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Verfahren zur Herstellung einer elektrolytisch leitenden Membrane
mit ionenaustaus chenden Eigenschaften
Die Erfindung betrifft eine Ionenaustauschmembran,
insbesondere. eine elektrolytisch leitende Membran, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung,
bei dem kein Ionenaustauschteilchen vollständig von dem benachbarten isoliert ist.
Durch eine derartige Vermehrung der Anzahl derjenigen Ionenaustauschteilchen, die
an der Leitfähigkeit teilhaben, verringert das Verfahren gemäß der Erfindung den
elektrischen Widerstand der Membran auf einen sehr niedrigen Wert.
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Die Membran nach der Erfindung kommt mechanisch und bezüglich ihrer
elektrochemischen Wirksammelt den bekannten Membranen gleich, dagegen verbessert
der sich ergebende niedrige elektrische Widerstand ihre elektrische Wirksamkeit
erheblich und macht sie für sehr empfindliche Messungen und für solche chemischen
Prozesse, z. B. für die Elektrodialyse durch die Membran, anwendbar, bei denen elektrische
Kraft verbraucht wird.
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Von den bekannten Verfahren zur Herstellung einer elektrolytisch
leitenden Membran mit ionenaustauschenden Eigenschaften, die aus einem pulverförmigen
ionenaustauschenden Stoff und einem thermoplasti-
suchen, elektrisch
isolierenden Kunstharz bestehen, unterscheidet sich das Verfahren gemäß der Erfindung
dadurch, daß in die Poren eines unter Druck stehenden und verdichteten Pulvers eines
ionenaustauschenden Stoffes eine monomere oder polymere, nach der Behandlung chemisch
inerte und elektrisch isolierende Olefinverbindung als Bindemittel bei einem geringeren
Druck als dem zum Verdichten des ionenaustauschenden Stoffes angewendeten eingebracht
und der Druck auf den zu bildenden Formkörper bis zur Verfestigung des Bindemittels
aufrechterhalten wird. Es kann auf diese Weise das Bindemittel eingebracht werden,
ohne die Berührung zwischen den Ionenaustauschteilchen zu stören, so daß eine elektrolytisch
leitende Membran erzeugt wird, bei der im wesentlichen alle wirksamen Teilchen zu
der Leitfähigkeit beitragen, auch wird eine im wesentlichen vollständige Verkettung
der Ionenaustauschteilchen erreicht.
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Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise die Ausführung der Erfindung,
und zwar ist Fig. I eine schematische Darstellung einer Formpresse, mit der das
Verfahren gemäß der Erfindung ausgeführt wird; Fig. 2, 3 und 4 zeigen schematisch
aufeinanderfolgende Schritte einer anderen Ausführungsart des Verfahrens nach der
Erfindung; Fig. 5, 6 und 7 zeigen aufeinanderfolgende Schritte nach einer weiteren
Ausführungsart, und Fig. 8 ist eine Kurve, die das Verhältnis der Porosität eines
besonderen Ionenaustauschmaterials in den Zwischenstufen in Prozenten zeigt, wenn
das Material verschiedenen Formungsdrücken untenvorfen wird.
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Zur Herstellung einer Ionenaustauschmembran nach dem Verfahren gemäß
der Erfindung geht man vorzugsweise von einem feingemahlenem Ionenaustauschmaterial
aus. Dieses Material kann ein natürlicher oder synthetischer, anionischer oder kationischer
Ionenaustauscher sein.
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Solche synthetischen Materialien, z. B. die bekannten sulfonierten
Phenol-Formaldehyde oder Polyaminharze mit Ionenaustauscheigenschaften, von denen
gewisse im Handel befindliche Formen kationisch und gewisse anionisch sind, sind
charakteristisch für synthetische Ionenaustauschmaterialien, die verwendet werden
können. Gewisse natürliche Tone, wasserstoffhaltiger Glimmer, Illite usw., mit Ionenaustauscheigenschaften
können ebenfalls benutzt werden. Vorzugsweise verwendet man synthetische Austauscher,
weil damit Membranen erzeugt werden können, die hohe elektrochemische Wirksamkeit
haben. Der Ionenaustauscher hat die Form von kleinen Teilchen, wobei die Größe der
Teilchen von der gewünschten Charakteristik der herzustellenden Membran abhängig
ist und von der Art, in der der Verkettungsprozeß durchgeführt wird.
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Das feingemahlene lonenaustauschmaterial wird in eine Presse gebracht
und stark verdichtet. Die Füllung kann in der Presse geschlagen oder hin- und hergeschüttelt
werden, damit sich die Teilchen dadurch auf einen möglichst kleinen Raum absetzen;
sie werden dann weiter durch die Anwendung von Druck durch den Kolben der Presse
verdichtet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen Druck von 680 kglqcm anzuwenden,
um eine möglichst innige Berührung zweier benachbarter Teilchen des Ionenaustauschers
zu erreichen. Auf diese Weise wird eine maximale Verkettung der Ionenaustauschteilchen
erzielt.
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Die beschriebene Verdichtung des Materials läßt zwischen den einzelnen
Teilchen nur ein geringes Maß an Zwischenraum. Das Verfahren gemäß der Erfindung
füllt diese leeren Stellen mit einem chemisch inertem, elektrisch isolierendem Bindemittel
aus, ohne jedoch in irgendeiner Weise die Berührungen zwischen den aneinanderliegenden
Ionenaustauscherteilchen zu stören. Dieses kann dadurch geschehen, daß der verdichtete
und gepreßte Ionenaustauscher einem Vakuum ausgesetzt wird und daß, unter Aufrechterhaltung
des Verdichtungsdruckes, in die leeren Räume ein flüssiges Bindemittel eingespritzt
wird, bis die leeren Räume etwa bis zur Sättigung ausgefüllt sind. Das Bindemittel
läßt man alsdann erhärten.
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Es kann beispielsweise warm zugeführt werden und beim Abkühlen erhärten,
es kann aber auch ein Mittel verwendet werden, das bei chemischer Einwirkung fest
wird, z. B. durch Polymerisation, Oxydation oder in irgendeiner anderen Weise, wobei
diese chemische Wirkung nicht auf das lonenaustauschmaterial selbst chemisch wirkt,
z. B. kann eine plastische Substanz entweder als ein Polymeres durch Erhitzen flüssig
gemacht werden, oder es wird ein flüssiges Monomeres verwendet, das. einen Katalysator
enthält, der das Monomere verfestigt.
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Das Imprägnieren erfolgt, während sich der Ionenaustauscher unter
dem Verdichtungsdruck befindet, damit kein Bindemittel in die Berührungsfläche zwischen
den aneinanderliegenden Ionenaustauschteilchen eintreten kann. Zu diesem Zweck muß
der Druck, mit dem das flüssige Bindemittel in die zwischen den Teilchen vorhandenen
leeren Räume eingespritzt wird, geringer sein als der Verdichtungsdruck, der auf
den Ionenaustauscher während des Einspritzens des flüssigen Bindemittels ausgeübt
wird.
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Auf diese Weise wird die maximale Verkettung der Ionenaustauschteilchen
nicht gestört. Ferner wird durch die fast vollständige Ausfüllung der leeren Räume
mit dem Bindemittel drs Quellen der Ionenaustauschteilchen sehr wirksam eingeschränkt,
und es wird verhindert, daß sie einen den Ausgleich bewirkenden Wassergehalt aufnehmen.
Die Tatsache, daß die Ionenaustauscher nicht in der Lage sind, einen solchen Wassergehalt
aufzunehmen, scheint die elektrochemische Eigenschaft der Membran stark zu verbessern.
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Vorzugsweise wird Polystyrol als plastisches, einzuspritzendes Bindemittel
verwendet. Es können aber auch außer monomeren Styrol oder Methylmethacrylat andere
plastische Bindemittel, wie gummiartige Polymere, für diesen Zweck verwendet werden.
Es ist wesentlich, daß die Formtemperatur nicht höher ist als die Zersetzungstemperatur
des Ionenaustauschers und daß die Einspritzung den statischen Druck auf die verdichteten
Ionenaustauscher nicht überschreitet.
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Gemäß Fig. I wird das pulverisierte Ionenaustauschmaterial in einen
Behälter 2 einer Presse gebracht,
deren Kolben 3 in der üblichen
Weise betätigt wird, um auf das Material I einen Druck auszuüben. Das Material wird
so gepreßt, daß die leeren Räume einen möglichst geringen Bruchteil des Gesamtvolumens
bilden. Bei einer Porosität des Materials vor dem Einspritzen des plastischen Bindemittels
zwischen 50 bis zu zu0/,, entsprechend der Größe der Ionen. austauschteilchen, können
zufriedenstellende Membranen hergestellt werden. Vorzugsweise werden Ionenaustauscher
verwendet, welche so weit gemahlen sind, daß sie durch ein 74-1X-Sieb hindurchgehen.
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Das Verdichten auf eine Porosität von 25 °lO oder weniger ist erwünscht.
Es kann ein Druck von 68 bis 3400 kglqcm angewendet werden, vorzugsweise ein Druck
von etwa 270 kg/qcm. Unter Aufrechterhaltung des Preßdruckes wird die Vakuumpumpe
4 angelassen, um die Luft aus den Zwischenräumen zu entfernen. Wenn im wesentlichen
die ganze Luft entfernt -ist, wird die Pumpe 5 angelassen und spritzt das flüssige
Bindemittel aus dem Behälter 6 ein, wobei der Einspritzdruck an dem Manometer 7
abgelesen werden kann. Wenn es das Bindemittel erforderlich macht, können der Behälter
6, die Pumpe 5 und die verbindenden Leitungen erwärmt werden, um das Bindemittel
im geschmolzenen Zustand zu halten.
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Ein Einspritzdruck von etwa 240 kg/qcm ist besonders günstig, er soll
aber in jedem Falle geringer sein als der Druck, den der Kolben 3 auf die Ionenaustauschmasse
I ausübt. Wenn das Einspritzen beendet ist, was daraus ersichtlich ist, daß das
flüssige Bindemittel an dem Auslaßrohr 8 erscheint, wird abgestellt- und das Bindemittel
durch Abkühlung oder auf sonstige Weise zum Erhärten gebracht. Während dieser ganzen
Zeit wird der Druck auf den Kolben 3 aufrechterhalten. Nach dem Erhärten wird der
Druck abgestellt, und die erhärtete Membran kann aus der Presse entfernt werden.
Die erhärtete Membran stellt eine Reihe verketteter, sich einander berührender Ionenaustauschteilchen
dar, die in eine hart gewordene plastische Masse eingebettet sind.
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Fig. I zeigt der Deutlichkeit wegen die Verbindung der Vakuumpumpe
4 und der Einspritzpumpe 5 mit der Masse der Ionenaustauscher durch besondere Leitungen.
Es ist aber klar, daß eine einzige Leitung verwendet werden kann, durch die die
Ionenaustauschmasse zuerst evakuiert und alsdann die flüssige plastische Masse durch
die gleiche Leitung eingespritzt wird. Die Entlüftung oder das Einspritzen kann
auch an irgendeiner Begrenzungsstelle der Ionenaustauschmasse, z. B. durch den Kolben
3 selbst oder durch den Boden der Presse, durch geeignete Anordnung von Leitungen,
erfolgen. Es können auch andere für das Einspritzen von Flüssigkeiten bekannte Mittel
verwendet werden, z. B. um eine geeignete Wärmeübertragung zu erreichen, um das
Eintreten der Ionenaustauscher in die verbindenden Leitungen zu verhindern und um
die richtige Menge von plastischer Masse einzuspritzen.
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Eine andere Art der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
zur Erzielung einer vollständig verketteten Ionenaustauschmembran ist folgende:
Eine Menge von lufttrockenem Ionenaustauschpulver, dessen Größe durch ein Sieb von
weniger als 44, hindurchgeht, wird in die Presse gebracht und einem hohen Druck
ausgesetzt. Durch Verwendung feinverteilten Materials werden die Teilchen wirksam
geformt. Die Formkörper des Ionenaustauschmaterials können dann der Presse entnommen
und bequem gehandhabt werden, ohne daß sich die Form des zusammengepreßten Materials
ändert. Ein Druck von 340 kglqcm hat sich für das Formpressen als zufriedenstellend
erwiesen. Dieser Druck verringert die Porosität des 40--Ionenaustauschpulvers in
dem Formkörper auf etwa 20 °10. In einem solchen Formkörper sind die Teilchen des
Ionenaustauschers vollständig verkettet, und jedes Teilchen ist in Berührung mit
einer großen Anzahl benachbarter Teilchen. Um die Teilchen des Ionenaustauschers
zusammen und in Berührung zu haften, wird der Formkörper in ein Gefäß gelegt, welches
dann unter Unterdruck gesetzt wird. Wenn sich der Formkörper unter Vakuum befindet,
wird ein flüssiges plastisches Mittel darüber gebracht, so daß es darin eintaucht.
Das plastische Mittel kann den üblichen Katalysator und einen Beschleuniger enthalten,
um das Festwerden bei Zimmertemperatur zu ermöglichen. Der eingetauchte Formkörper
kann aus dem Vakuum entfernt werden oder auch in dem luftleer gemachten Gefäß verbleiben,
bis die plastische Masse fest ist. Vorzügliche Ergebnisse werden erhalten, wenn
man das handelsübliche, mit Styrol vernetzte Alkydharz zusammen mit 0,5 Gewichtsprozent
von Methyläthylketonperoxyd als Katalysator und 0,5 Gewichtsprozent Kobaltnaphthenat
als Beschleuniger verwendet. Die Menge an Beschleuniger steuert die Erhärtungszeit
des plastischen Materials, und der obenerwähnte Prozentsatz reicht aus, um eine
vollständige Erhärtung über Nacht zu bewirken, ohne daß der Körper schrumpft. Nachdem
das plastische Material erhärtet ist, kann die äußere Schicht des überschüssigen
plastischen Materials durch Abschleifen oder andere mechanische Mittel entfernt
werden; die Membran ist dann fertig zur Benutzung.
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Für eine derartig geformte Membran, die in der beschriebenen Weise
hergestellt ist, sind Angaben über den Widerstand aufgenommen worden. Der Widerstand
verändert sich als Funktion der Konzentration der Natriumlösung, in der die Membran
abgeglichen wurde, bevor ihr Widerstand gemessen wurde. Als Beispiel wurden die
folgenden Werte bei einer Membran gemessen, die durch Formen von 44-u-Ionenaustauschpulver
bei einer Porosität von 25 °/o durch Imprägnieren mit flüssiger plastischer Masse
im Vakuum hergestellt wurde: Konzentration der NaCl-Lösung Widerstand 4,0 normal
3I4 Ohm cm 2,0 normal 409 Ohm zum cm 1,0 normal 45I Ohm cm 0,5 normal 538 Oliv cm
0,1 normal 749 Ohm cm 0,05 normal 797 Ohm cm 0,01 normal go8 Ohm cm
Die
Werte für die elektrochemische Leistung werden durch folgende gemessene Werte in
NaCl-Lösungen erläutert:
| Beobachtete |
| Lösungen elektro- |
| motorische |
| Kraft |
| auf der einem Seite auf der anderen Seite |
| der Membran der Membran Millivolt |
| 0,01 normal 0,05 normal 36 |
| O, OI normal O, IO normal 55 |
| 0,01 normal 0,50 normal 92 |
| 0,01 normal I, O normal 106 |
| 0,01 normal 2,0 normal I22 |
| 0,01 normal | 4,0 normal 136 |
Der letrterwähnte Weg zur Herstellung einer vollständig verketteten Ionenaustauschmembran
hat den Vorteil, daß das lonenaustauschmaterial niemals einer Wärme über der Raumtemperatur
ausgesetzt wird.
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Es ist daher unmöglich, das Ionenaustauschmateial zu beschädigen,
und die sich ergebende Membran hat eine hohe elektrochemische Wirksamkeit. Der verwendete
Druck zur Herstellung des Formkörpers aus dem lonenaustauschmaterial regelt sowohl
die Stärke als auch den Widerstand der Membran. Je höher der Preßdruck ist, desto
geringer Ist auch der Widerstand der fertigen Membran. Eine Außerachtlassung dieser
Umstände ergibt die Tatsache, daß ein hoher Preßdruck mit der erwarteten niedrigen
- Anfangsporosität eine Membran von geringer mechanischer Festigkeit ergibt, und
zwar infolge des geringeren spezifischen Gewichts des Bindemittels. Eine Porosität
von etwa 200/0 gibt eine brauchbare mechanische Festigkeit zusammen mit dem niedrigen
elektrischen Widerstand.
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Der Preßdruck kann so eingestellt werden, daß der gewünschte Ausgleich
zwischen diesen Faktoren erzielt wird, um den besonderen Erfordernissen bei der
Herstellung der Membran Rechnung zu tragen, die sich für die verschiedenen Anwendungen
ergeben.
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Eine weitere verhältnismäßig einfache Art der Herstellung einer Membran
durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt.
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Ein Stück 10 thermoplastischen Werkstoffes, z. B.
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Polystyrol, wird zwischen den Kolben 13 der Presse und das pulverförmige
lonenaustauschmaterial II gelegt, das in dem Behälter 12 der Presse enthalten ist.
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Da das Polystyrol bei gewöhnlicher Temperatur fest ist, dient der
Druck von etwa 680 kg/qcm auf den Kolben 13 zum Verdichten des Ionenaustauschmaterials
11. Nach der Verdichtung wird das ganze Material unter Aufrechterhaltung des Druckes
auf 200° erwärmt. Es hat sich ergeben, daß dabei das Polystyrol schmilzt und in
die leeren Räume zwischen den Ionenaustauscher, wie in Fig. 3 gezeigt, niederfließt.
Man kühlt dann die Presse und die sich ergebende Masse ab, die die Form nach Fig.
4 hat.
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Das überschüssige Polystyrol in dem Teil von Fig. 4, der oberhalb
der Linie I5-I5 ist, wird weggeschnitten, so daß nur der in Polystyrol eingebettete
Ionenaustauscher verbleibt. Dieses Verfahren ist nicht so gut wie das nach Fig.
1, bei dem geschmolzene, plastische Masse eingespritzt wird. Es können aber auch
davon Membranen von verhältnismäßig niedrigem elektrischem Widerstand hergestellt
werden.
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Ein besserer Weg zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens besteht
darin, daß zuerst eine Schicht von porösem Kieselsand I6 (Fig. 5) in die Presse
22 eingebracht wird. Die obere Fläche des Sandes wird durch Stampfen geebnet und
der Sand durch Druck mittels Kolben 23 verdichtet. Alsdann wird eine Mischung des
Ionenaustauschers 17 und des plastischen Bindemittels I8 auf die Oberfläche des
Sandes gebracht, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Mischung I7, I8 kann als Ionenaustauscher
sulfoniertes Polystyrol enthalten, gemischt mit pulverisiertem Polymethylmethacrylat.
Das sulfonierte Polystyrol kann kugelförmig sein in einer Größenordnung von I680
bis 580, u oder kann aus Teilchen folgender Größenordnung bestehen: 50,0% .................
1680 bis 840 µ 35,00/, 840 bis 590 µ 12,0% ......................... 590 bis 420
µ 2,5% 5 420 bis 297 u 0,5 % zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu zu
zu durch 2g7-, ll-Sieb Es hat sich als gut erwiesen, etwas gröbere Teilchen zu nehmen
als die oben für das Preßverfahren angegebenen. Die Größe des Polymethylmethacrylats
ist nicht wesentlich; es ist aber zweckmäßig, sie etwas geringer als 75 u zu wählen.
Ein Überschuß an Polymethylmethacrylatpulver ist zweckmäßig, um nicht nur die feineren
Räume zwischen den Teilen 17 des Ionenaustauschmaterials zu füllen. Wenn die Mischung
des Ionenaustauschers und des Füllmittels auf die Oberfläche des Sandes gebracht
ist, wird durch den Kolben 23 und die erwärmte Preßform ein Druck ausgeübt, um die
plastische Masse zu verflüssigen. Der ausgeübte Druck dient dazu, den Ionenaustauscher
I7, wie in Fig. 6 gezeigt, zusammenzupressen und zu verdichten. Eine Formtemperatur
von 150° und ein Druck von I35 kg/qcm reicht aus, wenn man als Bindemittel Polymethylmethacrylat
verwendet. Drücke, die größer sind als etwa 170 kg/qcm, ergeben eine schlechtere
mechanische Festigkeit der sich ergebenden Membran, während Drücke, die geringer
als 68 kg/qcm sind, Membranen ergeben, die einen größeren als den minimalen elektrischen
Widerstand zeigen. Während des Formverfahrens wird die überschüssige plastische
Masse I8 aus der Schicht I7 ausgequetscht, und die nicht flüssigen Ionenaustauschteilchen
I7 werden durch den Kolben der Presse zusammengepreßt und verkettet. Die überschüssige
plastische Masse, die zwischen den Teilchen des Ionenaustauschers herausgequetscht
ist, geht in die Poren der Sandschicht I6 hinein. Infolge der tragenden Wirkung
der Sandschicht 16 wird ein Druck entwickelt, der bestrebt ist, die Teilchen des
Ionenaustauschers I7 in feste Berührung miteinander zu bringen. Außerdem kann der
Druck leicht eingestellt werden, um den plastischen Bestandteil der Membran zu regeln.
Nach dem Formverfahren und wenn das Material erkaltet ist, wird es aus der Presse
genommen, wobei das Ionenaustauschmaterial in Form eines verdichteten, vollständig
verketLeten Netzwerkes I7 verbleibt, das in den plastischen Werkstoff eingebettet
ist. Der Sandteil r6 kann
dann entlang der Linie I9-I9 in Fig. 7
fortgeschnitten werden..
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Als Beispiel sei angeführt: Eine Form von 25 mm Durchmesser wurde
in einer Höhe von 12,5 mm mit Seesand von einer Größe von I49 JU und einer Porosität
von ungefähr 40 0/o gefüllt und die Oberfläche des Sandes durch Stampfen geebnet.
Alsdann wurde eine Mischung von sulfoniertem Polystyrol von I680 bis 590 a mit einem
Überschuß an Polymethylmethacrylatpulver - das letztere war feiner als 74 M - in
der Form auf den Sand gebracht. Das Ganze wurde bei einem Druck von I35 kglqcm und
einer Temperatur von I50° C geformt. Nach dem Abkühlen wurde die Masse aus der Form
entfernt und der Sand fortgeschnitten. Die sich ergebende kationische Austauschmembran
hatte folgende Eigenschaften : Widerstand etwa 600 Ohm cm mit lonenaustauschmaterial
in der Natriumform; elektrochemische Leistung etwa I34 Millivolt bei der Trennung
einer 4 n-Natriumchioridiösung von einer o,oI n-Natriumchloridlösung durch die Membran.
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Die beschriebene Erfindung kann in genau der gleichen Weise zur Herstellung
von elektrolytisch leitenden Ionenaustauschmembranen verwendet werden, die Anionenaustauscheigenschaften
haben. Beispielsweise wird das beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Ionenaustauschmembran
genau der gleichen Ausführung verwendet. Die sich ergebende Membran hat einen Widerstand
von etwa 500 Ohm cm, wobei das lonenaustauschmaterial mit Chloriden angereichert
ist und eine elektrochemische Leistung von etwa 125 Millivolt, wenn sie eine Natriumchloridlösung
von 4 normal einer Natriumchloridlösung von o,oI normal trennt.
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Natürlich kann der Sand in. dem oben beschriebenen Verfahren durch
irgendein anderes Mittel ersetzt werden, welches im wesentlichen inert, feuerfest
und porös oder durchlässig ist, so daß der Überschuß von geschmolzener, plastischer
Masse durch das Material hindurch oder in dasselbe hineintreten kann. Das einzige
Erfordernis für das Material I6 in Fig. Ig ist, daß die Porosität und die Durchlässigkeit
durch die Anwendung von Druck nicht erheblich geändert wird.
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Was für ein durchlässiges Material I6 auch immer verwendet wird, es
wird an den Boden der Membran I7 gebunden, kann aber nach dem Formen und vor der
Benutzung der Membran 17 leicht entfernt werden.
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Ein weiterer Weg, nach dem das beschriebene Verfahren ausgeführt
werden kann, ist, die Teilchen des Ionenaustauschmaterials in flüssiger, plastischer
Masse zu suspendieren, so daß eine schmierige Masse entsteht.
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Es kann ein feingemahlenes lonenaustauschmaterial mit flüssigem polymerisierbarem
Harz gemischt werden, so daß ein dicker Brei entsteht. Die nähere Berührung der
Ionenaustauschteilchen mit der Flüssigkeit kann durch Umrühren der Mischung erzielt
werden, worauf die eingesaugte Luft entfernt wird.
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Diese Paste oder Schmiere wird in eine Filterpresse gebracht und gepreßt,
so daß die überschüssige Flüssigkeit ausgequetscht wird. Der Druck bewirkt gleichzeitig
eine im wesentlichen vollständige Verkettung der Teilchen des Ionenaustauschmaterials.
Der angewendete Höchstdruck kann so geregelt werden, daß ein gewünschter Prozentsatz
von leeren Zwischenräumen zwischen den Teilchen des Ionenaustauschmaterials entsteht,
die dann vollständig mit der isolierenden Flüssigkeit gefüllt werden. Der so erhaltene
Preßkuchen kann aus der Presse entfernt werden und behält bei sanfter Behandlung
seine Form. Hierauf kann der Kuchen gehärtet werden, oder das Bindemittel wird zum
plötzlichen Polymerisieren bei Raumtemperatur gebracht, so daß es fest wird. Nach
einer abgeänderten Ausführung kann die Polymerisation auch in der Presse stattfinden,
und der Kuchen kann dann entfernt werden. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, um ein
vollständiges Füllen der leeren Zwischenräume zwischen den Ionenaustauschteilchen
mit der plastischen Masse zu sichern, und es vermeidet auch jede Möglichkeit, daß
einzelne leere Räume ungefüllt bleiben oder nur teilweise gefüllt werden. Wenn flüssiges
Bindemittel zum Einfließen gebracht oder unter Druck in die leeren Räume eingepreßt
wird, dann kann ein gewisser Teil des leeren Raumes dicht an dem Korn infolge der
Oberflächenspannung der Flüssigkeit ungefüllt bleiben, so daß ein Teil des Raumes
nicht gefüllt ist. Die Wirkung eines nur teilweise gefüllten Zwischenraumes ist,
daß das benachbarte Korn mehr Wasser aufnehmen kann als andere Körner, so daß auf
diese Weise der beste Zusammenschluß durch das plastische Bett gestört und die elektrochemische
Wirksamkeit der Membran herabgesetzt wird, und dieses wird durch das oben beschriebene
Verfahren vermieden.
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Um die Menge an inerter, plastischer Isoliermasse zu berechnen, die
notwendig ist, um die leeren Räume zwischen den verketteten Ionenaustauschteilchen
zu füllen, ist es zweckmäßig, das Verhältnis zwischen der Porosität (in Prozent)
und dem verwendeten Verdichtungsdruck in der Form für das Ionenaustauschmaterial
zu kennen. Eine solche Kurve kann durch besondere Versuche mit pulverförmigem Ionenaustauschmaterial
in bekannter Weise hergestellt werden.
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Die in Fig. 8 gezeigte Kurve 20 gilt für kugelförmige Teilchen handelsüblicher
Ionenaustauscher von 500 bis 420 /t, und die Kurve 21 gilt für Pulver, das durch
Mahlen des lufttrockenen Ionenaustauschers in einer Kugelmühle erzielt und dann
durch ein Sieb mit 44 Löchern gesiebt wird. Die Ordinate oder die Porosität (in
Prozent) ist eine logarithmische Skala, so daß die sich ergebenden Kurven linear
oder angenähert linear sind. Solche Kurven können benutzt werden, um den Porenraum
zu berechnen, der mit inerter, plastischer Masse gefüllt werden muß, wenn ein gegebener
Druck auf das lonenaustauschmaterial angewendet wird. Ähnliche Kurven können für
jede Art von lonenaustauschmaterial hergestellt werden.
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Vorstehend ist ein Verfahren zur Durchführung der Erfindung beschrieben
worden, also zur Herstellung einer elektrolytisch leitenden Ionenaustauschmembran,
die aus einzelnen Teilchen von Ionenaustauschern besteht und bei der die Teilchen
in inniger Berührung mit einer Höchstzahl von benachbarten Teilchen sind und bei
der die verbleibenden leeren Zwischenräume mit einem chemisch inerten, elektrisch
isolierenden Bindemittel gefüllt sind. Es können natürlich auch andere Verfahren
zur Ausführung der Erfindung und
ähnliche Wege zur Durchführung
der verschiedenen Schritte des Verfahrens verwendet werden, die innerhalb des Bereiches
der Erfindung liegen.