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DE3205289A1 - Verfahren zur herstellung von poroesen koerpern mit einstellbarem gesamtporenvolumen, einstellbarer porengroesse und einstellbarer porenwandung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von poroesen koerpern mit einstellbarem gesamtporenvolumen, einstellbarer porengroesse und einstellbarer porenwandung

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DE3205289A1
DE3205289A1 DE19823205289 DE3205289A DE3205289A1 DE 3205289 A1 DE3205289 A1 DE 3205289A1 DE 19823205289 DE19823205289 DE 19823205289 DE 3205289 A DE3205289 A DE 3205289A DE 3205289 A1 DE3205289 A1 DE 3205289A1
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DE
Germany
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polymer
compound
liquid
temperature
mixture
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DE19823205289
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English (en)
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DE3205289C2 (de
Inventor
Christoph Dipl.-Chem. Dr. 8751 Kleinwallstadt Josefiak
Friedrich 8761 Wörth Wechs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Original Assignee
Akzo GmbH
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Publication date
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Priority to CA000421158A priority patent/CA1231210A/en
Priority to JP58018246A priority patent/JPS58164622A/ja
Priority to US06/465,560 priority patent/US4594207A/en
Priority to FR8302156A priority patent/FR2521572B1/fr
Priority to GB08303773A priority patent/GB2115425B/en
Priority to SE8300766A priority patent/SE449368B/sv
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Description

_ 6 _ A3GW32006
Verfahren zur Herstellung von porösen Körpern mit einstellbarem Gesamtporenvolumen, einstellbarer Porengröße und einstellbarer Porenwandung
A k ζ ο GmbH
Wuppertal
•Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geformten und ungeformten Körpern mit poröser Struktur, wie Fäden, Folien, Schläuchen, Stangen, Profilen, Pulvern u.dgl., insbesondere aber von Membranen in Form von Hohlfasern mit einstellbarem Gesamtporenvolumen, einstellbarer Porengröße und einstellbarer Porenwandung.
Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern, wobei unter porös sowohl eine makroporöse als auch eine mikroporöse Struktur bzw. Mischformen der beiden zu verstehen sind, werden bereits in der DE-OS 2 737 745 beschrieben. Dort, werden·zahlreiche Polymere und Flüssigkeiten angegeben, die aus einer homogenen Lösung nach bestimmten Verfahren zu Formkörpern mit interessanten Eigenschaften verarbeitet werden können. Dabei wird für ein bestimmtes Polymer oder eine Polymerkombination jeweils ein spezielles Lösungsmittel eingesetzt..
μ. · «V j» * -*■
- 7 - A3GW32006
Nach diesem Verfahren lassen sich vor allen Dingen Formkörper mit einstellbarem Gesamtporenvolumen herstellen. Durch Verändern des Polymeranteils in der Lösung ist es möglich, den Porenvolumenanteil im fertigen Formkörper innerhalb weiter Grenzen zu variieren. Schwierigkeiten bereitet es jedoch, gleichzeitig auch die Porengröße auf einen gewünschten Wert einzustellen, denn mit zunehmendem Porenvolumenanteil nimmt gleichzeitig auch die Größe der einzelnen Poren zu. Es ist zwar möglich, in einem gewissen Maße durch Verändern der Abkühlbedingungen die Porengröße zu steuern, jedoch sind dem erhebliche Grenzen gesetzt, einmal weil der Abkühlprozeß häufig sehr schlecht kontrolliert werden kann,, zum anderen treten auch Schwierigkeiten bei der Verformung zu Formkörpern auf, wenn man in. mehr oder wertiger hohem Maße von bestimmten Abkühlbedingungen abweicht. So kann bei sehr langsamer Abkühlung die Form nicht beigehalten werden, bei zu schneller Abkühlung kommt es zu Schwierigkeiten am Ausgang des zur Formung verwendeten Werkzeuges wie Hohlfaserdüsen u.dgl.
Ein weiterer Nachteil des in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Verfahrens ist, daß ein beachtlicher Teil der dort empfohlenen Flüssigkeiten mehr oder weniger toxisch ist, so daß der Aufwand beim Extrahieren der toxischen Flüssigkeit nach Verfestigung des Formkörpers sehr hoch ist, insbesondere, wenn die Formkörper auf medizinischen Gebieten, in der pharmazeutischen Industrie, in der Lebensmittelindustrie u.a. eingesetzt werden sollen.
Ähnliche Probleme, wie sie oben geschildert werden, können auch bei Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, wie sie beispielsweise in der DE-OS 2 833 493 und in der deutschen Patentanmeldung, Aktenzeichen P 30 26 718.6-41, vom 15.7.1980 beschrieben werden, auftreten.
- 8 - A3GW32006
Obwohl bereits zahlreiche Verfahren bekannt sind, mit denen man Körper mit poröser Struktur gewinnen kann, besteht deshalb noch ein Bedürfnis nach verbesserten Verfahren, die zu Produkten mit guten und verbesserten Eigenschaften führen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein wirtschaftliches Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem es auf einfache Weise möglich ist, geformte und ungeformte Körper mit poröser Struktur und einstellbarem Gesamtporenvolumen, einstellbarer Porengröße und einstellbarer Porenwandung herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren, mit dem diese Eigenschaften reproduzierbar erhältlich sind, das eine große Prozeßsicherheit bietet und das zu Körpern führt,· die auf dem Gebiet der Medizin, der Pharmazie und der Lebensmittelindustrie und ähnlichem bedenkenlos eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eben erwähnten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Polymer durch Erwärmen über die obere kritische Temperatur T in einem Gemisch zweier, bei der Lösetemperatur· flüssigen und mischbaren Verbindungen A und B löst, wobei das eingesetzte Gemisch Polymer, Verbindungen A und B im flüssigen Aggregatzustand eine Mischungslücke aufweist, die Verbindung A ein Lösemittel für das Polymer ist und die Verbindung B die Phasentrennungstemperatur einer Lösung, bestehend aus dem Polymer und der Verbindung A, heraufsetzt, die Lösung gegebenenfalls formt und durch Abkühlen zur Entmischung und Erstarrung bringt und die Komponenten A und/oder B gegebenenfalls extrahiert.
—. Q —
jzuo
— Q —
A3GW32006
Als Verbindung B kann ein Nichtlöser für das Polymer ver-' . wendet werden. Es ist auch möglich, eine Verbindung B zu verwenden, die das Polymer zwar löst/ dessen Lösetemperatur in Bezug auf das Polymer jedoch mindestens 500C, vorzugsweise mindestens 1000C höher liegt als die Lösetemperatur der Verbindung A in Bezug auf das Polymer. Die Verbindung B kann auch ein Quellmittel für das Polymer sein.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein Polymer und eine . , Verbindung A verwendet, die ein binäres System bilden, das im flüssigen Aggregatzustand eine Misehungslücke aufweist. Als Polymer sind Polyolefine, insbesondere Polypropylen sehr geeignet. Für Polyolefine wie Polypropylen werden als Verbindung A vorzugsweise Speiseöle oder Speisefette verwendet. Als Verbindung B kann dabei eine mit Speiseölen oder Speisefetten mischbare Verbindung verwendet werden, die ein Nichtlöser für das Polymer ist oder dessen Lösefähigkeit für das Polymer erheblich geringer ist als das von Speiseölen oder Speisefetten. Hier ist Rizinusöl als Verbindung B besonders geeignet,· Zweckmäßige Verbindungen A sind Sojaöl, Palmkernöl. Die Lösung wird vorzugsweise zu Membranen in Form von Hohlfasern oder Flachfolien geformt. Ein sehr geeignetes Verfahren zur Herstellung von Hohlfasermembranen besteht darin, daß man die Lösung in ein Spinnrohr extrudiert, das die Flüssigkeit A als Badflüssigkeit enthält, wobei die Badflüssigkeit im Spinnrohr eine Temperatur unterhalb der Phasentrennungstemperatur besitzt und die Membran und die Flüssigkeit A in gleiche Richtung mit etwa gleicher oder nur geringfügig unterschiedlicher linearer Geschwindigkeit durch das Spinnrohr geführt wird, die Membran sodann unter geringer Spannung aus dem Spinnrohr abzieht und die gebildete Hohlfaserstruktur nach ihrer Verfestigung mit einem Lösungsmittel gegebenenfalls extrahiert. Ein weiteres zweckmäßiges
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Verfahren besteht darin, daß man die Lösung in ein Spinnrohr extrudiert, welches als Badflüssigkeit ein Gemisch von A und B in den gleichen relativen Mengenverhältnissen wie in der extrudierten Lösung vorhanden, enthält, wobei die Badflüssigkeit im Spinnrohr eine Temperatur unterhalb der Phasentrennungstemperatur besitzt und die Membran und die Badflüssigkeit in gleicher Richtung mit etwa gleicher oder nur geringfügig unterschiedlicher linearer Geschwindigkeit durch das Spinnrohr geführt wird, die Membran sodann unter geringer Spannung aus dem Spinnrohr abzieht und die gebildete Hohlfaserstruktur nach ihrer Verfestigung mit einem Lösungsmittel extrahiert.
Es hat sich in vielen Fällen als zweckmäßig erwiesen, daß man zwischen Austrittsfläche der verwendeten Hohlfaserdüse und der Flüssigkeitsoberfläche im Spinnrohr einen Luftspalt einhält.
Die flüssige Verbindung A kann zusätzlich mit ein oder mehreren weiteren Flüssigkeiten, insbesondere weiteren Lösungsmitteln verschnitten sein; auch die Verbindung B kann in Mischung mit einer oder mehreren weiteren Verbindungen eingesetzt werden. Es ist möglich, das erfindungsgemäße Verfahren mit etwa 5 bis 9 0 Gew.-% Polymer, das in 10 bis 95 Gew.-% eines Gemisches aus den flüssigen Verbindungen A und B gelöst ist, durchzuführen. Vorzugsweise verwendet man eine Lösung, die 15 bis 30 Gew.-% Polymer und 85 bis 70 Gew.-% des Gemisches aus den flüssigen Verbindungen A und B enthält. Das Gemisch aus A und B setzt sich zweckmäßigerweise aus 60 bis 90 Gew.-% eines Lösungsmittels für das Polymer und 10 bis 40 Gew.-% eines Nichtlösungsmittels bzw. Quellmittels für das Polymer zu-. sammeη.
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_ 11 _ ' A3GW32006
Unter porösen Körpern sind im Rahmen der Erfindung geformte und nicht geformte Körper zu verstehen, wie Fasern, Hohlfasern, Rohre, Schläuche, Stäbe, Stangen oder sonstige· Profilkörper, Blöcke, auch pulverförmige Körper usw., die Poren enthalten- Dabei kann es sich um sogenannte Makroporen oder Mikroporen oder um beide Formen handeln.
Unter Poren sind im Rahmen der Erfindung Hohlräume zu verstehen, die sich sowohl im Inneren des Körpers als auch auf der Oberfläche befinden können. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Hohlräume geschlossen sind, öffnungen aufweisen, z.B. an der Oberfläche des Körpers oder weil sie eine oder mehrere Verbindungen zur nächsten Pore aufweisen. Auch die Hohlräume, welche einzelne Hohlräume miteinander verbinden und in ihren Dimensionen häufig von den Hohlräumen, welche sie verbinden, abweichen, werden als Poren bezeichnet. Dabei können die Poren eine beliebige Geometrie aufweisen, z.B. als längliche, zylindrische oder rundliche Hohlräume vorliegen oder auch Hohlräume mit mehr oder weniger unregelmäßiger Gestalt sein. Als Radius einer Pore bzw. eines Hohlraums ist der Radius einer äquivalenten Hohlkugel mit gleichem Volumen wie der Hohlraum zu verstehen.
Da der Begriff "Mikroporen" in der Literatur nicht einheitlich gebraucht wird und somit die Grenzen zwischen Mikroporen und sonstigen Poren nicht genau an Hand einer allgemein gültigen Definition erläutert werden können, soll im Rahmen der Erfindung unter Mikropore ein Hohlraum mit einem Radius von höchstens 30 nm verstanden werden.
Makroporen sind Hohlräume im Sinne der obengenannten Definition, deren Radius über 30 nm liegt.
Unter Lösungsmittel für das Polymer ist eine Verbindung A
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zu verstehen, in der das Polymer bei Erwärmen bis höchstens zum Siedepunkt des Lösungsmittels zu einer homogenen Lösung vollständig gelöst wird. Es versteht sich von selbst/ daß man zur Überprüfung, ob das Polymer in dem Lösungsmittel löslich ist, nicht mit zu hohen Konzentrationen des. Polymers arbeitet, da bei solchen Konzentrationen wegen der hohen Viskosität häufig nicht mehr festgestellt werden kann, ob eine tatsächlich homogene Lösung vorliegt. Es ist deshalb vorteilhaft, das Lösevermögen des Lösungsmittels mit etwa 1.0 % Polymer zu untersuchen. Häufig weisen diese Lösungsmittel bei Raumtemperatur kein oder nur.sehr geringes Lösungsvermögen für das Polymer auf.
Unter Nichtlösungsmittel für das Polymer ist eine Verbindung B zu verstehen, welche das Polymer beim Erwärmen bis höchstens zum Siedepunkt der Verbindung B nicht zu einer homogenen Lösung auflöst. Bevorzugt handelt es sich dabei um Verbindungen, in welchen unter den angegebenen Bedingungen das Polymer völlig unlöslich ist oder nur angequollen wird.
Unter Quellmittel, welches unter den oben angegebenen Bedingungen das Polymer zum Quellen, bringt, ist im Rahmen der Erfindung eine Flüssigkeit zu verstehen, die vom Polymer zwar merklich aufgenommen wird ohne das es dabei jedoch zur Bildung einer einzigen Phase kommt. Ein Nichtlöser hingegen wird vom Polymer auch bei höheren Temperaturen nicht oder nur in ganz geringem Maße aufgenommen.
In einigen Fällen ist es auch möglich eine Verbindung B zu verwenden, die in der Lage ist, das Polymer zu lösen, wobei diese Verbindung B jedoch eine erheblich reduzierte Löslichkeit für das Polymer aufweist, verglichen mit der Verbindung A; so z.B., daß man zum Lösen entsprechender
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Mengen Polymer eine erheblich höhere Temperatur aufwenden muß als beim Einsatz des Lösungsmittels A.
Die Verbindung A und das Polymer bilden/ wie aus den obenstehenden Angaben hervorgeht, im flüssigen Aggregatzustand zumindestens einen Bereich, in dem das System als homogene Lösung vorliegt, d.h. im flüssigen Aggregatzustand eine einzige einheitliche Phase bildet.
Wird eine solche Lösung abgekühlt, können dabei verschiedene Vorgänge auftreten. Einmal ist es möglich, daß je nach gewählter Verbindung A zunächst eine Entmischung flüssig/flüssig auftritt,, wobei im Gleichgewichtszustand zwei flüssige Phasen nebeneinander liegen. Bei weiterer Abkühlung kommt es zu einem drastischen Anstieg der Viskosität der polymerreichen Phase, so daß sie schon vor der eigentlichen Erstarrung kaum mehr beweglich sein kann. Bei noch weiterer Abkühlung kommt es zur Ausbildung einer oder mehrerer festen Phasen, die amorph oder kristallin sein können. Gegebenenfalls koexistieren über weite Temperatur- und Konzentrationsbereiche feste Phase und flüssige Phase oder flüssige Phasen. Bei anderen Arten von Systemen tritt beim Abkühlen keine Phasentrennung flüssig/flüssig auf, sondern es bildet sich sofort eine feste Phase. Diese dem Fachmann an sich bekannten Vorgänge lassen sich durch Zustandsdiagramme darstellen. Zustandsdiagramme dieser Art werden beispielsweise in Sowjetische Beiträge "Paserforschung, Textiltechnik" 1967 (4) 118-22 "Über die Klassifizierung von Polymerlösungsmitteln" von S.P. Papkoff und S.G. Eftimova angegeben (s. insbesondere Bild 2, Typ A II). Auch in einschlägigen Werken über Physikalische Chemie sind entsprechende Zustandsdiagramme zu finden.
Die eingesetzten Zusammensetzungen aus Polymer und Gemisch A
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und U müssen gemeinsam in eine einzige homogene flüssige Phase überführbar sein und eine obere kritische Entmischungstemperatur aufweisen, unterhalb derer eine Phasentrennung in zwei flüssige Phasen auftritt. Diese kritische Entmischungstemperatur T liegt höher als die Phasentrennungstemperatur einer Lösung, die gleiche Anteile Polymer und als Flüssigkeit jedoch nur die Verbindung A enthält.
Es wurde überraschend gefunden, daß man durch den erfindungsgemäßen Zusatz der Verbindung B die Porengröße der erhaltenen porösen Strukturen steuern kann. Voraussetzung dafür ist, daß die Verbindung B, wenn sie zu einem System bestehend aus Polymer und flüssiger Verbindung A hinzugegeben wird, die Phasentrennungstemperatur heraufsetzt. Dies bedeutet z.B. bei Systemen Polymer/A mit Mischungslücke im flüssigen Aggregatzustand, daß durch den Zusatz der Verbindung B die kritische Temperatur T heraufgesetzt wird.
Für Systeme Polymer und Verbindung A, die im flüssigen Aggregatzustand keine Mischungslücke aufweisen, wird erfindungsgemäß durch den Zusatz von B ein System geschaffen, das im flüssigen Aggregatzustand eine Mischungslücke aufweist. Vorzugsweise lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Gemische verarbeiten,.bei denen das Polymer und die Verbindung A bereits ein System bilden, das im flüssigen Aggregatzustand eine Mischungslücke aufweist. Als Polymer lassen sich insbesondere Polyolefine wie vorzugsweise Polypropylen und Polyäthylen einsetzen; auch Polymere auf der Basis von Acrylaten wie Methylacrylat, Methylmetacrylat, Vinylverbindungen wie Vinylchlorid und Vinylacetat und Copolymere der erwähnten Monomeren verarbeiten. Auch Polyamide, Polyester, Polyurethane, Polycarbonate u.dgl. lassen sich zu porösen Körpern gemäß der Erfindung verarbeiten.
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- 15 - A3GW32006 .
Lösungsmittel, welche die Funktion der Erfindung A in Bezug auf das eingesetzte Polymer übernehmen können, werden z,B. in der bereits zitierten DE-OS 2 737 745 erwähnt. Selbstverständlich ist es möglich, auch andere geeignete Lösungsmittel einzusetzen.
Für Polyolefine insbesondere für Polypropylen können die Funktion der Verbindung A, insbesondere Speisefette und Speiseöle, vorzugsweise solche auf pflanzlicher Basis übernehmen. Dabei sind zu erwähnen Sojaöl, Palmkernöl, Träubenkernöl,. Erdnuß-, Sonnenblumen-, Mais-, Palm-, Sesam-, Saflor-, Olivenöle usw. und pflanzliche Fette wie Kokosfett, Palmkernfett. Auch durch Hydrierung gehärtete Fette können . · eingesetzt werden.
Als Nichtlösungsmittel im Hinblick auf Polyolefine seien erwähnt Rizinusöl, Glycerindiacetat und .—triacetate PoIyäthylenglykol, Leinöl.
In bestimmten Fällen ist es sogar möglich, für B eine Verbindung zu nehmen, die zwar das Polymer bei höheren Temperaturen zu lösen vermag, dessen Lösetemperatur jedoch mindestens 50, vorzugsweise 1000C höher liegt als die der Verbindung A. Eine solche bevorzugte. Zusammensetzung stellt das System Polyäthylen/Isopropylmyristat/Sojaöl dar. In einer anderen Zusammensetzung, nämlich Polyäthylen/Sojaöl/Rizinusöl, die ebenfalls im Rahmen der Erfindung geeignet ist, übernimmt das Sojaöl die Funktion der Verbindung A, wogegen sie bei dem vorherigen Beispiel die Funktion der Verbindung B übernimmt. So ist es möglich, je nach der ausgewählten Zusammensetzung, ein und dieselbe Flüssigkeit einmal als Verbindung A, einmal als Verbindung B einzusetzen.
Brauchbare Zusammensetzungen Polymer/Verbindung A/Verbindung B
- 16 -
A3GW32006
werden in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Dabei ist ersichtlich, daß ein und dieselbe Verbindung in bestimmten Fällen sowohl als Verbindung A als auch als Verbindung B auftritt.
Tabelle
Polymer
Verbindung A (Löser) Verbindung B
Polypropylen
Sojaöl
Palmkernöl
Sojaöl
Palmkernöl
Traubenkernöl
Sojaöl
Sojaöl
Sojaöl
Palmkernöl
Erdnußöl
Sonnenblumenöl
Maisöl
Palmöl
Sesamöl
Safloröl
Kokosfett
Schweinefett
Gänsefett
Paraffinöl
Stearylalkohol
Isopropylmyristat
Decanol
NN-Bis-(2-hydroxyäthyl)-hexadecylamin
- 17. Rizinusöl Rizinusöl Leinöl
Polyäthylenglykol Polyäthylenglykol Polyäthylenglykol Glycerindiacetat Glycerintriacetat Glycerintriacetat Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Rizinusöl Polyäthylenglykol Rizinusöl Polyäthylenglykol
Rizinusöl
r ■
Hochdruckpolyäthylen
Polyamid 6 und
Copolyamid auf Basis £-Caprolactam Hexamethylendiaminadipinsäure
Copolyamid auf Basis 20 % Hexamethylendiaminadipinsäure
80 % t-Caprolactam
Polymethylmetacrylat
Copolymer aus Vinylchlorid und Vinylacetat
Polyurethan Polycarbonat
■ * "V,".»■ I "ϊ Sojaöl .. * * » * ·
- 17 - Palmkernöl - _ . _ ——
A3GW32006
Isopropylmyristat Rizinusöl
Isopropylmyristat Rizinusöl
Äthylenglykol Rizinusöl
Äthylenglykol Soj aöl
Glycerin Glycerin
Caprolactam Polyäthylenglykol
Butyrolacton . Polyäthylenglykol 600
Polyäthylenglykol 600
Polyäthylenglykol 200
Glycerin
Gaprolactam
Butyrolacton
Polyäthylenglykol 600 Polyäthylenglykol 600 Polyäthylenglykol 200
Äthanol
Äthylenglykol
Poiyäthylenglykol
Butyrolacton
Äthylglykolacetat
Dimethylformamid
Butyrolacton
Butyrolacton
Wasser Wasser
Äthylenglykol Wasser
Wasser Äthylenglykol
Glycerin Glycerin
Die Auswahl weiterer geeigneter Kombinationen, insbesondere
geeigneter Verbindungen B bereitet an Hand der gegebenen all
gemeinen Kriterien keine prinzipiellen Schwierigkeiten.
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Die Herstellung der porösen Körper aus den Lösungen Polymer/ Verbindung A/Verbindung B läßt sich nach an sich bekannten Methoden durchführen. Dabei können übliche Formwerkzeuge wie Breitschlitzdüsen, profilierte Düsen, Ringschlitzdüsen, Hohlfaserdüsen und dergleichen verwendet werden.
Es war besonders überraschend, daß es gemäß der Erfindung möglich ist, Körper der verschiedensten Formen mit einstellbarem Porenvolumen und einstellbarer Größe sowie Porenwandung herzustellen. Dabei kann man das Porenvolumen, d.h. das Gesamtporenvolumen, der dem Gesamtanteil der Hohlräume im Formkörper gleichzusetzen ist, durch den Gesamtanteil der Verbindungen A und B im Gemisch steuern. Ein hoher Anteil von A- und B-Gemisch ergibt auch einen hohen Porenvolumenanteil im Körper. Die Porengröße läßt sich durch das relative Verhältnis der Verbindung A zu B steuern, wobei die Porerigröße mit dem Wachsen des relativen Anteils von B zunimmt.
Gemäß der Erfindung lassen sich Gesamtporenvolumen, Porengröße und Porenwandung reproduzierbar einstellen? man ist nicht mehr auf Methoden angewiesen, die sehr unsicher arbeiten, wie Beeinflussung der Abkühlbedingungen, Variieren der Konzentration u.dgl. So ist es möglich, unter sonst gleichen Produktionsbedingungen die Porengröße lediglich durch Variieren des relativen Verhältnisses von A und B gezielt einzustellen. Man kann Formkörper herstellen, die ohne Bedenken auf medizinischem Gebiet eingesetzt werden können sowie in der Lebensmittelindustrie. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt nämlich den Einsatz von Verbindungen, insbesondere von Verbindungen wie Speiseölen, die völlig unbedenklich sind. Ferner wird die Extrahierbarkeit der Körper im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in vielen Fällen erheblich verbessert.
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- 19 - A3GW32006
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die beiden Komponenten A und B entweder beide oder jeweils eine im Körper zu belassen und nur eine Komponente oder gar keine Komponente, zu extrahieren.
So ist es möglich, das Auftreten von Allergien zu vermeiden, die vorkommen können, wenn bei der medizinischen Behandlung Formkörper eingesetzt werden, die noch Spuren von schade liehen Stoffen enthalten.
Membranen, gemäß der Erfindung hergestellt, können in vielerlei Trennprozessen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft lassen sie sich bei Prozessen verwenden, in denen Hefezellen abfiltriert werden, bei der Weinfiltration, bei der Essigsäureherstellung. Auch ist es möglich, zahlreiche Bakterien mit derart hergestellten Membranen abzufiltrieren.
Es ist ferner besonders vorteilhaft, daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Zusatzstoffe wie z.B. mineralische Füllstoffe mitverarbeiten kann, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden. Die Mitverwendung anderer Zusatzstoffe ist möglich.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1
In einem beheizbaren Glasgefäß wurde eine Mischung aus 25 Teilen Polypropylen (M 450 000) und 75 Teilen der gemäß Tabelle 1, Spalte a) jeweils aufgeführten Lösungsmittelmischung bestehend aus Sojaöl mit handelsüblicher Speisequalität und Rizinusöl DAB 8 gelöst. Unter-intensiven Rühren und Stickstoffatmosphäre wurde dabei das Polymer-
- 20 -
- 2Ö -
A3GW32006
granulat und Lösungsmittel auf die jeweilige Lösetemperatur (Tabelle 1, Spalte b) gebracht. Deutlich konnte man beobachten, daß bei ca. 155°C das Granulat transparent und mit steigender Temperatur angequollen wurde bis endlich bei Lösetemperatur eine homogene, viskose Lösung entstand.
Um eine einwandfreie Membranausbildung zu gewährleisten, würde entlüftet.
Tabelle 1:
Versuchs- a) Lösungsmittel-Nr. mischung
Sojaöl/Rizinusöl
b) Lösetemperatur
Art des Beispiels
100 %
95 %
90 %
80 %
70 %
0 %
5 %
10 %
20 %
30 %
ca. 1750C
ca. 1800C
ca. 185°C
ca, 195°C
ca. 21O0C
nicht erfindungsgemäß gemäß der Erfindung gemäß der Erfindung gemäß der Erfindung .gemäß der Erfindung
Die so hergestellte Lösung wurde durch die Hohlfadendüse einer Spinnmaschine in ein Spinnrohr extrudiert und zu Hohlfadenförmigen Membranen ausgebildet. Als Innenfüllung fungierte Stickstoff. Nach einer Luftstrecke von ca. 1 cm passierte der Faden das mit Kühlflüssigkeit durchströmte ca. 2 m lange Spinnrohr. Als Abkühlmedium diente das jeweilige Lösungsmittelgemisch in welchem das Polymer gelöst wurde. Die Temperatur wurde auf 5O0C gehalten. Die Durchflußgeschwindigkeit war der Spinngeschwindigkeit angepaßt.
Durch die rasche Abkühlung wurde die Hohlfadenstruktur bei ca. 1200C verfestigt und konnte kontinuierlich aus dem Spinnrohr abgezogen werden.
- 21 -
ozuo
1 ca. 150 0C
2 ca. 155 0C
3 ca. 158 6C
4 ca. 170 0C
5 ca. 190 0C
Γ . Π
- 2-1 - A3GW32006
Die jeweilige ·Phasentrennungstemperatur und Spinnparameter sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
Tabelle 2: .
Versuchs- Phasentrennungs- Schmelzetemperatur/ Nr* temperatur". ' 'Düsentemperatur .
1900G 1900G 19O0C 1900C 2100C
Nach der Extraktion des Lösungsmittels mit ca. 500C warmen Äthanol wurde der Faden bei 500C getrocknet.
Je nach verwendeter Lösungsmittelmischung erhielt man poröse Membranen mit unterschiedlichem Porenvolumen und Porenstruktur. Ein größerer Anteil Rizinusöl ergab eine höhere Phasentrennungstemperatur und grobporiger Strukturen.
Die wichtigsten Eigenschaften und Kenngrößen sind in Tabelle aufgeführt.
Tabelle 3:
Versuchs- Blaspunkt max. Poren- Poren- Wasserfluß 0,1 bar Nr. bar größe volumen g/cm2/min
■ μπι cm3 /g
1 2 3
2.5 . 0.2 kleiner 0.01
2,08 0.31 0.45
1.41 0.45 0.66
1.28 0.50 0,85
1.1 0.58 größer 1.16
- 22 -
- 22 - A3GW32006
Die Hohl laden hat Leu ein Innenlumen von ca. 300 μΐη bei einer Wanddicke von ca. 140 μπι. Zur Messung des Blaspunktes wurde der Hohlfaden in Äthanol getaucht und von der Innenseite mit Stickstoff beschickt. Gemessen wurde der Druck bei welchem das Äthanol aus den Wandungen des Hohlfadens durch den Stickstoff verdrängt wurde und außenseitig erste Gasperlen zu erkennen waren. Aus dem gefundenen Wert errechnet sich die maximale Porengröße.
0.63
max Pmax (Blaspunkt)
Mikroskopische Untersuchungen der Membran bestätigten die gefundenen Meßwerte.
D.as Porenvolumen wurde mittels Quecksilber-Porosimetrie bestimmt.
Zur Ermittlung des Wasserflusses wurde der Hohlfaden von innen mit destilliertem Wasser mit einem Druck von 0,1 bar beschickt, nachdem vorher mittels durch Hydrophilierung Äthanol der Wasserdurchfluß ermöglicht wurde.
Beispiel 2
Gemäß in Beispiel 1 beschriebener Verfahrensweise wurde eine 25%ige Polymerlösung, bestehend aus Polypropylen (M 450 000) und A) Palmkernöl (Löser) bzw. B) Palmkernöl (Löser)/Rizinusöl-(Nichtlöser)-Mischung (66 Teile/34 Teile) hergestellt.
Analog Beispiel 1 wurde auch hier eine Hohlfaden-Spinnanlage zur Membran-Bildung verwendet. Unterschiedlich war das Ab-
- 23 -
- 23 -
A3GW32006
kühlme.dium. Hier diente dazu eine Mischung aus 66 Teilen PalmkernÖl und 34 Teilen Rizinusöl.
Versuchs- Lösungs- Phasen- Löse Spinn- Blaspunkt
Nr. mittel trennungs- temp. temp. bar
Palmkernöl/ temperatur ca. 0C ca. 0C
Rizinusöl ca. 0C
100 % / 0% 66 % / 34%
ca. 150 ca. 180
175 210
200 210
2,5 1,1
Versuchs-Nr.
max. Porengröße
Art des Beispiels
0,25 μπν 0,58 pm
nicht erf indungsgemä.ß gemäß der Erfindung
Beispiel 3
Nach der in Beispiel 1 und 2 beschriebenen Methode wurde eine Polymerlösung mit Polypropylen (M, 450 000) gefertigt, Als Lösemittel fungierte hier Sojaöl, als Nichtlöser. Glycerintriacetat.
Zusammensetzung der Polymerlösung:
25 % Polypropylen
75 % Sojaöl/Glycerintriacetat im Verhältnis 67,5 T :
32,5 Teile.
Bei einer Temperatur von ca. 2100C war eine homogene, viskose" Lösung zu erzielen. Der bei einer Spinntemperatur von ca. 2050C hergestellte Hohlfaden hatte einen Blaspunkt von 1,88 bar, was einer max. Porengröße von 0,34 pm entspricht. .
24 -
* M · 4* V
- 24 - A3GW32006
Beispiel 4
In einer Lösungsmittelmischung - bestehend aus 77,5 Teilen Isopropylmyristat und 22,5 Teilen Rizinusöl wurde nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren eine 22,5 %ige Polymerlösung mit Hochdruckpolyäthylen LV 1,37 hergestellt. Bei einer Spinntemperatur von 2150C ergaben die extrudierten Hohlfäden nach Extraktion mit Aceton und Trocknung stabile, hochporöse Strukturen.
Bei der gewählten Lösungsmittelkombination war Isopropylmyristat der Löser-, Rizinusöl der Nichtlöseranteil. Die Phasentrennungstemperatur lag bei ca. 1570C.
Beispiel 5
In einem Glas-Flanschkolben wurden 25 Teile Polyamid 6 und 75 Teile eines Lösungsmittelgemisches - bestehend aus Äthylenglykol und Glycerin eingewogen. In einem Heizbad· wurde.diese Mischung unter intensivem Rühren in Stickstoffatmosphäre rasch auf die benötigten Temperaturen gebracht um eine homogene Lösung zu erhalten (Tabelle).
Zur Membranbildung strich man diese Polymerlösung auf eine Glasplatte· Die ca. 150 (im dicke Folie wurde rasch in kaltem Wasser abgekühlt. Die anfänglich transparente Lösung erstarrte und wurde dabei mit zunehmender Porenbildung zuerst milchig, dann völlig weiß. Nach kurzer Verweilzeit im Abkühlmedium konnte z.B. mit warmen Aceton bzw. warmen Wasser das Glykol/Glycerin extrahiert werden. Die bei ca. 500C getrockneten Membranen hatten je nach Zusammensetzung des Lösungsmittelgemisches unterschiedliche Porenstruktur mit verschieden stark ausgeprägter Wasserbenetzbarkeit und Wassersaugvermögen. Mikroskopische Querschnitte bestätigen diese Einflüsse.
- 25 -
• ♦ * *
- 25 -
A3GW32006
Bei dieser diskontinuierlichen Arbeitsweise ist es vorteilhaft, möglichst kurze Lösezeiten zu verwenden und geringe Wassergehalte der verwendeten Lösemittel zu garantieren, da sonst mit Polymerabbau gerechnet werden muß.
Versuchs- Polyamid Nr.
LV Lösungs- Löse- 1.Trü- Poren- Wassermittel- tempe- bung art benetzgemisch ratur ca.0C barkeit Äthylen- ca.0C
glykol/
Glycerin \
Cqpolyamid
auf Basis
20 % Hexa-
methylen-
diamin-
adipin-
säure und
80 % Capro-
lactam		 3,60 · 95/ 5 128 100 größer,
offener		 sehr
gut
Il 3,60 67/33 137 112
Il 3,60 33/67 148 122
It 3,60 5/95 158 133 kleiner,
geschlos
sener		 geringer
Perlon
LV 2,5		 95/ 5 147 130 größer
offener		 sehr
gut
Il 67/33 157 138
Il 33/67 168 147
Il 5/95 177 155 ' kleiner,
geschlos
sener		 geringer
- 26 -
a w * ι
- 26 - A3GW32006
Beispiel 6
In der in Beispiel 5 ausgeführten Methode wurden 25 Teile Polymethylmethacrylat, wie es von·Fa. Röhm unter der Bezeichnung Plexiglasformmasse 7 N zu erwerben.ist, in 75 Teilen einer Mischung, bestehend aus 77 % Polyäthylenglycol 66 (Löser) und 23 % Äthylenglykol (Nichtlöser) bei ca. 15O0C aufgelöst (Phasentrennungstemperatur ca. 115°C).
Die auf einer Glasplatte ausgestrichene Membran konnte mit warmem Wasser vom Lösungsmittel befreit werden. Nach Trocknung war mittels Mikroskop deutlich hochporöse Struktur zu erkennen.
Beispiel 7
Ausgehend von einem Stammansatz von Polyurethan, hergestellt auf·der Basis Polyäthylenglykol 1000, Diphenylmethandiisocyanat und Äthylenglykol in Butyrolacton wurde durch Zugabe von Glycerin als Nichtlöser eine Polymerlösung hergestellt, welche eine Phasentrennungstemperatur von ca. 1200C besaß.
Die Zusammensetzung der Lösung war:
25 % Polyurethan (Feststoff) 75 % Butyrolacton/Glycerin - 77 : 33
Bei der Membranbildung auf einer Glasplatte analog Beispiel 5 bekam man nach Abkühlung unter 6O0C eine stabile, zusammenhängende Folie. Nach Extraktion des Lösungsmittelgemisches mit warmem Wasser wurden wasserbenetzbare poröse Strukturen erzielt.
- 27 -
ο ζ υ ο ζ ö a.
• Λ · I* =■ - 4 W " *
- 27 - A3GW32006
Für die üblichen Polyamide wie Polyamid 6, Polyamid 12, Polyamid 66 und zahlreiche Copolyamide sind folgende Kombinationen möglich: /i
Verbindung A Dimethylformamid r
Dimethylacetamid, Butandiol-(1.4), Hexandiol-(1.6), Sorbit,
Dimethylpropandiol
Als Verbindung B ist hier Glycerintriacetat geeignet.
Hinweise über die Aussagekraft der Quecksilberporosimetrie bei der Charakterisierung von porösen Stoffen, wie sie bei der Untersuchung von Körpern gemäß der Erfindung angewandt wμrde, finden sich in Chemie-Ing.-Techn. 38. Jahrg. 1966/Heft 12, Seite 1271-1278. .'■

Claims (22)

* »■■ ·■ Γ Π • . tv τ γϊιατ τ ο η η α > A3GW320Q6 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von porösen Körpern mit einstellbarem Gesamtporenvolumen, einstellbarer Porengröße und einstellbarer Porenwandung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymer durch Erwärmen über die obere kritische Temperatur T in einem Gemisch zweier, bei der Lösetemperatur flüssigen und mischbaren Verbindungen A und B löst, wobei das eingesetzte Gemisch Polymer, Verbindungen A und B im flüssigen Aggregatzustand eine Mischungslücke aufweist, die Verbindung A ein Lösemittel für das Polymer ist und die Verbindung B die Phasentrennungstemperatur einer Lösung, bestehend aus dem Polymer und der Verbindung A, heraufsetzt, die Lösung gegebenenfalls formt und durch Abkühlen zur Entmischung und Erstarrung bringt und die Komponenten A und/oder B gegebenenfalls extrahiert. ·
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,.daß man als Verbindung B einen Nichtlöser für das Polymer verwendet.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Verbindung B verwendet, deren Lösetemperatur in Bezug auf das Polymer mindestens 500C höher liegt als die Lösetemperatur der Verbindung A-in Bezug auf das Polymer.
2 A3GW32006
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß man eine Verbindung B verwendet, deren Löse-.temperatur in Bezug auf das Polymer um mindestens 1000C höher liegt als die Lösetemperatur der Verbindung Ä in Bezug auf das Polymer.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindung B ein Quellmittel für das Polymer verwendet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polymer und eine Verbindung A verwendet, die ein System bilden, das im flüssigen Aggregatzustand eine Mischungslücke aufweist.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymer Polyolefine verwendet,
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymer Polypropylen verwendet.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindung Ä Speiseöle oder Speisefette verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindung B eine mit Speiseölen oder Speisefetten mischbare Verbindung verwendet, die ein Nichtlöser für das Polymer ist oder dessen Lösefähigkeit für das Polymer erheblich geringer ist als das von Speiseölen oder Speisefetten.
ζ υ D ι ö · y
_ 3 - A3GW32-006
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindung B Rizinusöl verwendet.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindung A Sojaöl verwendet.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindung A Palmkernöl verwendet. \
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung zu Membranen in Form von Hohlfasern formt.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung zu Membranen in Form von Flachfolien formt.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung in ein Spinnrohr extrudiert, das die Flüssigkeit A als Badflüssigkeit enthält, wobei die Badflüssigkeit im Spinnrohr eine Temperatur unterhalb der Phasentrennungstemperatur besitzt Und die Membran und die Flüssigkeit A in gleiche Richtung mit etwa gleicher oder nur geringfügig unterschiedlicher linearer Geschwindigkeit durch das Spinnrohr geführt wird, die Membran sodann unter geringer Spannung aus dem Spinnrohr abzieht und die gebildete Hohlfaserstruktur nach ihrer Verfestigung mit einem Lösungsmittel gegebenenfalls extrahiert.
- 4 - A3GW32006
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung in ein Spinnrohr extrudiert, welches als Badflüssigkeit ein Gemisch von A und B in den gleichen relativen Mengenverhältnissen wie in der .extrudierten Lösung vorhanden, enthält, wobei die Badflüssigkeit im Spinnrohr eine Temperatur unterhalb der Phasentrennungstemperatur besitzt und die Membran und die Badflüssigkeit in gleicher Richtung mit etwa gleicher oder nur geringfügig unterschiedlicher linearer Geschwindigkeit durch das Spinnrohr geführt wird, die Membran sodann unter geringer Spannung aus dem Spinnrohr abzieht und die gebildete Hohlfaserstruktur nach ihrer Verfestigung mit einem Lösungsmittel extrahiert.
18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen Austrittsfläche der verwendeten Hohlfaserdüse und der Flüssigkeitsoberfläche im Spinnrohr einen Luftspalt einhält.
19. Verfahren nach den Ansprüchen .1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Verbindung A zusätzlich ein oder mehrere weitere Lösungsmittel enthält und die Verbindung B in Mischung mit einer oder mehreren weiteren Verbindungen eingesetzt wird.
20. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß man 5 bis 90 Gew.-% Polymer in 10 bis 95 Gew.-% des Gemisches aus den flüssigen Verbindungen A und B löst.
A3GW32006
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man 15 bis 30 Gew.-% Polymer in 85 bis 70 Gew.-% des Gemisches aus den flüssigen Verbindungen A und B löst.
22. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus A und B aus 60 bis 9O.Gew.-% eines Lösungsmittels für das Polymer und 10 bis 40 Gew.-% eines Nichtlösungsmittels bzw. Quellmittels für das Polymer besteht.
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