Homepage
* * * *
Research Fields
Know How
Publications

 · Publications 63-79  · Publications 80-84  · Publications 85-89  · Publications 90-94  · Publications 95-99  · Publications 00-04  · Publications 05-11  · Publications 12-  · MS & Ph.D in german  · Reports

Students / PhD
About Us
Contact
* * * *
-Home--Search--Printer friendly window--Mail us-
* *  *

Fraktionierung und Membranbildung von Polysacchariden
J. Eckelt (2004)


Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Methode der kontinuierlichen Spinn-Fraktionierung (CSF) entwickelt. Sie basiert auf einer flüssig-flüssig Entmischung und stellt eine Weiterentwicklung der kontinuierlichen Polymerfraktionierung (CPF) dar. Die wesentliche Neuheit der CSF ist, dass die Polymerlösung durch eine Spinndüse in ein geeignetes Extraktionsagens gepresst wird. Dort zerfallen die dünne Stränge aufgrund der Rayleigh-Instabilität innerhalb kurzer Zeit in feinste Tröpfchen. Für die Abgeber-Phase resultiert ein hohes Oberfläche/Volumen-Verhältnis. Die Transportwege der niedermolekularen Anteile in die Aufnehmer-Phase sind daher kurz, und die enormen Viskositäten von konzentrierten Polymerlösungen stellen bei der CSF keinen limitierenden Faktor mehr dar. Auf diese Weise ist es möglich, Polymere effizient, d.h. mit vergleichsweise geringen Mengen an Lösungsmitteln und in wenigen Schritten zu fraktionieren.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Verfahren der Spinn-Fraktionierung an Celluloseacetat und Pullulan durchgeführt und orientierende Versuche an Cellulose unternommen. Celluloseacetat diente als Testpolymer, um einen direkten Vergleich zwischen CPF und CSF zu ermöglichen. Dabei zeigte sich, dass mit der CSF eine höhere Trennschärfe erzielt werden konnte. Pullulan ist einfacher zu handhaben als Cellulose und deren Abkömmlinge. Es wurden drei CSF-Läufe durchgeführt, welche jeweils die Gel-Fraktionen wieder als Ausgangsmaterial verwendeten. Auf diese Weise konnten drei Sol- und eine Gel-Fraktion gewonnen werden. Orientierende diskontinuierliche Spinn-Versuche an unsubstituierter Cellulose zeigten, dass sich die beiden Mischlösungsmittel N-Methylmorpholin-N-oxid/Wasser und DMAc (Dimethylacetatamid) + LiCl/Aceton prinzipiell für die CSF eignen. Die beschriebenen Fraktionierungen waren Grundlage für Untersuchungen zu Einflüssen des Molekulargewichts und der Molekulargewichtsverteilung auf Membraneigenschaften. Eine spezielle Frage betrifft die Bildung von Filterstaub, eine weitere die Möglichkeit zur Herstellung von Membranen direkt aus verschiedenen nativen Cellulosen.

Filterstaub lagert sich bei der Produktion von Celluloseacetatmembranen nach dem Phaseninversionsprozess auf deren Oberfläche ab und verstopft dort die Poren. Anhand von Untersuchungen zu Molekulargewichtseinflüssen auf die Morphologie des Filterstaubes konnte der Bildungsmechanismus genauer verstanden werden. Während der Membranbildung nach dem Phaseninversionsprozess, nimmt ihre Dicke ab. Ein Teil der Sol-Phase, die in diesem Stadium noch nennenswerte Anteile an Polymer enthalten kann, wird durch die entstehenden Poren ausgeschieden und kommt dort mit reinem Fällungsmittel in Kontakt. Das Polymer fällt vollständig aus und lagert sich in Form von Filterstaub auf der Membran ab. Durch Veränderung des Molekulargewichts und der Molekulargewichtsverteilung des Membranmaterials lässt sich Menge und Erscheinungsform des Filterstaubs gezielt beeinflussen.

Cellulosemembranen sind aufgrund ihrer Lösungsmittelbeständigkeit sehr vielseitig einsetzbar. Bisher werden sie mangels geeigneter Lösungsmittel aus löslichen Derivaten hergestellt und in einem abschließenden Schritt regeneriert. Im Rahmen dieser Arbeit konnten Cellulosemembranen zum ersten Mal direkt aus nativer Cellulose ohne den Umweg über eine Derivatisierung hergestellt werden. Als Lösungsmittel diente das System DMAc+LiCl. Für zwei Molekulargewichte wurden Membranen hergestellt und diese auf ihre Tauglichkeit für die Gasseparation bzw. die Ultrafiltration untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Cellulosemembranen nur bedingt für die Gasseparation einsetzbar sind. Im Gegensatz dazu erscheint die Anwendung im Bereich der Ultrafiltration sehr vielversprechend. Es ließen sich Membranen herstellen, die für Polymere mit einem Molekulargewicht oberhalb 3-8 kg/mol undurchlässig sind.

* *
*  * *