasern 40 g (80 Masseprozent) Hydratzellulosefasern, welche einen Phenthiazinfarbstoff, insbesondere Toluidinblau enthalten, ein und gibt zusätzlich .2 Masseprozent Hydrochinon in Form einer 10%igen wässerigen Lösung zu.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,9 mVal/g.
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. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 110 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert. .
Beispiel 21
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% SchaumpoIyviny!formal und 70% HydratZellulose-Oxydations-Reduktions-Fasern mit SuIfhydry!gruppen enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 23,3 g C70 Masseprozent) Hydratzellulosefasern, welche Sulfhydzylgruppen enthalten, ein. Die Härtung wird bei einer Temperatur von 30°C im Verlaufe von 20 Stunden durchgeführt.
Das erhaltene Material ist ein Sulfhydryl-Redox-—Poymerisat mit einer Oxydations-Redüktions-Kapazität nach der Ο,ΐη-Silbernitratlösung von 5»! bis 5»2 mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox- -Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 42%. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 120 bis
130 kg/iir beträgt,Γ bleibt während des Betriebes unverändert. "
Beispiel 22
Poröses reaktionsfähiges Material, welches ^0% Schaumpolyurethan und 50% Polyvinylalkohol-Oxydations- -Reduktions-Fasern mit aufgepfropften Polymethylenpyrokatechin-Ketten enthält
Die Mischung zum Verschäumen besteht aus (Masseteile): Polyestern (insbesondere Polyäthylendipat oder Polypropylenoxid oder Eopolymerisat von Tetrahydrofuran und Propylenoxid) mit den darin dispergierten Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions-Fasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin mit einer Schnittlänge von 4 bis 5 mm 6,84- g (34,2 Masseprozent),ToIuylendisozyanat (in Form von zwei Isomeren, 2,4 und 2,6, im Verhältnis 65/35 oder 80/20), 2,67 g (13,4 Masseprozent) Aktivatorgemisch, welches einen grenz-
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flächenaktiven Stoff enthält, 0,32 g (1,6 Masseprozent) , Dimethylanilin als Katalysator 0,1 g (0,5 Masseprozent), Wasser 0,07 g (0,3 Masseprozent), Paraffinöl 0,01 g (0,05 Masseprozent).
Der Polyester wird 1 "bis 2 Minuten in einem schnellaufenden Mischer (65 his 100 U/s) mit feingeschnittenen Polyvinylalkohol-Oxydations-Reduktions- -ITasern mit aufgepfropftem Polymethylenpyrokatechin TlO g (50 Masseprozent)3 vermischt. Dann "bringt man die übrigen Anteile der Mischung ein, vermischt sie und gießt in eine Form, wo es zum Verschäumen kommt. Dann wird das Material gewaschen und getrocknet.
Das erhaltene Material ist ein Bedox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität von 3 »4-mVal/g. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Grupr pen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 64%.
Nach zehn Zyklen sinkt die Oxydations-Reduktions- -Kapazität um 13% gegenüber der Ausgangskapazität. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 200 bis 220 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 23
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyurethan und 50% Polyvinylalkohol-Oxydations- -Reduktions-Fasern mit Sulfhydrylgruppen enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g (50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern mit Sulfhydrylgruppen ein.
Das erhaltene Material ist ein Redox-Polymerisat mit einer Oxydations-Reduktions-Kapazität nach der Ο,ΐη-Silbernitratlösung von 3>4 ois 3>5 mVal/g. Die scheinbare Dichte des Materials, welche 240 bis 250 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert«
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Beispiel 24
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyurethan und 50% metallhaltige PolyvinyIaI-kohol-Oxydations-Reduktions-]Tasern enthält., Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g (50 Masseprozent) Polyvinylalkoholfasern ein, die Kupfer(II)-ionen enthalten.
Das nach der Reduktion der Kupferionen erhaltene Material weist eine Oxydations-Reduktions-Kapazität von 1,5 ^ is 2,0 mVal/g auf. Die scheinbare Dichte des Materials beträgt 250 bis 260 kg/m .
Beispiel 25
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Schaumpolyurethan und 60% metallhaltige Polyakrylnitril-Oxydations-Eeduktions-Fasern enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g (50 Masseprozent) Polyakrylnitrilfasern ein, die Eisen(III)-ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der Eisenionen eine Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,5 bis 2,6 mVal/g auf. Die scheinbare Dichte des Materials, die 260 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 26
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 50% Schaumpolyurethan und 50% metallhaltige Hydratzellulose-0xydations-Reduktions-3?asern enthält Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 22 beschriebenen, man bringt jedoch 10 g (50 Masseprozent) Hydratzellulose-Fasern ein, die Antimon (V) -ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der Antimonionen eine Oxydations-Reduktions-Kapazität von 2,5 bis 2,7 mVal/g auf. Die scheinbare Dichte des
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Materials, die 240 kg/iir "beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 2?
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 30% Schaumpolyvinylformal und 70% metallhaltige Hydratzellulose-0:xydations-Reduktions-Fasern enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu. dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 23,3 g (70 Masseprozent) Hydratzellulose- -Fasern ein, welche Eupfer(II)-ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der Kupferionen eine Oxydations-Reduktions-Kapazität von 4,9 bis 5»1 mVal/g auf. Der Koeffizient der Ausnutzung der Redox-Gruppen im Verlaufe von 10 Minuten beträgt 35%· Die scheinbare Dichte des Materials, welche 150 kg/nr beträgt, bleibt während des Betriebes unverändert.
Beispiel 28
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 40% Schaumpolyvinylformal und 60% metallhaltige Polyakrylnitril-Oxydations-Reduktionsfaserri enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 15 g (60 Masseprozent) Polyakrylnitrilfasern ein, welche Kupfer(II)-ionen enthalten.
Das erhaltene Material weist nach der Reduktion der Kupferionen eine Oxydations-Reduktions-Kapazität von 5,1 bis 5,3 mVal/g auf.
Beispiel 29
Poröses reaktionsfähiges Material, welches 80% Schaumpolyvinylformal und 20% metallhaltige Polyakrylnitril-Oxydations-Reduktions-Fasera enthält
Das Verfahren zur Herstellung ist analog zu dem in Beispiel 1 beschriebenen, man bringt jedoch statt 40 g Fasern 2,5 g (20 Masseprozent) Polyakrylnitrilfasern ein, welche Wismut(V)-ionen enthalten.
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Das -erhaltene V. a fee rial /weist- nach, der Bedufetion der Wismut ionen eine Gxydafcions-Keduktions-TIapazität von ü,8 "bis O ,"9 TaV.a-1/g auf. Die scheinbare Diclite des M-aterials, -weiche BO "bis "90 tg/mJ beträgt, -bleifeir v/äh rend des Betriebes unverändert. .
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BAD ORIGINAL

Claims (1)

  1. ΡΑΤΕ.α ."ANWÄLTE
    SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBiNGHAUS FINCK
    MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95O1S0, D-8OOO MÖNCHEN 95
    ALSO PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
    Leningradskij Institut tekstilnoj κληι- ludwig schiff
    legkod promyschlennosti imeni ^;IT^Z^
    DoPl ο K-irOVa DlPL. CHEM. DH. URSULA SCHÜBEL-HOPF
    t)IPL-ING. DIETER E8BINSHAUS DR. INQ. DIETER FINCK
    TELEFON (ΟΒΘ) *8 2OS4
    TELEX G-Q3S6S AURO D
    TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN
    30. April 1980 DEA-21079
    Poröses offenzelliges füllstoffhaltiges reaktionsfähiges Material
    Patentansprüche
    Eine polymere Grundlage und einen reaktionsfähigen Füllstoff enthaltendes poröses offenzelliges . füllstoffhaltiges reaktionsfähiges Material, dadurch gekennzeichnet, daß man
    - als polymere Grundlage Schaumpolyvinylformal oder SchaumpοIyurethan verwendet und — als reaktionsfähigen Füllstoff zerkleinerte reaktionsfähige Oxidations-Reduktions-Fasern in einer Menge von 10 bis 80%s bezogen auf die Masse des fertigen Materials einsetzt.
    2ο Poröses offenzelliges füllstoffhaltiges reaktionsfähiges Material nach Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet s daß der Gehalt an reaktionsfähigen Fasern vorzugsweise 50 bis 70%j> bezogen auf die Masse des fertigen Materials, beträgt,
    3o Poröses offenzelliges füllstoffhaltiges reaktionsfähiges Material nach Anspruch la2s dadurch gekennzeichnet j daß man als reaktionsfähige Oxidations- -Reduktions-Faserns Polyvinylalkohol-, Polyakrylnit-
    030047/0728
    -z-
    ril-, Hydratzellulose- und Azetatzellulosefasern mit kovalent gebundenen Oxydation-Reduktions-Mitteln verwendet, wobei als Oxydations-Reduktions-Mittel Stoffe aus der Gruppe verwendet werden, die aus mehrwertigen Phenolen, Anthraehinonen, Naphthochinonen, oligomeren Produkten ihrer Kondensation mit Aldehyden, Phenothiaz-r infarbstoffen, Verbindungen mit Sulfhydry !gruppe η besteht.
    4. Poröses offenzelliges füllstoff haltiges. reaktionsfähiges Material nach Anspruch 1,2, dadurch gekennzeichnet, daß man als reaktionsfähige Oxydati ons- -Reduktions-Fasern metallhaltige Fasern auf Basis von Ionenaustauscherpolymeren aus Polyvinylalkohol, Hydrat Zellulose, Polyakrylaten verwendet.
    5· Verfahren zur Herstellung eines porösen offenzelligen füllstoffhaltigen reaktionsfähigen Materials nach Anspruch 1 durch Vermischen einer Losung des Polymers, des Formalins, des grenzflächenaktiven Stoffes und des sauren Härtungskatalysators mit den zerkleinerten Fasern, Verschäumen der Reaktionsmasse und Halten derselben bei einer Temperatur von 20 bis 1000C im Verlaufe, von Ibis 50 Stunden, dadurch gekennzeichnet, daß man der Reaktionsmasse beim Vermischen und Verschäumen zusätzlich 0,2 bis 30 Masseprozent, bezogen auf den Gehalt an Polymer, mehrwertige Phenole, die zu Oxydations-Reduktions-Ümwandlungen fähig sind, oder oligomere Produkte der Kondensation der genannten Phenole mit Aldehyden zugibt.
    6. Verfahren zur Herstellung eines porösen offenzelligen füllstoff haltigen reaktionsfähigen Materials nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß
    Brervz
    man als mehrwertige Phenole Hydrochinon8 Pya?ekatechin, Pyrogallol oder ein Gemisch derselben mit Resorzin und als oligomere Produkte der Kondensation der genannten Phenole mit Aldehyden Novolakharze auf Basis von Hydrochinon oder Pyrokatechin mit Formaldehyd verwendet.
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