DE69511823T2

DE69511823T2 - Verfahren zur Herstellung von funktionalisierten Fasern zur Trennung und daraus hergestellte Ionenaustauschfasern

Info

Publication number: DE69511823T2
Application number: DE69511823T
Authority: DE
Inventors: Kunio Fujiwara; Hiroyuki Shima; Takanobu Sugo; Toshihiko Yamada
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: DE69511823D1; KR100363339B1; US5783608A; KR100389575B1; CA2157442A1; TW288051B; CA2157442C; MY113193A; US6127433A; EP0713933B1; EP0713933A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von trennwirksamen (separationsfunktionellen) Fasern durch strahlungsinitlierte Pfropfpolymerisation und auch von Ionenaustauschfasern und Gas- oder Ionenadsorbern, die aus diesen funktionellen Fasern herstellt werden.
Reinräume sind für verschiedene Hochtechologiesektoren essentiell, und zwar bei der Halbleiterherstellung, beim Präzisionsmaschinenbau, in der photographischen Industrie, bei der Herstellung von pharmazeutischen und biologischen Stoffen, in Reinräumen in medizinischen Institutionen, wie beispielsweise Krankenhäusern. Ferner hat sich die Verwendung von Reinräumen in der Nahrungsmittelindustrie erweitert und auch auf dem Gebiet der Agrikultur sowie Randgebieten der obengenannten Anwendungsfälle. Obwohl die Humidität, Feuchtigkeit und Luftströme wichtige umgebungsmäßige Bedingungen auf diesen industriellen Sektoren sind, ist die Luftreinigung nicht weniger wichtig. Um die in diesen Sektoren verwendete Luft zu reinigen, wurden HEPA (high-efficiency particulate air = hocheffiziente Teilchen-Luft-) Filter aus Glasfasern und effizientere ULPA (ultra-low penetration air = ultraniedrige Penetrations-Luft-) Filter verwendet. Neutralfasern, grobe Staubfilter usw., die aus synthetischen Fasern, abgesehen von Glasfasern, zusammengesetzt sind, werden extensiv als Vorfilter für diese hocheffizienten Filter verwendet. Die oben erwähnten Filter sind hauptsächlich zum Entfernen von Teilchen vorgesehen, so daß sie derart ausgelegt sind, daß sie in der Lage sind, feine Teilchen von ungefähr 0,1 um Größe effizient zu entfernen. Diese Filter sind jedoch nicht in der Lage Gase und Ionen zu entfernen.
Es wird angenommen, daß die Verunreinigung von Wafer-Oberflächen beim Betrieb von LSI Herstellungsplatten nicht nur durch feine Teilchen, sondern auch durch Gase und Ionen auftritt. Die Verunreinigung durch Gase und Ionen bewirkt ernsthafte Probleme durch Vergrößerung des Kontaktwiderstandes oder durch Beeinflussung der Massencharakteristik (bulk characteristics) der Wafer. Die Verunreingungsgase und Ionen können verschiedene Ursachen besitzen, wie beispielsweise bei Herstellungsschritten, wie beispielsweise Ätzen, aus in Reinräumen endbearbeiteten Materialien und während der Einführung von Umgebungsathmosphäre. Obwohl die Luft in Reinräumen beständig zirkuliert wird, werden Gase und Io nen, sobald sie einmal erzeugt sind, nicht durch das Luftreinigungssystem entfernt, so daß der Verdacht besteht, daß die Ansammlung von Gasen und Ionen nicht nur die Qualität der Endprodukte beeinflußt, sondern auch die Gesundheit des Betriebspersonals.
Trennwirksame Fasern oder Ionenaustauschfasern, die daraus hergestellt sind, bewirken eine effektive adsorptive Trennung von Schwermetall-Ionen, wie beispielsweise Kobalt-, Nickel-, Quecksilber- und Kupfer-Ionen, die in dem Prozess Wasser enthalten sind, weiches in der Präzisionselektronikindustrie, auf medizinischem Gebiet, der pharmazeutischen Industrie, der Kernkrafterzeugung und der Nahrungsmittelindustrie verwendet wird, und auch im Abwasser, welches sich aus diesen Arbeitsfeldern ergibt (vgl. die japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 5- 111685). Gemäß den japanischen Patentveröffentlichungen No. Hei 5-111607 und Hei 6-142439 sind Filter hergestellt aus Ionen-Austauschfasern in der Lage, nicht nur feine Teilchen zu entfernen, sondern auch H&sub2;S, NH&sub3;, Kohlendyoxid und Wasserstoffluorid in Gasen. Diese bekannten Fasern sehen jedoch keine adäquate Entfernungseffizienz dieser Substanzen aus den Gasen vor.
Ein Verfahren zur Herstellung von Ionen-Austauschfasern ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-20554, entsprechend U.S. Ser. No. 08/264,762 beschrieben und es werden Beispiele angegeben hinsichtlich des Adsorbierens von Wasserstoffchlorid und Ammoniak in einer Luftatmosphäre mittels der Ionen-Austauschfasern. Es wäre jedoch erwünscht, eine effizientere Adsorption von Wasserstoffchlorid und Amoniak vorzusehen.
Die Rate der Adsorption und des Ionen-Austausches steigt an, wenn das Oberflächengebiet und die Dichte funktioneller (wirksamer) Gruppen in der Oberfläche ansteigt. Dies liegt daran, daß die Adsorption und die Ionen-Austauschreaktionen jeweils an den Oberflächen der Fasern starten und allmählich in das Innere sich bewegen. Anders ausgedrückt, kann man nicht sagen, daß die wirksamen oder funktionellen Gruppen innerhalb der Fasern vollständig ausgenutzt werden. Es ist somit für die Zwecke der Adsorption und des Ionen-Austausches vorteilhaft, daß die funktionellen Gruppen dicht auf den Oberflächen der Fasern vorhanden sind.
Infolge der Leichtigkeit der Steuerung des Platzes der Propf-Polymerisation ist die strahlungsiniziierte Pfropf-Polymerisation ein attraktiver Prozess für die Erzeugung der funktionellen Materialien, und Ionen-Austauschfasern und Adsorbenzien hergestellt durch dieses Verfahren, sind unter Betrachtung. Die durch Strahlung iniziierte Pfropf-Polymerisation wird üblicherweise durch einen Vor-Bestrahlungs-Flüssigphasen-Prozess ausgeführt, indem ein Substrat erst einer Ionisierungstrahlung ausgesetzt wird und sodann in eine Monomerlösung zur Reaktion eingetaucht wird. In der frühen Stufe der Reaktion tritt die Pfoph-Polymerisation in Molekülen an der Oberfläche des Substrats und seinem nahegelegenen Gebiet auf, und schreitet in das Innere fort, wenn die Reaktionszeit vergeht. Es ist jedoch schwer sicherzustellen, daß die Pfropf-Polymerisation in der Oberfläche des Substrats und dem nahegelegenen Gebiet mit einem adäquat hohen Pfropf-Verhältnis oberhalb 100% auftritt. Dies gilt auch für die Dampfphasen-Pfropf-Polymerisation, die mit einem hohen Pfropfverhältnis in das Substrat fortschreitet. Es war somit schwierig, selbst durch strahlungsiniziierte Pfropf-Polymerisation fasrige funktionelle Materialien zu erzeugen, die funktionelle Gruppen, wie beispielsweise Ionen-Austauschgruppen besitzen, die an der Oberfläche konzentriert werden.
Andere Probleme beim Fortschreiten der Reaktion in das Substrat bei der strahlungsiniziierten Pfropf-Polymerisation bestehen darin, daß dann, wenn das Substrat aus Polypropylen gebildet ist, seine physikalische oder körperliche Festigkeit abnimmt und eine Oxidationsverschlechterung zur Freisetzung von Zerlegungsprodukten erfahren kann. Der am nächsten kommende Stand der Technik in dieser Beziehung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Gas-Adsorptionsmittels, das Ionen-Austauschgruppen eingeführt in ein Polypropylen-Fasersubstrat ohne Kernmantelstruktur durch strahlungsiniziierte Pfopf-Polymerisation aufweist (vgl. japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 6-20554).
Allgemein gilt folgendes: Je größer die Oberfläche oder das Oberflächengebiet der Materialien, wie beispielsweise der Ionen-Austauscher und Adsorbierer, die eine Trennfähigkeit besitzen, um so höher ist die Rate des Austausches oder der Adsorption und um so vorteilhafter liegen die Dinge. Somit steigt die Häufigkeit des Benutzens von Ionen-Austauschern und Adsorbern in der Form von Fasern mit großen Oberflächen oder Oberflächengebieten an. Um Ionen-Austauschfasern als ein Beispiel fasriger Materalien mit Separierungs- oder Trennungsfähigkeit zu nehmen, gibt es bekannte Fasern einer Mehrfach-Kernstruktur, die eine Polystyrolmatrix oder See- und Polyethylen-Multifaserkerne oder Inseln innerhalb der Matrix aufweisen, in denen Ionen-Austauschgruppen in die Matrix eingeführt sind, und Polyvinylalkoholfasern besitzen darin nach dem Brennen Ionen-Austauschgruppen.
Beispiel 3 der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-64726 zeigt, daß ausgezeichnete Ergebnisse dann erhalten wurden, wenn Komposit-Fasern als Ionen- Austauschfasern in einer elektrisch regenerierten Entsalzungsvorrichtung verwendet wurden, wobei diese Komposit-Fasern einen Propylenkern und einen Polyäthylenmantel aufwiesen, und zwar gepfropft durch Styrol-Monomer und sodann umgewandelt; es ist daher klar, daß Ionen-Austauschfasern mit einer Kernmantelstruktur eine hohe Leistungsfähigkeit selbst dann zeigen, wenn sie in einer elektrisch regenerierenden Entsalzungsvorrichtung (Desalinator) verwendet werden. Wenn jedoch Fasern mit dem Polypropylenkern in Luft verwendet werden, so erfährt der Polypropylenkern einen Festigkeitsabfall, während er der Zerlegung unterworfen ist, aber Forscher haben gezeigt, daß die Stabilität in der Luftatmosphäre dadurch erreicht werden kann, daß man das Polypropylen durch Polyäthylen- Teraphtalat ersetzt mit hohem Widerstand gegenüber Strahlungen und Oxidation.
Die meisten Gas-Adsorptionsfilter, die im Stande der Technik bekannt sind, sind aus Aktivkohle oder Zeolit behandelt mit Stoffen oder Trägern, die Manganoxyde tragen, hergestellt. Kürzlich wurden Gas-Adsorptionsfilter hergestellt aus Ionen- Austauschfasern zur Verwendung in Reinräumen entwickelt. Das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 4-294501 vorgeschlagene Filter verwendet Ionen-Austauschfasern aus hochpolymeren Harzen, die durch strahlungsiniziierte Pfropf-Polymerisation hergestellt wurden und es hat sich gezeigt, daß diese sehr effektiv bei der Verwendung in Reinräumen sind.
Die oben erwähnte japanische Patentanmeldung Nr. Hei 4-294591 lehrt ein Verfahren zur Reinigung von mikro-kontaminierter Luft in Reinräumen unter Verwendung von nicht gewebten Stoff-Filtern hergestellt aus hochpolymeren Ionen-Austauschfasern, hergestellt durch strahlungsiniziierte Pfopf-Polymerisation. Dieses Patent gibt ein Beispiel der Verwendung eines nicht gewebten Stoffes aus Polypropylen- Fasern und eines nicht gewebten Stoffes aus einem Komposit aus Polyäthylen und Polypropylen als das durch Ionisierungsstrahlungen zu behandelnde Substrat; sowohl Polypropylen als auch Polyäthylen neigen jedoch dazu, saure Substanzen bei Bestrahlung und in der Anwesenheit von Sauerstoff zu erzeugen, und ferner sind sie der Verschlechterung oder Zerstörung und der Staubbildung bei Bestrahlung ausgesetzt.
Ferner sei auf EP-A-0 503 651 hingewiesen, wo eine elektrisch regenerierbare Entmineralisierungsvorrichtung gezeigt ist, und zwar unter Verwendung von Ionen- Austauschern, die durch strahlungsiniziierte Pfropf-Polymerisation erzeugt sind.
In den kommenden Jahren werden Reinräume mit Sicherheit erforderlich sein, die striktere Bestimmungen hinsichtlich der Luftreinheit erfüllen, als dies heute gestattet ist, so daß die Erzeugung von Staub und gasförmigen Substanzen aus dem Filter an sich offensichtlich ein größeres Problem sein wird als heute. Um mit dieser Situation umzugehen, sieht die vorliegende Erfindung eine Kern/Mantelstruktur vor, in der der Kern aus einer hochpolymeren Komponente hergestellt ist, die weniger geneigt ist, Radikale zu erzeugen und/oder eine Zerlegung zu erfahren beim Aussetzen gegenüber Ionisierungsstrahlungen, wobei der Mantel aus einer hochpolymeren Komponente geformt ist, die in der tage ist, bei Bestrahlung Radikale zu erzeugen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, und zwar zur Erzeugung von (wirksamen) funktionellen Trennfasern durch strahlungsiniziierte Pfopf-Polymerisation, mit funktionellen (wirksamen) Gruppen dicht eingeführt an ihren Oberflächen, wobei die Fasern ferner weniger physikalische (körperliche) und chemische Verschlechterungen erfahren.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Ionen-Austauschfasern erzeugt aus den funktionellen Trennfasern zu erzeugen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Ionen- oder Gasadsorbierer aus den funktionellen Trennfasern vorzusehen. Die funktionellen Trennfasern der vorliegenden Erfindung und die daraus hergestellten Ionen-Austauschfasern ge statten eine effizientere Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen in Gasen. Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Gas- oder Ionen-Adsorptionsmittel, die in der Lage sind, die Luft in Reinräumen zu reinigen, und zwar in Rein räumen, die nicht nur mit feinen Teilchen, sondern auch mit Gasen und Ionen in kleinen Mengen verunreinigt sind.
Das erste Ziel der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Ionen- Austauschfaser nach Anspruch 1 erreicht, um so Fasern zu erzeugen, die irgendeine Eigenschaft aus einer Vielzahl von Eigenschaften besitzen, und zwar einschließlich Ionen-Austauscheigenschaften, Chelateigenschaften und so weiter.
Das zweite oder dritte Ziel der Erfindung wird durch Ionen-Austauschfasern oder eine Gas-Adsorbiervorrichtung erreicht, wie dies in Anspruch 6 bzw. 12 angegeben ist.
Die Fig. 1a-1c zeigen Querschnitte von Fasern mit drei unterschiedlichen Arten einer Kern/Mantelstruktur gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches schematisch die Experimentalanordnung für die Gas-Adsorption zeigt, und zwar verwendet in den erfindungsgemäßen Beispielen;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche die zeitabhängige Änderung der Konzentration von Amoniak in der Fluor-Harztasche verwendet im Beispiel 1 zeigt;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die zeitabhängige Konzentrationsänderung von Ammoniak in der im Beispiel 2 verwendeten Fluor-Harztasche zeigt;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der zeitabhängigen Änderung der Kupferkonzentration im Beispiel 3;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Bestrahlungsdosis und der Abnahme der Zugfestigkeit;
Fig. 7 zeigt den Mantel einer Faser, die der Pfropf-Polymerisation ausgesetzt ist, und zwar fortlaufend getrennt vom Kern, wenn die Dimensionen der zwei Teile sich infolge der Einführung der funktionellen Gruppen in den Mantel vergrößerten;
Fig. 8 ist eine Elektronen-Mikrographie, die im Querschnitt eine Vielzahl von Komposit-Fasern zeigt, deren jede aus einem PET-Kern und einem PE-Mantel besteht, die noch der Pfopf-Polymerisation auszusetzen sind;
Fig. 9 zeigt eine Elektronen-Mikrographie, die im Querschnitt die Komposit-Fasern nach der Pfropf-Polymerisation zeigt;
Fig. 10 ist eine Elektronen-Mikrographie, die einen Querschnitt der Komposit- Fasern zeigt, die nach der Pfropf-Polymerisation sulfonisiert wurden;
Fig. 11 zeigt eine Elektronen-Mikrographie, die einen Querschnitt der Komposit- Fasern zeigt, die nach der Pfropf-Polymerisation aminiert (animated) wurden, das heißt einer Aminobehandlung ausgesetzt wurden.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben.
Die Fig. 1a-1c sind ein Querschnitt von Fasern mit drei unterschiedlichen Arten einer Kern/Mantelstruktur gemäß der Erfindung. Wie gezeigt, bestehen die Fasern einer Kern/Mantelstruktur grundsätzlich aus einem Kern 1, der von einem Mantel 2 umgeben ist; der Kern 1 und der Mantel 2 können konzentrisch (Fig. 1a) oder exzentrisch (Fig. 1b) sein; alternativ kann der die See- oder Matrix bildende Mantel 2 mit den Inseln bildenden Kernen 1 (Fig. 1c) verteilt sein.
In Fasern mit diesen Kern/Mantelstrukturen wird der Mantel vorzugsweise aus einem Material geformt, das in der Lage ist, bei der Aussetzung gegenüber Ionisierungsstrahlung Radikale zu erzeugen, wohingegen der Kern vorzugsweise aus ei nem Material geformt ist, welches weniger geneigt ist, Radikale zu erzeugen und/oder der Verschlechterung des Hochpolymers beim Aussetzen gegenüber einer Ionisierungsstrahlung.
Zudem besitzt das Kernmaterial vorzugsweise einen höheren Schmelzpunkt als das Mantelmaterial, da die Fasern eine Kern/Mantelstruktur durch thermische Fusion oder thermisches Verschmelzen in einen nicht gewebten Stoff verarbeitet werden können. Da die individuellen Fasern an ihren Mänteln angeschmolzen sind, besteht eine geringere Neigung für die Erzeugung von Teilchen, wie beispielsweise von Faserfragmenten. Dies ist eine sehr wichtige Eigenschaft für die Behandlungen von Wasser und Luft, wie dies bei der Verwendung in der Präzisionselektronik- Industrie, der Kernkrafterzeugung und anderen industriellen Sektoren auftritt, wo die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
Speziell ist der Mantel vorzugsweise aus Polyolefinmaterialien hergestellt, da der Mantel aus Materialien geformt werden muß, die für die strahlungsiniziierte Polymerisation geeignet sind. Geeignete Beispiele umfassen folgendes: Polyolifine typifiziert durch Polyäthylen und Polypropylen, halogenisierte Polyolifine, wie beispielsweise Polyvenylchlorid und Polytetrafluoräthylen (PTFE), Kopolymere der Olifine und halogenierte Polyolifine, beispielsweise Äthylen-Tetrafluoräthylen, Hochpolymer und kopolymere Olifine und andere Monomere, wie beispielsweise Äthylen-Venylalkohol oder Äthylenvenylazetat-Kopolymer (EVOH oder EVA). Polyäthylen ist besonders vorteilhaft zur Verwendung als eine Komponente für Ionen- Austauschfasern.
Das Kernmaterial kann aus Materialien ausgewählt werden, die vom ausgewählten Mantelmaterial oder Ummantelungsmaterial sich unterscheiden, und vorzugsweise ist das Kernmaterial derart ausgewählt, daß die Faserstärke selbst nach der strahlungsiniziierten Pfropf-Polymerisation am Kern aufrecht erhalten werden kann. Obwohl Polyolifin-Kernmaterialien verwendet werden können, sind besonders geeignete Kernmaterialien Polyesther, und zwar typifiziert durch Polyäthylen-Terephtalat und Polybutylen-Terephtalat.
Beispielhafte Kombinationen von Kern- und Mantelmaterialien umfassen die folgenden: Polyäthylen (Mantel)/Polypropylen (Kern) und Polyäthylen (Mantel)/Polyäthylen-Terephtalat (Kern), wobei die letztgenannte Kombination, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, besonders bevorzugt wird, da sie einen hohen Strahlungswiderstand sicherstellt.
Fasern mit einer Kern/Mantelstruktur besitzen vorzugsweise ein Mantel zu Kern Gewichtsverhältnis im Bereich von 0,1-10. Wenn das Mantel zu Kern Gewichtsverhältnis kleiner als 0,1 ist, dann muß der Propf-Verhältnis des Mantels vergrößert werden, und zwar auf ein sehr hohes Niveau, um sicherzustellen, daß eine adäquate Menge an funktionellen Gruppen auftritt, dann wird aber die Faserstärke soweit reduziert, daß es nicht mehr möglich ist, die Kern/Mantelstruktur der Faser aufrechtzuerhalten. Wenn das Mantel zu Kern Gewichtsverhältnis 10 übersteigt, so ist die Faser praktisch von einer einzelnen Struktur, insofern als sie im wesentlichen aus dem Mantel aufgebaut ist und kein Vorteil in der Annahme der Kern/Mantelstruktur besteht.
Wenn der Mantel einer Faser mit einer Kern/Mantelstruktur der Pfropf-Polymerisation ausgesetzt wird, so vergrößert sich die Messung des Mantels, was diesen dazu veranlaßt, sich vom Kern zu trennen (vgl. Fig. 7). Vor dem Pfropfen gibt es keinen Spalt zwischen dem Kern und dem Mantel, aber nach der Pfropf-Polymerisation bildet sich ein Spalt zwischen dem Kern und dem Mantel, was die Entwicklung von Wellungen oder Faltungen um Mantel verursacht. Nach der Einführung von funktionellen Gruppen erweitert sich der Spalt weiter und die Faltungen breiten sich aus.
Die Fig. 8 bis 11 sind Elektronen-Mikrographien, welche im Querschnitt eine Vielzahl von Komposit-Fasern darstellen, wobei jede aus einem Polyäthylen- Terephthalat(PET)-Kern und einem Polyäthylen(PE)-Mantel vor dem Pfropfen (Fig. 8), nach dem Pfropfen ca. 116% Glyzidyl-Methakrylat (Fig. 9) gefolgt von Sulfonisierung (Fig. 10) oder Animierung (Amination) (Fig. 11).
Nach dem Pfropfen sind am Mantel viele Knoten vorhanden, was in scharfem Kontrast mit der glatten Oberfläche, die man vor dem Pfropfen beobachten konnte, steht. Mit dem Vorhandensein von vielen Wellungen auf seiner Oberfläche hat der Mantel eine vergrößerte Oberfläche, was nicht nur für die Zwecke der Verbesserung der Rate der adsorptiven Trennung bevorzugt wird, sondern auch grundlegend ist für die erhöhte Effektivität bei der körperlichen Einfangung von feinen Teilchen. Es sei hinzugefügt, daß die Trennung zwischen dem Kern und dem Mantel dabei hilft, die Fähigkeit der Fasern zu erhöhen, um gesehen als Ganzes, Wasser zurückzuhalten. Diese Eigenschaft wird in vorteilhafter Weise dazu verwendet, um eine Leistungsverschlechterung infolge Trocknens zu verhindern, wenn die Separationsfunktionsfasern (trennwirksame Fasern) der Erfindung, insbesondere daraus hergestellte Ionen-Austauschfasern in ein Luftfilter zusammengebaut werden, das dazu verwendet wird, um schädliche Gase, wie beispielsweise Säure- und Alkaligase zu entfernen. Das Pfropfen auf den Mantel wird die körperliche Festigkeit etwas verschlechtern, aber die Gesamtfestigkeit der Faser wird durch den Kern aufrechterhalten.
Die Fasern mit einer Kern/Mantelstruktur können lange oder kurze Fasern sein. Die Erfindung ist auch anwendbar bei gewebten und nicht gewebten Stoffen, die Faseranordnungen sind, und auch bei Gegenständen, die hergestellt wurden durch Verarbeitung solcher gewebten oder nicht gewebten Stoffen.
Das Substrat oder die Fasern mit einer Kern/Mantel-Struktur können in der folgenden Art und Weise bei der strahlungsiniziierten Pfropf-Polymerisation ausgesetzt werden.
Als erstes können verschiedene Strahlungsquellen verwendet werden, wie beispielsweise α-Strahlen, β-Strahlen, γ-Strahlen, Elektronen-Strahlen, Röntgen- Strahlen und Ultraviolet-Strahlen, wobei γ-Strahlen und Elektronen-Strahlen besonders für die Zwecke der Erfindung geeignet sind. Die bevorzugte Strahlungsdosis liegt zwischen 20 bis 300 kGy. Unterhalb 20 kGy werden Radikalen nicht in einer hinreichenden Menge zur Iniziierung der beabsichtigten Reaktion erzeugt. Oberhalb 300 kGy steigt die Intensität der Strahlungsverschlechterung an und die Kosten der Bestrahlung steigen auch an.
Ein Verfahren der Pfropf-Polymerisation, bei dem das Substrat, dem eine Vor-Aussetzung einer Strahlung gegeben wurde, mit einem polymerisierbaren Polymer in Kontakt gebracht, wird üblicherweise als "Vorbestrahlungs-Pfropf-Polymerisation" bezeichnet. Verglichen mit der "gleichzeitigen Bestrahlung", bei der das Substrat einer Strahlung in Anwesenheit eines Monomers ausgesetzt wird, erzeugt die Vorbestrahlungs-Pfropf-Polymerisation eine kleinere Menge an Kopolymer und ist somit geeignet zur Verwendung bei der Herstellung von separationsfunktionellen Fasern der gemäß der Erfindung ins Auge gefaßten Art.
Ein Verfahren, bei dem ein bestrahltes Substrat der Pfropf-Polymerisation ausgesetzt wird, wenn es in eine Monomer-Lösung eingetaucht wird, wird üblicherweise als "Flüssig-Phasen-Pfropf-Polymerisation" bezeichnet und kann bei einer Reaktionstemperatur von 20 bis 60ºC für eine Reaktionszeit von 2 bis 10 Stunden ausgeführt werden.
Die Imprägnations-Pfropf-Polymerisation ist ein Verfahren, bei dem ein bestrahltes Substrat mit einer vorbestimmten Menge an Monomer imprägniert wird, und dann entweder im Vakuum oder in einem inerten Gas reagieren kann; dieses Verfahren wird in geeignet Weise bei einer Reaktionstemperatur von 20 bis 60ºC für eine Reaktionszeit von 0,2 bis 8 Stunden ausgeführt. Nach der Pfropf-Polymerisation durch dieses Verfahren befindet sich das Substrat in einem trockenen Zustand und dieser bietet mehrere Vorteile, wie beispielsweise die Leichtigkeit der Handhabung des Substrats und verminderte Emission von flüssigen Abfällen.
Die Dampfphasen-Pfropf-Polymerisation, die den Kontakt zwischen einem bestrahlten Substrat und einem Monomerdampf umfaßt, ist nur bei Monomeren anwendbar, die verhältnismäßig hohe Dampfdrücke besitzen und ein ungleichmäßiges Pfropfen tritt leicht ein; andererseits bietet es mehrere Vorteile, wie beispielsweise eine verminderte Emission von flüssigen Abfällen und die Verfügbarkeit eines trockenen Substrats, was den Erhalt durch die Pfropf-Polymerisation anlangt. Wenn die Dampfphasen-Pfropf-Polymerisation ausgeführt werden soll, so ist eine Reaktionstemperatur von 20 bis 80ºC und eine Reaktionszeit von 2 bis 10 Stunden erforderlich.
Irgendeine dieser strahlungsiniziierten Pfropf-Polymerisationsprozesse ist erfindungsgemäß verwendbar. Die polymerisierbaren Monomere können diejenigen sein, die verschiedene Funktionen in sich selbst vorsehen oder jene, die mit bestimmten Funktionen durch eine Sekundärreaktion nach Pfropfen versehen werden können. Beispielsweise sei der Fall von Ionen-Austauschfasern genommen: Zu den beispielhaften Monomeren mit Ionen-Austauschgruppen gehören: Akrylsäure, Methacrylsäure, Natrium-Styrolsulfonat, Natrium-Methallylsulfonat und Natriumallylsulfonat; diese brauchen nur der Pfropf-Polymerisation ausgesetzt zu sein, um Ionen-Austauschfasern zu erzeugen.
Beispiele der Monomere, in die Ionen-Austauschgruppen eingeführt werden können, und zwar durch Ausführen einer weiteren Reaktion nach der Pfropf-Polymerisation umfassen die folgenden: Acrylonitril, Acrolein, Vinylpyridin, Styrol, Chlormethylstyrene bzw. styrol und Glycidylmethacrylat. Um Styrol-Pfropf-Polymere als ein Beispiel zu nehmen, so sei bemerkt, daß Sulfongruppen dieser Polymere mittels Sulfonierchemikalien eingeführt werden, wie beispielsweise Chlorsulfonsäure und Schwefelsäure.
Obwohl die vorstehende Beschreibung annimmt, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von separationsfunktionellen Fasern hauptsächlich bei Ionen-Austauschfasern anwendbar ist, sei bemerkt, daß die Erfindung auch anderen Produkten anwendbar ist, einschließlich Schwermetall-Adsorbentien mit Chelatgruppen, Katalysatoren und affinitätschromatographischen Trägern.
Die folgenden Beispiele werden zum Zwecke der weiteren Erläuterung der folgenden Erfindung angegeben, sollen aber in keiner Weise einschränkend verstanden werden.

Beispiel 1

Ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 50 g/m²) gebildet aus Komposit-Fasern (durchschnittlicher Durchmesser 20 um) bestehend aus einem Polypropylenkern und einem Polyäthylenmantel (Kern-zu-Mantel Gewichtsverhältnis = 1) wurde mit 200 kGy von γ-Strahlen in einer Stickstoffatmosphäre bestrahlt und in eine wässrige Lösung von 50% Acrylsäure eingetaucht. Durch eine 6-Stundenreaktion bei 40 ºC wurde das Pfropfen zu 53% erreicht. Die auf diese Weise behandelten Fasern besaßen eine Ionen-Austauschkapazität von 4,8 meq/g.
Die Fasern wurden in eine Na Form mit Natriumhydroxyd umgewandelt und hinsichtlich ihres Querschnitts mit einem Röntgenstrahlen-Mikroanalysierer überprüft; es wurde festgestellt, daß Natrium nur in dem Polyäthylenmantel verteilt war.
Der nicht gewebte Stoff (H Form) wurde mit einer Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm gelocht und 0,4 g des Stoffes wurden in eine Glassäule in der experimentellen Gas-Adsorptionseinrichtung gemäß Fig. 2 gepackt. Ein Test zur Entfernung von Ammoniakgas wurde durchgeführt, und zwar mit einer Zirkulationsrate von 3 L/min.
Durch 3 ist in Fig. 2 eine Fluorharztasche (40 L) gezeigt; 4 war die Glassäule (20 mm ) gepackt mit dem nicht gewebten Stoff 5; 6 war eine Pumpe; 7, 8 und 9 waren jeweils ein Probenanalysierteil; und 10 war ein Flußmesser.
Die Testergebnisse sind in Fig. 3 durch eine offene Kreise (o) verbindende Kurve gezeigt. Wie man aus Fig. 3 ersieht, stellte der nicht gewebte durch die erfindungsgemäßen Fasern gebildete Stoff sicher, daß die Ammoniakkonzentration in der Tasche 3 die anfänglich 40 ppm betrug, auf 10 ppm oder weniger in ungefähr 50 Minuten und auf 5 ppm oder weniger nach dem Vergehen von 2 Stunden reduziert wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 40 g/m²) allein bestehend aus Polypropylenfasern (20 um durchschnittlicher Durchmesser) wurde der strahlungsiniziierten Pfropf-Polymerisation ausgesetzt, und zwar mit Acrylsäure, wie im Beispiel 1, bis das Pfropfverhältnis 58% betrug. Die auf diese Weise behandelten Fasern hatten eine Ionen-Austauschkapazität von 5,0 meg/g, wobei die Ionen-Austauschgruppen ziemlich gleichförmig über den Durchmesser jeder Faser hinweg verteilt war.
Der nicht gewebte Stoff wurde mit einer Scheibe, wie im Beispiel 1 gestanzt und einem Test hinsichtlich der Entfernung von Ammoniakgas ausgesetzt in einer expe rimentellen Anlage der Bauart, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 durch eine Kurve gezeigt, die offene Dreiecke (Δ) verbindet. Es dauerte offensichtlich 1 Stunde und 50 Minuten bis die Ammoniakkonzentration in der Fluorharztasche auf 10 ppm und darunter abfiel.

Beispiel 2

Ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 40 g/m²) gebildet aus Kompositfasern (durchschnittlicher Durchmesser 20 um) bestehend aus einem Polypropylenkern und einem Polyäthylenmantel (Kern zu Mantel Gewichtsverhältnis = 1) wurde mit 200 kGy γ-Strahlen bestrahlt, und zwar in einer Stickstoffatmosphäre und sodann eingetaucht in eine Glycydilmetacrylat/Methanol (1/1)-Lösung. Durch eine 7 Stundenreaktion bei 45ºC wurde das Pfropfen zu 138% erreicht. Nach dem Pfropfen wurden die Fasern in eine wässrige Lösung von Natriumsulfid eingetaucht und die Sulfonisierung wurde durch eine 8stündige Reaktion bei 80ºC ausgeführt. Auf diese Weise wurden stark sauere Kathionen-Austauschfasern erhalten. Sie hatten eine Ionenaustauschkapazität von 2,42 meq/g, wobei nahezu alle Sulfonisäure-Gruppen in dem Mantel verteilt waren.
Der nicht gewebte Stoff (H Form) wurde mit einer Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm gestanzt und einem Test hinsichtlich der Entfernung von Ammoniakgas unter den gleichen Bedingungen wie beim Beispiel 1 beschrieben, ausgesetzt, und zwar unter Verwendung der experimentellen Anlage des gleichen Typs wie Fig. 2. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 durch eine Kurve dargestellt, welche offene Kreise (o) verbindet. Wie man aus Fig. 4 erkennt, fiel die Ammoniakkonzentration in der Fluorharztasche, die anfänglich 40 ppm betrug, auf 10 ppm oder weniger innerhalb von 20 Minuten.

Vergleichsbeispiel 2

Ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 40 g/m²) allein bestehend aus Poly-Popylenfasern (20 um durchschnittlicher Durchmesser) wurde einer strahlungsiniziierten Pfropf-Polymerisation ausgesetzt, und zwar mit Glycidyl-Methacrylat, wie im Beispiel 2 bis das Pfropfverhältnis 135% war. Durch die darauf folgende Sulfonisierung, wie im Beispiel 2, wurden stark sauere Kathionenaustauschfasern erhalten.
Sie hatten eine Ionen-Austauschkapazität von 2,45 meq/g, und zwar mit ziemlich gleichförmig verteilten Sulfonsäuregruppen über den Durchmesser jeder Faser hinweg.
Der nicht gewebte Stoff wurde in eine Scheibe wie im Beispiel 2 gestanzt oder durchtrennt und einem Test hinsichtlich der Entfernung von Ammoniakgas ausgesetzt, und zwar mit einer experimentellen Anlage gemäß Fig. 2. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 durch eine Kurve dargestellt, welche offene Dreiecke (A) verbindet. Es braucht offenbar 35 Minuten damit die Ammoniakkonzentration in der Fluorharztasche auf 10 ppm und darunter abnahm.
Im Beispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 1 war der Typ der funktionellen (wirksamen) Gruppe identisch und das Pfropfverhältnis und die Ionen-Austauschkapazität waren im wesentlichen die gleichen und dies galt auch für den Fall des Beispiels 2 und das Vergleichsbeispiel 2. Die Fasern mit einer Kern-Mantel-Struktur gemäß der Erfindung zeigen offensichtlich eine bessere Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Entfernung von Ammoniakgas.

Beispiel 3

Ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 55 g/m²) gebildet aus Kompositfasern (durchschnittlicher Durchmesser 20 um) bestehend aus einem Polyäthylenterephtalat-Kern konzentrisch mit einem Polyäthlenmantel (Kern zu Mantel Gewichtsverhältnis = 0,7) wurde mit 10 kGy Elektronenstrahlen in einer Stickstoffatmosphäre bestrahlt und einer Reaktion mit Glycidyl-Methacrylat wie im Beispiel 2 ausgesetzt, um ein Pfropfverhältnis von 116% zu erhalten. Der auf diese Weise behandelte nicht gewebte Stoff wurde in eine Äthylendiaminlösung eingetaucht und die Reaktion für 3 Stunden bei 50ºC ausgesetzt; der nunmehr Chelatgruppen enthaltende nicht gewebte Stoff war in der Lage, eine Säureadsorption in einer Menge von 5,3 meq/g auszuführen, wobei nahezu alle Chelatgruppen im Mantel verteilt waren.
Der nicht gewebte Stoff wurde sodann in eine Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm gestanzt und in einer Menge von 0,5 g getestet. Der getestete Teil oder Probenteil wurde in eine 300 ml wässrige Lösung von Kupfersulfat (110 mg/L als Cu) eingetaucht und die Änderung der Kupferkonzentration wurde bei Rühren über die Zeit hinweg untersucht. Die Ergebnisse sind in der Fig. 5 gezeigt, und zwar durch eine Kurve, welche offene Kreis (o) verbindet. Offensichtlich fiel die Cu-Konzentration auf 20 mg/L als Cu in einer Minute ab.
Fig. 8 ist eine Elektronen-Micrographie, die in einem Querschnitt der Kompositfasern zeigt, wie es im Beispiel 3 verwendet wurden, um die Substratmembran zu bilden. Mach dem Pfropfen wurden die Fasern, wie in Fig. 9 gezeigt und nach der Amination mit der Lösung von Äthylendiamin wurden die Fasern so, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist.

Vergleichsbeispiel 3

Ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 60 g/m²) allein bestehend aus Polyäthylenfasern (20 um durchschnittlicher Durchmesser) wurde einer Elektronenstrahl-Bestrahlung unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 3 ausgesetzt. Der nicht gewebte Stoff wurde sodann mit Glycidyl-Methdcrylat zur Reaktion gebracht, um ein Pfropfverhältnis von 131% zu erreichen. Durch die darauf folgende Reaktion mit Äthylendiamin unter den gleichen Bedingungen erhielt man einen nicht gewebten Stoff mit Chelatgruppen, der in der Lage war, eine Säureadsorption in einer Menge von 5,19 mg/g durchzuführen; die Chelatgruppen waren gleichförmig entlang des Radius jeder Faser zum Mittelpunkt hin verteilt.
Der nicht gewebte Stoff wurde sodann in einer Scheibe ausgestanzt, und zwar mit einem Durchmesser von 20 mm, wie im Beispiel 3, und sodann folgte ein Eintauchen in eine Lösung von Kupfersulfat. Die Änderung der Cu-Konzentration wurde über die Zeit hinweg festgestellt. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt, und zwar durch eine Kurve, welche offene Dreiecke (Δ) verbindet. Offensichtlich fiel die Cu-Konzentration auf ca. 40 mg/L als Cu in einer Minute ab.
Im Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3 wären das Pfropf-Verhältnis und die Konzentration der Radikalgruppen fast die gleichen und doch zeigten die Fasern mit einer Kern-Mantel-Struktur gemäß der Erfindung offensichtlich eine bessere Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Absorption von Schwermetallen.

Beispiel 4

(a) Ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 50 g/m²) gebildet aus Fasern (Durchmesser ca. 17 um) bestehend aus einem Polyäthylen(PE)-Mantel konzentrisch mit einem Polypropylen(PP)-Kern wurde mit γ-Strahlen bestrahlt, und zwar in einer Stickstoffatmosphäre und einer Pfropfpolymerisation mit Glycidyl-Methacrylat ausgesetzt, bis das Pfropfverhältnis 153% war.
Der nicht gewebte Stoff wurde sodann in eine Sulfonier- oder Sulfonisierungslösung eingetaucht, und zwar bestehend aus 8% Natriumsulfid, 12% Isopropylalkohol und 80% H&sub2;O und einer Sulfonisierungsreaktion bei 80ºC für 8 Stunden ausgesetzt. Zusätzlich wurde der Stoff in 7% HCl zur Umwandlung in eine H Form eingetaucht. Die auf diese Weise erzeugten Fasern wurden (a) PE/PP bezeichnet.
(b) In einem gesonderten Schritt wurde ein nicht gewebter Stoff (Flächendichte 50 g/m²) gebildet aus Fasern (ca. 17 um im Durchmesser) bestehend aus einem Polyäthylenmantel konzentrisch mit einem Polyäthylen-Terephthalat(PET)-Kern der Pfropf-Polymerisation ausgesetzt, der Sulfonisierung und der Regeneration in der gleichen Weise, wie dies in (a) beschrieben wurde. Die auf diese Weise erzeugten Fasern wurden (b) PE/PET bezeichnet. Fig. 10 ist eine Elektronen-Micrographie, die einen Querschnitt der Fasern zeigt.
Die nicht gewebten Stoffen unter Verwendung von zwei Fasern (a) PE/PP und (b) PE/PET hatten Zugfestigkeit abhängig von Strahlungsdosisprofile, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die Daten für die Faser (b) sind durch eine Kurve angegeben, die offene Dreiecke (Δ) verbindet, wohingegen die Daten für die Faser (a) durch eine Kurve angedeutet sind, welche offene Kreise (o) verbindet. Offensichtlich nahm die Zugfestigkeit des nicht gewebten Stoffes hergestellt aus Faser (b) PE/PET nicht mit ansteigender Strahlungsdosis ab.
In der nächsten Stufe wurden Tests ausgeführt, um die Freigabe von Zersetzungsprodukten infolge der chemischen Zersetzung der Fasern zu verifizieren. Es ist im allgemeinen schwierig, selbst bei Ionen-Austausch und basierend auf synthetischen Hochpolymeren, die oxidative Zersetzung der Polymerrückenkette zu vermeiden und die darauf folgende Bildung von ein niedriges Molekulargewicht besit zenden Zersetzungsprodukten und die Elimination von funktionellen Gruppen und es ist somit erwünschter, Ionen-Austauscher zu entwickeln mit einem zufriedenstellend hohen Widerstand gegenüber diesen Fällen der chemischen Zersetzung.
Im Hinblick auf die Auswertung der Freisetzung von Zersetzungsprodukten infolge von Zersetzung oder Verschlechterung wurden der nicht gewebte Stoff gebildet aus Faser (a) PE/PP und der gebildet aus Faser (b) PE/PET (jeder Stoff mit Maßen von 20 cm · 4 cm) in gesonderten Behältern in entsprechenden Mengen von ca. 200 g plaziert; Luft wurde durch die Behälter mit einer Rate von 1 L/min zirkuliert; die Zersetzungs- oder Zerlegungsprodukte in der abgegebenen Luft wurden in ultrareinem Wasser eingefangen und analysiert. Für die Auswertung der organischen, ein niedriges Molekulargewicht besitzenden Zersetzungsprodukte wurde eine TOC- Messung ausgeführt. Für die Auswertung der Lösbarkeit der Ionen-Austauschgruppen wurde die Konzentration der Sulfat-Ionen durch Ionen-Chomatographie gemessen. Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 1 unten gezeigt. Tabelle 1

Beispiel 5: Entfernung von SO&sub2;

Ein nicht gewebter Stoff der gleichen Art, wie er beim Beispiel 1 verwendet wurde, wurde mit 200 kGy von γ-Strahlen in einer Stickstoffatmosphäre bestrahlt und in eine Lösung von Glycidyl-Methacrylat eingetaucht, bis 150% des Substrats mit der Lösung imprägniert waren. Der nicht gewebte Stoff wurde sodann in eine Glasampulle gegeben, die mit einer Vakuumpumpe evakuiert wurde. Sodann wurde der Stoff der Reaktion ausgesetzt, und zwar bei 45ºC 3 Stunden lang, bis ein Pfropf- Verhältnis von 141% erreicht war. Der auf diese Weise behandelte, nicht gewebte Stoff wurde in eine wässrige Lösung von 30% Iminodiäthanol eingetaucht und einer Reaktion bei 70ºC 3 Stunden lang ausgesetzt, was einen schwach basischen nicht gewebten Anionen-Austausch- Stoff ergab mit einer Ionen-Austauschkapazität von 2.89 meq/g.
Der Stoff wurde sodann in eine Scheibe gestanzt, und zwar mit einem Durchmesser von 20 mm und einem Test ausgesetzt, und zwar zur Entfernung von Schwefeldioxyd (SO&sub2;) mittels einer experimentellen Anlage der Bauart, wie sie im Beispiel 1 verwendet wurde. Die Konzentration von SO&sub2; in der Fluorharztasche betrug anfänglich 30 ppm, fiel aber auf 1 ppm nach weniger als 40 Minuten ab.

Beispiel 6: Entfernung von CO&sub2;

Ein nicht gewebter Stoff, wie er im Beispiel 1 verwendet wurde, wurde mit 200 kGy γ-Strahlen in einer Stickstoffatmosphäre bestrahlt. Danach wurde der Stoff in eine Lösung von Chloromethylstyrol (CMS) eingetaucht und der Reaktion bei 40ºC 7 Stunden ausgesetzt, bis das CMS-Pfropfverhältnis 112% betrug. Der Stoff wurde sodann in eine wässrige Lösung von 10% Trimethylamin eingetaucht und der Reaktion zur Bildung eines quaternären Ammoniumsalzes bei 50ºC 3 Stunden ausgesetzt. Der auf diese Weise behandelte, nicht gewebte Stoff wurde in eine wässrige Lösung von 5% Natriumhydroxid eingetaucht, so daß er regeneriert wurde, und zwar zu einer OH-Form, wodurch sich ein stark basischer nicht gewebter Anionen-Austauschstoff ergab, der in der Lage war, neutrale Salze in einer Kapazität von 2,38 mg/g zu zerlegen.
Der Stoff wurde sodann in eine Scheibe und einem Durchmesser von 20 mm gestanzt, in einem Vakuum und in einer Stickstoffatmosphäre getrocknet, um eine sichere Abgrenzung gegenüber Luft vorzusehen, der Stoff wurde dann in eine experimentelle Anlage der gleichen Bauart, wie sie im Beispiel 1 verwendet wurde, gepackt und einem Test ausgesetzt, und zwar zur Entfernung von Kohlendioxyd (CO&sub2;). Das Kohlendioxyd in der Fluorharztasche wurde auf 130 ppm mit reiner Luft verdünnt. Unmittelbar nach denn Beginn des Tests war die Konzentration von CO&sub2; am Ausgang des Filters 0 ppm und die CO&sub2; Konzentration in der Fluorharztasche fiel auf 1 ppm und darunter innerhalb von 50 Minuten ab.

Beispiel 7: Entfernung von H&sub2;S

Ein nicht gewebter Stoff der gleichen Art, wie er im Beispiel 6 verwendet wurde, wurde gemäß Beispiel 6 behandelt und in eine Experimentieranlage des gleichen Typs gepackt, wie sie im Beispiel 1 verwendet wurde, und der Stoff wurde einem Test zur Entfernung von Wasserstoffsulfid (H&sub2;S) ausgesetzt. Die Konzentration von H&sub2;S in der Fluorharztasche wurde auf 3 ppm mit reiner Luft eingestellt. Unmittelbar nach dem Start des Tests war düe Konzentration von H&sub2;S am Ausgang des Filters 0,0 ppm und die H&sub2;S-Konzentration in der Fluorharztasche, die anfangs 3 ppm war, fiel auf 1 ppm oder darunter in ungefähr 30 Minuten ab.

Beispiel 8: Entfernung von NO&sub3;

Ein Test zur Entfernung von NO&sub3; Gas wurde durchgeführt, und zwar unter Verwendung eines schwach basischen, nicht gewebten Anionenaustausch-Stoffs der gleichen Art, wie er im Beispiel 6 verwendet wurde und eine Versuchsanlage der gleichen Art, wie sie im Beispiel 1 verwendet wurde, wurde benutzt. Die Konzentration von NO&sub2; in der Fluorharztasche wurde mit reiner Luft auf 2 ppm eingestellt. Die NO&sub3;-Konzentration in der Fluorharztasche fiel auf 0,5 ppm und darunter 30 Minuten nach dem Start des Tests ab.

Beispiel 9: Entfernung von HF

Ein Test zur Entfernung von Wasserstofffluorid (HF)-Gas wurde durchgeführt, und zwar unter Verwendung eines schwach basischen, nicht gewebten Ionenaustausch-Stoffs der gleichen Art, wie er im Beispiel 5 verwendet wurde und eine Experimentieranlage des gleichen Typs wie im Beispiel 1 wurde verwendet. Die Konzentration von HF in der Fluorharztasche betrug anfangs 5 ppm und fiel auf 1 ppm und darunter in 30 Minuten nach dem Start des Tests ab. Die HF-Konzentration betrug 0,5 ppm oder weniger ann Ausgang vom Filter.
Gemäß der Erfindung könnte man separationsfunktionelle oder trennwirksame Fasern erzeugen, die funktionelle Gruppen hätten, und zwar eingeführt mit hoher Dichte an der Oberfläche, wobei diese weniger physikalische (körperliche) und chemische Verschlechterungen erfahren würden und in der Lage wären, eine zufriedenstellende Festigkeit beizubehalten. Die Fasern hätten eine so hohe Trennkapazität, daß sie in der Lage wären, für eine Gastrennung oder die Trennung von Schwermetallen aus Flüssigkeiten innerhalb von kurzen Zeiten; somit sind die Fasern bei derartigen Anwendungen, wie Filtern zum Entfernen von Gasen und als Adsorbentien von Schwermetallen brauchbar.
Zusätzlich können die Fasern, wenn sie in Ionen-Austauschanwendungsfällen verwendet werden, regeneriert werden. Somit können sie in einen Ionen-Austausch- Gasentfernungsfilter fabriziert werden, der mit Regenerationsmitteln regenerierbar ist, wenn alle Komponenten einschließlich des Filterraums und des Separators und Materialien gemacht sind, die durch die Regenerationsmittel nicht angegriffen werden.
Die vorstehende Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele enthüllt die allgemeine Natur der Erfindung so vollständig, daß andere durch Anwendung des derzeitigen Wissens ohne weiteres eine Modifikation und/oder Anpassung für verschiedene Anwendungsfälle vorsehen können, wobei solche speziellen Ausführungsbeispiele ohne große Experimente und ohne das allgemeine Konzept der Erfindung zu verlassen, vorgesehen sein können. Es sei bemerkt, daß die hier verwendete Terminologie zum Zwecke der Beschreibung und nicht für deren Einschränkung gewählt wurde.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Ionenaustauschfaser, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:

Aussetzen einer Faser mit einer Kern/Mantelstruktur aus unterschiedlichen Polymeren einer Ionisationsstrahlung und sodann Pfropfen eines polymerisierbaren Monomers auf die Faser unter der Voraussetzung, daß das polymerisierbare Monomer kein Styrol ist,

wobei das polymerisierbare Monomer ein Monomer ist mit Ionenaustauschgruppen oder ein Monomer in welches Ionenaustauschgruppen eingeführt werden können durch Ausführen einer weiteren Reaktion nach der Pfropfpolymerisation,

wobei die Faser ein Mantel-zu-Kern Gewichtsverhätlnis von 0,1 bis 10 besitzt, und wobei während des Pfropfens der Kern und der Mantel der Faser über mindestens einen Teil ihrer Grenzschicht getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das polymerisierbare Monomer Glycidylmethacrylat ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mantel der Faser aus einem Polymer hergestellt ist, welches in der Lage ist bei der Aussetzung gegenüber einer Ionisationsstrahlung Radikale zu erzeugen, wohingegen der Kern aus einem Polymer hergestellt ist, welches eine geringe Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung von Radikalen und/oder die Polymerverschlechterung bei Aussetzen gegenüber einer Ionisationsstrahlung, besitzt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mantel aus einem Polyolefin hergestellt ist wohingegen der Kern aus Polyester hergestellt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Faser in der Form einer individuellen Faser, eines gewebten oder nicht gewebten Stoffes oder eines verarbeiteten Produkts aus der Faser oder dem gewebten oder nicht gewebten Stoff vorliegt.

6. Ionenaustauschfaser hergestellt durch Aussetzen einer Faser mit einer Kern/Mantelstruktur aus unterschiedlichen Polymeren gegenüber einer Ionisierungsstrahlung und sodann Pfropfen eines polymerisierbaren Monomers auf die Faser mit der Voraussetzung, daß das polymerisierbare Monomer nicht Styrol ist, wobei das polymerisierbare Monomer ein Monomer mit Ionenaustauschgruppen oder ein Monomer ist in das Ionenaustauschgruppen eingeführt werden können durch Ausführen einer weiteren Reaktion nach der Pfropfpolymerisation,

wobei die Faser ein Mantel-zu-Kern Gewichtsverhältnis von 0,1 bis 10 besitzt, und

wobei während des Pfropfens der Kern und der Mantel der Fasern voneinander getrennt werden, und zwar mindestens über einen Teil ihrer Grenzschicht.

7. Ionenaustauschfaser nach Anspruch 6, wobei Glycidylmethacrylat als das polymerisierbare Monomer durch die strahlungsinitiierte Pfropfpolymerisation gepfropft wird, und wobei Ionenaustauschgruppen danach in das Gylzidylmethakrylat eingeführt werden.

8. Ionenaustauschfaser nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Mantel aus Polyolefin besteht während der Kern aus Polyester besteht.

9. Ionenaustauschfaser nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Faser in der Form einer individuellen Faser, eines gewebten oder nicht gewebten Stoffes oder eines verarbeiteten Produkts aus der Faser oder dem gewebten oder nicht gewebten Stoff vorliegt.

10. Ionenaustauschfaser nach Anspruch 9, wobei die Mäntel benachbarter Fasern in dem nicht gewebten Stoff miteinander verschmolzen sind.

11. Ionenaustauschfaser nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Mantel aus Polyethylen hergestellt ist, wohingegen der Kern aus Polyethylenteraphtalat hergestellt ist.

512. Eine Gasabsorptionsvorrichtung, die folgendes aufweist:

eine Ionenaustauschfaser hergestellt durch Aussetzen einer

Faser mit einer Kern/Mantelstruktur gegenüber einer Ionisationsstrahlung und sodann Aufpfropfen eines polymerisierbaren Monomers auf den Mantel, wobei der Mantel der Faser aus einem Polymer hergestellt ist, welches in der Lage ist Radikale beim Aussetzen gegenüber der Ionensationsstrahlung zu erzeugen, wohingegen der Kern aus einem Polymer mit einer geringen Wahrscheinlichkeit zur Radikalenerzeugung und/oder Polymerverschlechterung bei Aussetzen gegenüber einer Ionisationsstrahlung hergestellt ist, und zwar unter der Voraussetzung, daß das polymerisierbare Monomer kein Styrol ist, wobei ferner das polymerisierbare Monomer ein Monomer ist mit Ionenaustauschgruppen oder ein Monomer in welches Ionenaustauschgruppen eingeführt werden, und zwar durch Ausführen einer weiteren Reaktion nach der Pfropfpolymerisation,

wobei die Faser ein Mantel-zu-Kern Gewichtsverhätlnis von 0,1 bis 10 besitzt, und

wobei während des Pfropfens der Kern und Mantel der Fasern über mindestens einen Teil ihrer Grenzschicht getrennt werden.

13. Gasabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das polymerisierbare Monomer Glycidylmethacrylat ist.

14. Gasabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Mantel aus Polyolefin hergestellt ist, wohingegen der Kern aus Polyester hergestellt ist.

15. Gasabsorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Faser mit einer Kern/Mantelstruktur eine derartige Querschnittsform be sitzt, daß ein einziger Kern entweder konzentrisch oder exzentrisch mit dem Mantel angeordnet ist.

16. Gasabsorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Faser in der Form einer individuellen Faser, eines gewebten oder nicht gewebten Stoffes oder eines verarbeiteten Produktes aus der Faser oder dem gewebten oder nicht gewebten Stoff vorliegt.