DE1929158A1 - Verfahren zum Herstellen einer verstaerkten semipermeablen Schlauchmembran - Google Patents

Description

K 1897 FP-Dr.P.-is 3. Juni 1969

Beschreibung
zur Anmeldung von

KALLE AKTIENGESELLSCHAFT
Wiesbaden-Biebrich

für ein Patent auf

Verfahren zum Herstellen einer verstärkten
semipermeablen Schlauchmembran

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer verstärkten semipermeablen Membran in Schlauchform, das kontinuierlich durchführbar ist und eine biegsame Schlauchmembran in praktisch unbegrenzter Länge liefert.

Es ist bekannt, daß sehr dünne Filme aus filmbildenden Stoffen semipermeabel und wegen dieser Eigenschaft technisch brauchbar sind, beispielsweise zum Entsalzen von Wasser durch Druckosmose und zur Ultrafiltration. Filmbildende Stoffe können dabei hochmolekulare organische Stoffe sein, beispielsweise Celluloseester, wasserunlösliche Celluloseäther, Polyamide oder andere Polymere. Es ist auch bekannt, technisch brauchbare semipermeable Membranen aus einer Lösung eines filmbildenden Stoffes herzustellen, indem man die Lösung auf eine Unterlage aufträgt, von der Oberfläche der aufgetragenen Schicht einen Teil des Lösungsmittels verdunsten läßt und daraufhin aus dem übrigen Teil der Lösung, aus welcher die aufgetragene Schicht besteht, den filmbildenden Stoff ausfällt. Das Ausfällen erfolgt meist durch Einwirken einer Flüssigkeit, die mit dem in der Losung des filmbildenden Stoffes enthaltenen Lösungsmittel mischbar ist, den filmbildenden Stoff aber nicht oder nur wenig löst. Beim Verdunsten eines Teils des Lösungsmittels der aufgetragenen Lösung bildet sich eine oberflächliche winzig kleine Haut, die das vermutlich einzige semipermeable Element der semipermeablen Membran bildet, während die durch Ausfällen unter der

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Haut gebildete Unterschicht vermutlich permeabel ist und ein ausschließlich stützendes Element der semipermeablen Membran darstellt. Es ist ferner bekannt, wie die • Semipermeabilität der Membranen in gewünschter Weise beeinflußt werden kann. Von Einfluß sind beispielsweise außer der Dicke der gegossenen Schicht die angewandte Verdunstungsdauer, die bei der Verdunstung herrschende Temperatur, die Strömungsverhältnisse der umgebenden Atmosphäre, die Flüchtigkeit des Lösungsmittels der Lösung und die Zusammensetzung der Lösung. Es ist auch bekannt, daß die Lösung außer dem filmbildenden Stoff ein quellend wirkendes Salz enthalten kann. Bekannt ist weiter, daß die Permeabilität der Membran durch Erhitzen in Wasser oder in Luft verändert werden kann. Von diesen und anderen bekannten . Maßnahmen kann im Rahmen der weiter unten näher beschriebenen Erfindung Gebrauch gemacht werden. Doch wird für den Gebrauch dieser Maßnahmen kein Schutz begehrt. Das Prinzip der Membranherstellung ist beispielsweise in den Einleitungen der USA-Patentschriften 3,290,286 und 3,250,701 beschrieben.

Für die Anwendung von semipermeablen Membranen in der Technik sind in sehr vielen Fällen schlauchförmig gestaltete semipermeable Membranen sehr vorteilhaft. Man hat daher auch schon schlauchförmige semipermeable Membranen hergestellt. Doch ist ihre Herstellung umständlich. Insbesondere konnte man bisher nur semipermeable Schlauchmembranen von relativ kurzer Länge, beispielsweise bis zu etwa 3 m Länge, herstellen. Auch waren die Schlauchstücke von nur geringer mechanischer Festigkeit, so daß man sie für ihre Aufbewahrung, ihren Transport und ihre prafcti- W sehe Anwendung mit einem versteifenden permeablen Außenrohr versehen mußte.

Man hat mit Außenrohr verstärkte semipermeable Schlauchmembranen auch in der Weise hergestellt, daß man aus mit Kunstharz verbundenen Glasfasern starre, poröse Rohre herstellte und diese auf der Innenseite mit einer semipermeablen Membran versah. Auch diese Schiauchmembranen sind nur in begrenzter Länge herstellbar und beanspruchen bei Lagerung und Transport viel Raum.

Der Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die vorstehend geschilderten Nachteile

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beseitigt werden. Insbesondere soll mit dem Verfahren eine biegsame, semipermeable, sehr lange Schlauchmembran herstellbar sein. Bei dem Verfahren wird von dem bekannten Verfahren zum Herstellen einer semipermeablen Membran ausgegangen, das durch Auftragen einer Schicht aus einer Lösung eines filmbildenden Stoffs auf eine Unterlage, Verdunsten von Lösungsmittel der Lösung von der Außenseite der Schicht und Ausfällen des fitmbiidenden Stoffs aus der die übrige Schicht bildenden Lösung erfolgt und bei dem man zwecks Herstellen einer Schlauchmembran die Schicht auf die Innenwand einer porösen, rohrförmigen Unterlage aufträgt. Die für die Lösung der Aufgabe erforderlichen und das Verfahren kennzeichnenden Merkmale sind, daß man kontinuierlich aus einem selbsttragenden permeablen Band, während man es abwärts transportiert, einen mit einer Längsnaht versehenen Schlauch herstellt, auf seiner Innenwand, während er weiterhin abwärts transportiert wird, die Schicht aus der Lösung des filmbildenden Stoffs aufträgt, Lösungsmittel der Lösung von der Außenseite der Schicht verdunsten laßt und den filmbildenden Stoff aus der. die übrige Schicht bildenden Lösung ausfällt.

Oer bei dem Verfahren aus dem permeablen Band gebildete Schlauch dient als Unterlage für die Schicht, aus der die semipermeable Membran hergestellt wird, und als eine mit der semipermeablen Membran verbunden bleibende Verstärkung. Das Band muß derart permeabei sein, daß es für Flüssigkeiten, wie Wasser, durch Strömung durchdringbar ist. Das Band kann beispielsweise aus einem Faservlies, einem Gewebe aus natürlichen oder synthetischen Fasern oder aus einer perforierten Kunststoff-Folie gemacht sein. Das Band wird zu einem Schlauch gebogen, wobei die Ränder des Bandes zur Bildung einer längsweise verlaufenden Schlauchnaht aneinanderstoßen oder sich egenseitig überlappen und miteinander verklebt oder verschweißt sein können,

Das Auftragen der Schicht auf die Innenwand des Schlauches erfolgt zweckmäßigerweise mittels einer ringförmigen Spaltdüse. Diese ist stationär so angeordnet, daß sie sich im Innern des Schlauches befindet und ist an einer Halterung befestigt, die nach der Seite aus dem Schlauch herausragt, wo das Band noch nicht zum Schlauch geformt worden ist. Der innen beschichtete Schlauch gelangt im Verlaufe seiner Ab-

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wärtsbewegung in eine Fäilflüssigkeit, die sich außerhalb oder innerhalb des Schlauches befinden kann, oder vorzugsweise sowohl in eine äußere als auch eine innere Fällflüssigkeit.

Zwischen dem Beschichten und dem Einwirken des Fällbades liegt eine gewisse mehr oder weniger lange Verdunstungszone, Während der Schlauch diese durchläuft, verdunstet von der Oberfläche der Schicht Lösungsmittel in das mit Luft und Lösungsmitteldämpfen erfüllte Schlauchinnere. Vorzugsweise bewegt man das innerhalb der Verdunstungszone indem Schlauch befindliche Gasgemisch durch Einblasen von Luft in den unteren Teil der Verdunstungszone. Gegebenenfalls kann die eingeblasene Luft bereits einen gewissen Anteil solcher Gase enthalten, die aus dem Lösungsmittel ψ verdunsten. Man kann auf diese Weise die Verdunstungsgeschwindigkeit herabsetzen.

In welcher Weise man die Geschwindigkeit des Verdunstens und die Menge des verdunsteten Lösungsmittels oder andere Umstände des Verdunstens beeinflußt, hängt in erster Linie davon ab, was die herzustellende semipermeable Membran leisten soll.

Das Ausfällen des fUmbildenden Stoffs aus der Lösung erfolgt durch Einwirken einer den Stoff ausfällenden Flüssigkeit. Oft ist Wasser verwendbar, zum Beispiel, wenn die Membran aus einer Lösung von Celluloseacetat in Aceton hergestellt wird. Das Wasser oder die andere Fäilflüssigkeit nimmt im Laufe des Verfahrens Lösungsmittel und gegebenenfalls andere Bestandteile aus der Lösung auf und muß daher von Zeit zu Zeit oder fortlaufend erneuert werden, insbesondere für die Erneuerung der im Ink nern des Schlauches befindlichen Fällflüssigkeit, auf deren Anwendung man meistens

nicht verzichtet, muß gesorgt werden. Man läßt daher zweckmäßigerweise im Falle einer Anwendung von Fällflüssigkeit im Innern des Schlauches diese fortwährend durch den betreffenden Teil des Schlauches strömen.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese ist eine schematische Darstellung einer Anlage zum Ausführen des Verfahrens.

In der in der Zeichnung dargestellten Anlage wird ein permeable* Band, zum Beispiel ein Papierband, kontinuierlich von einer Vorratsrolle 1 abgewickelt und nach Durch-

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laufen durch die Anlage als innen mit einer semipermeablen Membran versehener, flach gelegter Schlauch auf eine Speicherrolle 18 aufgewickelt. Dabei läuft das permeable Band nach Verlassen der Vorratsrolle 1 über zwei Umlenkrollen 2, von denen es die letzte in abwärtiger Richtung verläßt. Die abwärtige Richtung behält das Band bei, bis es als innen beschichteter Schlauch um die erste von vier Leitrollen 15 umgelenkt wird.

Auf dem abwärts gerichteten Wege wird das Band zunächst durch eine Anzahl von Formgebern 3, von denen die Zeichnung der Vereinfachung wegen nur zwei zeigt, allmählich in einen Schlauch mit überlappender Längsnaht geformt, die beispielsweise durch Verkleben geschlossen wird. Die Formgeber 3 sind an einem Maschinenrahmen 11 befestigt. Im Verlaufe seines Verformen* zu einem Schlauch umhüllt das Band allmählich ein Düsenrohr 5b, das von einer Düsenrohrhalterung 5a gehalten wird, die ihrerseits an dem Maschinenrahmen 11 befestigt ist. Am unteren Ende des Düsenrohres 5b ist eine Ringdüse 5 angebracht. Nachdem das Band zu einem Schlauch mit einer überlappten und verklebten Längsnaht verformt worden ist, geht es durch eine Führungsbüchse 4, die dazu dient, den gebildeten Schlauch in eine Gestalt von möglichst genau kreisförmigem Querschnitt zu bringen. Das Verkleben der Längsnaht erfotgt in an sich bekannter Weise und ist der besseren Übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung nicht dargestellt.

Das Düsenrohr 5b dient außer zum Tragen der Ringdüse 5 auch zum Zuführen der Lösung zur Düse 5, mit der die Innenwand des Schlauches beschichtet wird. Durch das Düsenrohr 5b sind ferner drei weitere Rohrteitungen verlegt, auf die weiter unten Bezug genommen wird.

Nachdem der Schlauch durch die Führungsbüchse 4 einen genau kreisförmigen Querschnitt erhalten hat, läuft er durch einen Durchgang von kreisringförmigem Querschnitt zwischen der Ringdüse 5 und einem Kalibrierring δ. Die Ringdüse 5 hat sine seitlich austretende Ringspaltöffnung. Dieser liegt ringsherum der Kalibrierring β gegenüber. Die Beschichtungslösung, beispielsweise eine Lösung aus 1 Gewichtsteil CeI-

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luloseacetat, 3 Gewichtsteilen Aceton und 0,5 Gewichtsteilen 10%iger wäßriger Magnesiumperchloratlösung, wird dem Düsenrohr 5b am oberen Ende durch die Lösungszufuhrleitung 5c zugeleitet, fließt durch das Düsenrohr 5b zur Ringdüse 5, tritt aus dieser ringsherum seitlich aus und wird gegen die Innenwand des abwärts laufenden Schlauches gepreßt. Die Größe der öffnung des Kalibrierrohrs 6, der Außendurchmesser der Ringdüse 5 und der Auspreßdruck und die Viskosität der Beschichtungslösung bestimmen im wesentlichen die Dicke der auf die Innenwand des Schlauches aufgetragenen Schicht.

Ehe der beschichtete Schlauch in die nachfolgend erwähnte Fällflüssigkeit gelangt, t durchläuft er von der Ringdüse 5 ab eine Wegstrecke, während der er mit Luft gefüllt

ist, in die Lösungsmittel aus der aufgetragenen Schicht hinein verdunstet ist. Das Verdunsten des Lösungsmittels wird beschleunigt und reguliert durch Einblasen von Luft, die durch ein Belüftungsrohr 8 zugeführt wird, das durch das Düsenrohr 5b verlegt ist.

Nach Durchlaufen der Verdunstungszone gelangt der Schlauch in eine Fällflüssigkeit 12, die sich in einem Behälter und auch im Innern des Schlauches befindet. Sie besteht beispielsweise aus Wasser. Die Erneuerung der Fällflüssigkeit erfolgt im Innern des Schlauches durch ein Zuflußrohr 9, durch das neue oder regenerierte Fällflüssigkeit zugeführt wird, und durch ein Absaugrohr 10, durch das gebrauchte Fällflüssigkeit abgesaugt wird. In der äußeren Fällungsflüssigkeit sorgen ein Zulauf 13 und ein " Überlauf 14 für die F lüssigkeitserneuerung.

Das Flüssigkeitsniveau wird zweckmäßigerweise im Innern des Schlauches ebenso hoch wie außerhalb des Schlauches eingestellt. Beim Eintritt in die Fällflüssigkeit läuft der Schlauch durch eine zweite Führungsbüchse 7. Sie hat den Zweck, dem Schlauch den durch die erste Führungsbüchse 4 aufgezwungenen kreisförmigen Querschnitt zu erhalten und die Längsnaht des Schlauches zu sichern, die an dieser Stelle einem gewissen Druck ausgesetzt sein kann.

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SAD ORIGINAL

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Der Schlauch läuft innerhalb der Faltflüssigkeit um drei und anschließend außerhalb der Fällflüssigkeit um eine vierte Leitrolle 15, Beim Umlaufen um die erste Leitrolle 15 wird der Schlauch flachgelegt und dabei zugleich gegen die davor im Jnnern des Schlauches befindliche Fällflüssigkeit abgedichtet. Von der vierten Lenkrolle 15 wird die fertige mit der Verstärkung aus dem Band versehene semipermeable Schlauchmembran zu einer Speicherrolle 16 aufgewickelt.

Das Verfahren hat den Vorteil der kontinuierlichen Ausführbarkeit. Einer seiner weiteren Vorteile ist, daß es ermöglicht, sehr lange semipermeable Schlauchmembranen herzustellen. Die Schlauchmembranen zeichnen sich durch geringes Gewicht aus. Infolge ihrer Biegsamkeit sind sie sehr bequem zu handhaben Und beanspruchen beim Transport und beim Lagern nur wenig Raum. Überraschenderweise sind die Schlauchmembranen von derartiger mechanischer Widerstandsfähigkeit, daß es ohne Schäden für sie möglich ist, von der Biegsamkeit der Schlauchmembranen weitgehenden Gebrauch zu machen, ihre hohe mechanische Festigkeit ertaubt es tuch, die Schlauchmembranen beim Gebrauch zusammen mit verhältnismäßig grob durchlässigen und daher einfacher herzustellenden Druckbehältern zu benutzen. So genügt es beispielsweise, anstelle von Behältern aus Sintermetall solche aus durchlöchertem Blech zu verwenden.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   1J Verfahren zum Herstellen einer verstärkten semipermeablen Membran durch Auftragen einer Schicht aus einer Lösung eines filmbildenden Stoffs auf eine Unterlage, Verdunsten von Lösungsmittel der Lösung von der Außenseite der Schicht und Ausfällen des filmbildenden Stoffs aus der die übrige Schicht bildenden Lösung, Wobei man zwecks Herstellen einer Schlauchmembran die Schicht auf die Innenwand einer porösen, rohrförmigen Unterlage aufträgt, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich aus einem selbsttragenden, permeablen Band, während man es abwärts transportiert, einen mit einer Längsnaht versehenen Schlauch herstellt, auf dessen P Innenwand, während er weiterhin abwärts transportiert wird, die Schicht aus der

   Lösung des filmbildenden Stoffs aufträgt, Lösungsmittel der Lösung von der Außenseite der Schicht verdunsten läßt und den filmbildenden Stoff aus der die übrige Schicht bildenden Lösung ausfällt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Verdunsten des Lösungsmittels ein Gas, insbesondere Luft, durch den Schlauch strömen läßt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Lösungsmitteldampf beladene Luft durch den Schlauch strömen läßt.

   ^ 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man während

   der Ausfällung der membranbildenden Bestandteile eine die Ausfällung bewirkende Lösung durch das Schlauchinnere fließen läßt.

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