WO2012022406A1 - Membrane comprising a selectively permeable polymer layer of a highly branched polymer - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a novel membrane comprising a selectively permeable polymer layer, which is selectively permeable
- Polymer layer by reacting a hyperbranched polymer having reacted with end groups of the hyperbranched polymer
- Compound A is available. Furthermore, the invention relates to the use of a hyperbranched polymer for producing a membrane
- desalting means a reduction in the content of ionic compounds dissolved in water
- desalting is preferably understood as meaning a reduction in the content of those ions which occur in higher concentrations in seawater and brackish water. These include the ions Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl “ , HCO 3 " and S0 4 2 ' ,
- RO reverse osmosis
- a membrane which has a high permeability (permeability) for the molecules of the solvent, but only a low permeability for dissolved in the solvent compounds.
- the solvent is water and the dissolved compounds are predominantly dissolved ionic compounds, including those preferred in the above
- Reverse osmosis defines a process in which the thermodynamically favored process of osmosis is reversed by a selectively permeable membrane by the application of a pressure which exceeds the osmotic pressure.
- the water molecules are under the application of said pressure by a selectively permeable
- Reverse osmosis membranes effectively retain particles and minute solutes less than one nanometer in size.
- nanofiltration membranes are also useful in reverse osmosis, but there are limitations. In terms of their separation limits, nanofiltration membranes are to be classified between reverse osmosis membranes and ultrafiltration membranes. They do not effectively separate but retain the smallest solutes, such as monovalent alkali or halide ions, unlike reverse osmosis membranes
- nanofiltration membranes typically, separation limits of 1 to 10 nm are given.
- separation limits typically, for water desalination by reverse osmosis nanofiltration membranes can be used advantageously in combination with reverse osmosis membranes, for example by
- Ultrafiltration membranes do not retain dissolved salts and small molecules, but only large molecules such as proteins.
- Ultrafiltration membranes are therefore not suitable for use in reverse osmosis as the sole separation membranes, but they can also be combined with, for example, upstream of them, as well as nanofiltration membranes with reverse osmosis membranes.
- a retention of greater than 95% of the solutes be achieved, preferably greater than 99%.
- a retention of 95% of the dissolved constituents is understood to mean that the mass content of all dissolved solids (TDS) through the membrane is reduced by 95%.
- TDS dissolved solids
- Brackish water or other less saline aqueous solutions may have lower retention, for example between 80 and 95%, to obtain water with a sufficiently low dissolved salt content for use as drinking water. Since salts form the overwhelming majority of the dissolved constituents in typical solutions to be desalinated, such as seawater and brackish water, the terms "retention of dissolved substances” and “salt retention” are used interchangeably below.
- the membranes have a higher flow rate than the membranes known in the prior art at the same operating pressure, the salt retention being comparably high or higher
- the membranes have a high durability during operation
- Microporous support layer on which a selectively permeable polymer layer, usually made of polyamide, is applied.
- the microporous carrier layer is permeable to water and compounds dissolved therein.
- the selectively permeable polymer layer is substantially impermeable to compounds dissolved in water so that the entire composite membrane comprising the selectively permeable polymer layer and the microporous support layer has selectively permeable properties.
- the selectively permeable polymer layer can, as in, inter alia
- microporous carrier layer are formed.
- interfacial polymerization means all polymerization reactions taking place at an interface. Preferred are under
- Interfacial polymerizations understood polycondensation reactions, which take place at an interface.
- this interface is formed by two solvents insoluble in each other, wherein each one of the two reactants in one of the solvents and the other dissolved in the other solvent.
- An overview of interfacial polymerization reactions is provided, inter alia, by EL Wittbecker, PW Morgan, S.L Kwolek, J. Pol. Be. 1959, 40, 289-297 and PW Morgan, SL Kwolek, J. Pol. Be. 1959, 40, 299-327.
- Various other low molecular weight monomer compounds are in the
- Tetrakisaminomethylderivats as the amino component and a
- Dicarboxylic acid chloride as the carboxylic acid component disclosed.
- the amine component can also be an oligomer which by pre-reaction of the diamine with an aromatic
- Compound bearing two or three carboxylic acid groups can be prepared.
- US Pat. No. 5,271,843 discloses the use of an oligomeric amine component which consists of a central trimesic acid nucleus and three phenylenediamine radicals bound in a star shape.
- Carboxylic acid component is used trimesic acid chloride. Further examples of the use of low molecular weight oligomers
- Dendrimers in the interfacial polycondensation of aromatic amines with aromatic carboxylic acid chlorides to produce selectively permeable membranes discloses polyamidoamine dendrimers which can be added as additives to either the amine component or the carboxylic acid component.
- Polypropyleneimine dendrimers described which are crosslinked with trimesoyl chloride to a selectively permeable polymer layer.
- dendrimers as membrane components is associated with high costs because dendrimers must be prepared stepwise via controlled organic chemical reactions. Furthermore, due to the structure of dendrimers, the functional groups are concentrated at the surface, thereby greatly increasing their density from the core to the outer sphere. However, these density differences result in inhomogeneities in the polymer layer, which reduce the efficiency and permeation selectivity of the membrane. As a result, when using dendrimers as membrane components, typically membranes with high to very high salt retention can not be obtained. There is therefore still a need for novel membranes comprising a selectively permeable polymer layer of small thickness and
- Polymer layers can be obtained.
- the invention relates to a membrane comprising at least one selectively permeable polymer layer, wherein the selectively permeable
- Polymer layer is obtainable by reacting a hyperbranched polymer with a hyperbranched polymer endblocking compound A having two or more reactive groups.
- hyperbranched polymer is understood to mean compounds which are in a single-stage
- Type of monomer which has more than two reactive functional groups and thereby introduces branching into the polymer can be formed.
- Groups preferably have a group a and at least two groups b (starting from x monomer with x> 2), where a and b react with one another. Both group a and group b may be reversibly blocked.
- the monomers can also be formed in situ from other building blocks starting at x with x> 2.
- the polymers formed therefrom usually have exactly one group a.
- the hyperbranched polymers are irregularly branched and polydisperse, since they result from a polymerization reaction in which there is basically no complete and uniform reaction of all reactive groups present. Irregularly branched means in this context that in addition to branched sections in the polymer sequences are present in which no branches are present and are therefore linearly constructed.
- Dendrimers unlike hyperbranched polymers, are usually prepared in a multi-step reaction sequence starting from a polyfunctional starter molecule by stepwise coupling of polyfunctional branching-introducing compounds. Furthermore, in contrast to this divergent method, a convergent method for producing dendrimers is also known.
- Dendrimers are completely regularly branched, monodisperse compounds. They are thus not included in the above-defined concept of hyperbranched polymers.
- the selectively permeable polymer layer preferably has a high
- the membrane causes a reduction in the content of ionic compounds dissolved in the water.
- the invention thus in addition to the membrane described above, the use of the membrane to reduce the content of dissolved ionic compounds in water.
- the membrane when used for desalination of sea or brackish water, the membrane in particular causes a reduction in the content of Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl “ , HCO 3 " and S0 4 2 " , most preferably one
- the membranes of the invention can also be used as nanofiltration membranes, but the use in reverse osmosis is preferred.
- Aqueous solutions which can be desalted and / or purified with the membranes according to the invention are in particular
- Processes obtained are highly saline solutions such as brine or metal-containing solutions purified or concentrated.
- the membrane is used for the purification of industrial and waste water.
- the membrane in addition to reducing the content of dissolved ionic
- the membranes may be used to produce very low salt water, for example less than 1 mg / L, for industrial, engineering and research applications (deionized water). Very low salinity water For example, by repeated reverse osmosis to the
- Another object of the invention is a module for desalination comprising at least one membrane according to the invention, as in
- the water desalination module is selected from spiral wound modules (SWM).
- Spiral-wound modules are characterized by the following advantages when used for desalination on an industrial scale. They allow a high packing density, d. H. a big
- spiral wound modules can be produced cost-effectively.
- the construction of spirally wound modules for desalination of water is known to those skilled in the art of reverse osmosis. A detailed description can be found, inter alia, R. Rautenbach et al., Membrane Processes:
- the selectively permeable polymer layer has a thickness of 1 nm to 10 ⁇ m, particularly preferably from 5 nm to 1 ⁇ m and very particularly preferably from 10 nm to 100 nm.
- the selectively permeable polymer layer preferably consists of polyamide, polyurethane, polyurea, polyester and / or polyimine, particularly preferably polyamide. However, it may also contain other polymerized functional groups.
- a polyamide is understood as meaning all condensation products of organic amines and organic acids, including carboxylic acids, sulfonic acids, sulfinic acids,
- a polyamide is preferably understood as meaning a polycarboxylic acid amide.
- the selectively permeable polymer layer is applied to a carrier layer.
- the carrier layer is preferably microporous or nanoporous and thus permeable to substances dissolved in water. According to the invention, it has a thickness of 10-200 ⁇ m, preferably 15-150 ⁇ m. It can be constructed homogeneously or constructed from several different materials and / or layers.
- the carrier layer is hydrophilic and preferably consists of a polymeric material, more preferably of a material selected from the group comprising polysulfones, polyethersulfones, polyamides, polyethylenes, polypropylenes, polyesters, polyacrylonitriles and polyvinylidene fluorides.
- the membrane according to the invention can be used in addition to the selective
- permeable polymer layer and the carrier layer still contain other layers.
- the membrane may be applied to a layer of textile, fabric or non-woven.
- Membranes having the above structure containing an active selective permeable polymer layer and a porous support layer are referred to as composite membranes. Basic methods for their preparation are known to the person skilled in the art and are disclosed, for example, in US Pat. No. 4,277,344.
- the selectively permeable polymer layer is obtained according to the invention by reacting a hyperbranched polymer with a compound A reacting with end groups of the hyperbranched polymer and having two or more reactive groups.
- the compound A may be a low molecular weight organic compound or a polymeric compound represent, for example, a hyperbranched, branched or linear polymer.
- the compound A is a low molecular weight organic compound.
- a low molecular weight organic compound is understood as meaning a compound which is composed of one or a few (2-10) repeat units.
- a polymeric compound is accordingly understood to mean a compound which is composed of many (more than 11, preferably more than 50) identical or different repeat units.
- a polymeric compound is referred to as a linear polymer, if it has no branches.
- branched polymer is
- the branched polymer is a polymer which has branches, but is not included in the above-mentioned definitions of a hyperbranched polymer and a dendrimer. in a preferred embodiment of the invention is characterized by the
- polymer network is understood to mean a branched polymer in which the individual chains are repeatedly linked to one another.
- the reaction of the compound A brings about the fact that several different hyperbranched polymer molecules are covalently bonded to one another (intermolecular crosslinking reaction), as well as that the hyperbranched polymer molecules are crosslinked in themselves
- compound A which end groups of the hyperbranched polymer.
- These compounds may be small molecules or polymers, for example hyperbranched, branched or linear polymers.
- the selectively permeable polymer layer can also by
- the selectively permeable polymer layer is hyperbranched by reacting exactly one type
- the term "different hyperbranched polymer” is to be understood as meaning that the hyperbranched polymer in question is obtained from monomers in which at least one monomer has a different structure than in the original polymer to be compared, or it should be understood in the context of this application in that the polymer was formed under different reaction conditions, for example with a different stoichiometry of the starting compounds or with a different reaction procedure. If none of the above cases exists, i. If the polymer was formed from the same starting compounds and under the same reaction conditions, in the present application the polymer in question is understood to be the same hyperbranched polymer.
- the reaction of the hyperbranched polymer with a compound A reacting with end groups of the hyperbranched polymer is preferred an interfacial polymerization reaction, most preferably an interfacial polycondensation reaction.
- the reaction is preferably characterized in that one of the two reactants, either the hyperbranched polymer or the compound A, is in aqueous solution and the other reactant is in organic solution or one
- the hyperbranched polymer prefferably present in aqueous solution.
- the solubility of the components of the aqueous solution can be achieved by suitable measures such as an adjustment of the pH and by the addition of solubilizing additives.
- the hyperbranched polymer is in organic solution.
- the hyperbranched polymer has end groups that react with amines, such as isocyanates, carboxylic acid esters or carboxylic acid chlorides. These end groups are hydrophobic and do not affect the solubility in organic solvents.
- groups may be used as substituents which further improve the solubility in organic solvents, such as. B. alkyl chains.
- the compound A is reacted in the gaseous state.
- the hyperbranched polymer is in this case in solution, preferably in aqueous solution. It is further preferred according to the invention that the hyperbranched polymer is used in solution together with another compound B in the reaction, wherein both the hyperbranched polymer and the compound B react with the compound A.
- the hyperbranched polymer is used in solution together with another compound B in the reaction, wherein both the hyperbranched polymer and the compound B react with the compound A.
- the hyperbranched polymer is used in solution together with another compound B in the reaction, wherein both the
- hyperbranched polymer and the compound B in a ratio of the mass fractions in solution of 100: 1 to 1: 100 used. Very particularly preferred is a ratio of the mass fractions of 20: 1 to 1:20. Preferred embodiments of compound B will be shown in later sections.
- At least two solutions are used for the preparation of the membranes according to the invention, a solution L1 and a solution L2. At least one of the two
- Solutions L1 and L2 contains a hyperbranched polymer. Furthermore, at least one of the two solutions contains a compound A, wherein the compound A and the hyperbranched polymer with which the
- the solution L1 is an aqueous solution and therefore preferably contains compounds with good water solubility.
- the solution L1 comprises at least one compound containing functional groups G1. This compound may be a hyperbranched polymer, a linear or branched polymer, and a low molecular weight compound.
- the solution L2 represents an organic solution and therefore preferably contains compounds with good solubility in organic
- the solution L2 comprises at least one compound containing functional groups G2.
- This compound may be a hyperbranched polymer, a linear or branched polymer, and a low molecular weight compound.
- the functional groups G1 and the functional groups G2 in the reaction in which the selectively permeable polymer layer is formed react with one another, the compounds containing these groups being linked to one another.
- the compounds containing these groups being linked to one another.
- the functional groups G1 preferably represent groups which dissolve in an aqueous solvent, for example amines, alcohol groups or free carboxylic acids.
- the functional groups G 2 are preferably groups which dissolve in organic solvents, for example isocyanates, carboxylic esters, carboxylic acid chlorides or thiols.
- the solution L1 comprises a hyperbranched polymer containing functional groups G1 as end groups and optionally one or more compounds B, which preferably contain functional groups G1.
- the presence of one or more compounds B in the solution L1 constitutes a particularly preferred embodiment of the invention.
- the solution L1 may optionally contain one or more further polymers, which may be linear, branched or hyperbranched.
- further low molecular weight compounds may be contained in the solution L1.
- the solution L2 comprises a compound A containing functional groups G2 and optionally one or more polymers which may be linear, branched or hyperbranched. Furthermore, additional low molecular weight
- Both solution L1 and solution L2 may optionally contain one or more additives, such as surfactants or solubilizers, for example, DMSO or camphorsulfonic acid.
- additives such as surfactants or solubilizers, for example, DMSO or camphorsulfonic acid.
- solubilizing additives By the addition of solubilizing additives is the same
- the selectively permeable polymer layer is produced by
- Substrate layer is applied and then
- Substrate layer with a compound A which may be in solution, in liquid form or in the gas phase, is brought into contact, wherein the compound A with end groups of
- hyperbranched polymer reacts.
- the selectively permeable polymer layer is prepared by
- Substrate layer is applied and then
- Substrate layer with a solution containing a hyperbranched polymer is brought into contact, wherein the compound A with
- End groups of the hyperbranched polymer reacts.
- the solution used in a) is preferably an aqueous solution and the solution used in b) is an organic solution.
- Substrate layer is understood within the meaning of this invention to mean any layer of solid material. This is preferably understood to mean a water-permeable thin layer, more preferably a microporous or nanoporous polymer layer. Even more preferably, the substrate layer is the carrier layer of the membrane as defined above.
- the substrate layer is coated with a solution of a low molecular weight compound which is capable of reacting with the compound A.
- the preferred embodiments of the above-mentioned low molecular weight compound correspond to the below-mentioned preferred embodiments of the compound B.
- the substrate layer is contacted with a solution of the compound A, whereby a reaction takes place between the low molecular weight compound and the compound A, preferably one
- a solution containing a hyperbranched polymer is applied, and the membrane is then contacted in a fourth step with a solution containing the compound A, wherein a reaction takes place between the end groups of the hyperbranched polymer and the compound A, preferably one Interfacial polymerization reaction.
- the third and the fourth steps take place as described above without first performing the first and second steps, wherein the solutions are applied directly to the selectively permeable polymer layer of a membrane.
- This membrane can be a reverse osmosis membrane, a
- Membrane by applying an additional selectively permeable layer, for example, to modify properties of the membrane such as its salt retention and / or their selectivity or durability.
- Such a post-treatment process is explicitly the subject of the present invention.
- a further embodiment of the invention are in the above
- the third and fourth step are respectively interchanged with the first and second step as defined above, so that first the third, then the fourth, then the first and then the second step, as defined above, follow one another.
- the hyperbranched polymer in a preferred embodiment of the invention is a polyamide, a polyurethane, a polyurea, a polyimine, a polyether or a polyester, more preferably a polyamide.
- the polyamide may be a polycarboxylic acid amide,
- Polysulfonic acid amide, polysulfinic acid amide, polyphosphoric acid amide, Polyphosphonklareamid or Polyphosphin Acidmid represent. It is preferred that the polyamide is a polycarboxylic acid amide.
- the hyperbranched polymer further preferably contains
- the hyperbranched polymer particularly preferably contains aromatic rings which are substituted by one or more, preferably a plurality of, electron-withdrawing groups, particularly preferably fluorine, chlorine, bromine,
- an electron-withdrawing group is understood as meaning a functional group or a substituent which exerts a negative inductive and / or mesomeric effect (-I and / or M effect) and thereby the electron density of the aromatic ring to which it binds , degrades.
- the hyperbranched polymer preferably contains end groups selected from carboxylic acids, carboxylic acid halides, carboxylic acid anhydrides, carboxylic acid thioesters, carboxylic acid esters, isocyanates, isothiocyanates, carbamates, chloroformates, sulfonic acid halides, sulfonic acids, sulfinic acid halides, sulfinic acids, phosphoric acid halides, phosphoric acids, phosphonic acid halides, phosphonic acids,
- Phosphinic acid halides Phosphinic acid halides, phosphinic acids, alcohols, amines and thiols. Particular preference is given to carboxylic acid halides,
- Carboxylic acid anhydrides include carboxylic acid esters, alcohols and amines, including very particularly preferably carboxylic acid halides and amines.
- end groups is understood as meaning functional groups of a polymer which, according to the
- the hyperbranched polymer preferably contains one type of end groups or two different end groups. It can also contain more than two different end groups. It preferably contains one, two or three different end groups, more preferably one or two different end groups.
- Subsequent functionalization can transform the chemical functionality of one end group into another chemical functionality.
- new, previously non-existent functional groups can be introduced as end groups.
- a carboxylic acid function can be converted to a carboxylic ester function or carboxylic acid chloride function. Suitable methods are known to those skilled in the art of polymer chemistry.
- the hyperbranched polymer is obtainable from a polymerization reaction of one or more different monomers. In a preferred embodiment, it is obtainable from a polymerization reaction of a monomer. In a further preferred embodiment, it is obtainable from a polymerization reaction of two different monomers.
- hyperbranched polymer either from a polymerization reaction of the same monomers of the formula (I) Z (NHR 1 ) n (X) m
- Formula (I), available, or the hyperbranched polymer is from a
- Z is a straight-chain alkyl group having 1 to 20 C atoms or a branched or cyclic alkyl group having 3 to 20 C atoms or an alkenyl or alkynyl group having 2 to 20 C atoms, each of which is substituted by one or more R 2 radicals can, wherein one or more non-adjacent CH 2 groups by
- R 2 is the same or different H or one at each occurrence
- X is the same or different at each occurrence
- a group which combines with amino groups in a condensation or addition reaction preferably a carboxylic acid, a carboxylic acid halide, a carboxylic acid anhydride
- Carboxylic thioester a carboxylic acid ester, an isocyanate, a Isothiocyanate, a chloroformate, a sulfonic acid halide, a sulfinic acid halide, a phosphoric acid halide
- Phosphonic acid halide or a phosphinic acid halide has a value of 1 to 5, where n + m has a value of 3 to 6; has a value of 1 to 5, where n + m has a value of 3 to 6; has a value of 0 to 6, wherein o + p has a value of 1 to 6; p has a value of 0 to 6, wherein o + p has a value of 1 to 6; and wherein for at least one of the monomers of the formula (II) it must hold that o + p has a value of 3 to 6.
- an aromatic or heteroaromatic ring system is to be understood as meaning a system which does not necessarily contain only aryl or heteroaryl groups, but in which several aryl or heteroaryl groups are also replaced by a nonaromatic moiety (preferably less than 10% of that other than H. Atoms), such as.
- a nonaromatic moiety preferably less than 10% of that other than H. Atoms
- an sp 3 -hybridized C, Si, N or O atom a sp 2 - hybridized C or N atom or a sp-hybridized carbon atom, may be connected.
- aromatic or heteroaromatic ring systems for the purposes of this invention understood, such as systems such as biphenyl, terphenyl or diphenyltriazine.
- aromatic or heteroaromatic ring system as defined above is understood in particular to mean groups which are derived from benzene, naphthalene, anthracene, benzanthracene, phenanthrene,
- Quinoline isoquinoline, acridine, phenanthridine, benzo-5,6-quinoline, benzo-6,7-quinoline, benzo-7,8-quinoline, phenothiazine, phenoxazine, pyrazole, indazole, imidazole, benzimidazole, naphthimidazole, phenanthrimidazole, pyrimididazole, Pyrazine imidazole, quinoxaline imidazole, oxazole, benzoxazole, naphthoxazole, anthroxazole, phenanthroxazole, isoxazole, 1, 2-thiazole, 1, 3-thiazole, benzothiazole, pyridazine, benzopyridazine, pyrimidine,
- Benzopyrimidine quinoxaline, 1,5-diazaanthracene, 2,7-diazapyrene, 2,3-diazapyrene, 1,6-diazapyrene, 1,8-diazapyrene, 4,5-diazapyrene,
- 4,5,9,10-tetraazaperylene pyrazine, phenazine, phenoxazine, phenothiazine, fluorubin, naphthyridine, azacarbazole, benzocarboline, phenanthroline, 1, 2,3-triazole, 1, 2,4-triazole, benzotriazole, 1, 2, 3-oxadiazole, 1, 2,4-oxadiazole, 1, 2,5-oxadiazole, 1, 3,4-oxadiazole, 1, 2,3-thiadiazole, 1, 2,4-thiadiazole, 1, 2,5- Thiadiazole, 1, 3,4-thiadiazole, 3,5-triazine, 1, 2,4-triazine,
- a simple aromatic cycle ie benzene
- a simple heteroaromatic cycle for example pyridine, pyrimidine or thiophene, or a fused (fused) aromatic or heteroaromatic polycycle, for example
- Naphthalene, phenanthrene, quinoline or carbazole understood.
- Polycycle consists in the context of the present application of two or more condensed simple aromatic or
- An aryl or heteroaryl group is understood in particular to mean groups which are derived from benzene, Naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, dihydropyrene, chrysene, perylene, fluoranthene, benzanthracene, benzphenanthrene, tetracene, pentacene, benzpyrene, furan, benzofuran, isobenzofuran, dibenzofuran, thiophene, benzothiophene, isobenzothiophene, dibenzothiophene, pyrrole, indole, isoindole, carbazole, Pyridine, quinoline, isoquinoline, acridine,
- Phenanthridine benzo-5,6-quinoline, benzo-6,7-quinoline, benzo-7,8-quinoline, phenothiazine, phenoxazine, pyrazole, indazole, imidazole, benzimidazole, naphthimidazole, phenanthrimidazole, pyrimididazole, pyrazine imidazole, quinoxaline imidazole, oxazole, Benzoxazole, naphthoxazole, anthroxazole, phenanthroxazole, isoxazole, 1, 2-thiazole, 1, 3-thiazole, benzothiazole,
- the radicals methyl are preferably chosen from a straight-chain alkyl group having 1 to 20 C atoms or a branched or cyclic alkyl group having 3 to 20 C atoms or an alkenyl or alkynyl group having 2 to 20 C atoms.
- the group Z is selected from an aryl or heteroaryl group having 5 to 30 aromatic ring atoms, each of which may be substituted by one or more R 2 , more preferably an aryl or heteroaryl group having 5 to 20 aromatic ring atoms, the each may be substituted with one or more R 2 radicals.
- Z is selected from an aryl group having 6 to 10 aromatic ring atoms or a heteroaryl group having 5 to 10 aromatic ring atoms.
- Z is benzene, pyridine, pyrimidine, pyrazine, pyridazine, triazine, furan, thiophene, pyrrole, imidazole, pyrazole, naphthalene, quinoline, isoquinoline, benzimidazole, benzofuran, indole, isoindole, oxazole, isoxazole, thiazole and isothiazole. wherein said groups may be substituted with one or more R 1 .
- R 1 is the same or different at each occurrence as H, D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 or an alkyl group having 1 to 10 C atoms or an alkenyl or
- X is the same or different at each occurrence selected from a
- Carboxylic acid a carboxylic acid halide, carboxylic anhydride, Carbonklartioester, carboxylic acid esters, isocyanate or isothiocyanate.
- the hyperbranched polymer is obtainable from a polymerization reaction of a single monomer of formula (I).
- n and m has a value of 3 or 4, more preferably 3.
- n has a value of 2 and m has a value of 1, so that the compound corresponds to formula (Ia): Z (NHR 1 ) 2 X
- the hyperbranched polymer is obtainable from a polymerization reaction of two different monomers of formula (II).
- one of the two monomers has the formula (IIa)
- Available compounds which are composed of a small number of identical or different repeating units. These compounds are preferably synthesized from 2 to 20 repeat units, more preferably from 4 to 10 repeat units.
- these compounds can be produced for example by controlled construction by means of protective group technology.
- these compounds may be used as the sole monomers, or they may be used together with other monomers of the formula (I) and / or the formula (II).
- the compound A has two or more reactive
- the reactive groups are functional groups which covalently bond to the end groups of the hyperbranched polymer, preferably in a condensation or addition reaction.
- the reactive groups of compound A are selected from
- Phosphinic acid halides Phosphinic acid halides, phosphinic acids, alcohols, amines and thiols.
- the compound A has two or more reactive groups which combine with amino groups, preferably in a condensation or an addition reaction. It is particularly preferred according to the invention that the reactive groups of the compound A are selected from carboxylic acid halides, carboxylic anhydrides and isocyanates.
- the compound A is an aromatic or heteroaromatic compound.
- the compound A contains one or more aromatic rings, which are substituted with one or more, preferably more, electron-withdrawing groups, including more preferably fluorine, chlorine, bromine, carboxylic acid derivatives and
- the compound A is selected from
- the compound A when present as a pure substance, according to the invention can be used in liquid or in gaseous form. It is
- the compound A is used in solution present. It is particularly preferred that the compound A is used in organic solution herein.
- Preferred solvents are: n-hexane, cyclohexane, iso-hexane, pentane and heptane. In this case, it is further preferred that the hyperbranched polymer is in aqueous solution.
- Compound B according to the invention has one or more reactive groups.
- the compound B has two or three reactive groups.
- the reactive groups of compound B are preferably selected from carboxylic acid halides, carboxylic acid anhydrides,
- the compound B is an aromatic or heteroaromatic compound.
- the compound B contains one or more aromatic rings, which are substituted with one or more, preferably more, electron-withdrawing groups, including more preferably fluorine, chlorine, bromine, carboxylic acid derivatives and
- the reactive groups of the compound B are identical to the end groups of the hyperbranched polymer or represent derivatives of these groups.
- the reactive groups of the compound B and the end groups of the hyperbranched polymer are selected such that they react with the reactive groups of the compound A.
- compound B are meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, 1,3,5-phenyltriamine, 3,5-diaminobenzoic acid and meta-aminoisophthalic acid. It is preferred according to the invention that the compound B is used in solution, preferably in aqueous solution, particularly preferably in aqueous solution together with the hyperbranched polymer.
- hyperbranched polymer as a component for producing the selectively permeable polymer layer enables
- the membranes according to the invention preferably have increased salt retention in comparison with membranes of the prior art. More preferably, it is greater than 95%, most preferably greater than 99%, with a flow rate comparable to or higher than prior art membranes.
- a further advantage of the method according to the invention is that better control over the thickness of the selectively permeable layer is made possible.
- the hyperbranched polymer penetrates less deeply into the carrier layer than the low molecular weight reactants used in the prior art in the interfacial polymerization reaction.
- aromatic rings which are substituted either exclusively with amino groups or exclusively with acid chlorides which react with each other to amide bonds.
- aromatic rings which contain only amine functions, an electrophilic substitution reaction by chlorine or chlorine compounds, which are used to disinfect the water, take place.
- the membranes of the invention have one or more, preferably more of the above advantageous properties.
- the following embodiments serve to illustrate and illustrate the invention without the subject matter of the invention being restricted to the content of the examples.
- the polysulfone support layer (stored refrigerated in deionized water + 0.7% sodium bisulfite) is washed for 1 min in deionized water, which becomes water
- the moist support layer is placed on a first glass plate and freed from excess water. There is another glass plate with a window and in the window the
- the polysulfone support layer (stored cooled in demineralized water + 0.7% sodium bisulfite) for 1 min in demineralized water, the water is exchanged and the membrane is then washed for a further 30 min in newly added demineralized water. Subsequently, the carrier layer is incubated in NaOH solution (pH 11) overnight. Thereafter, the carrier layer is washed twice with demineralized water and tested for pH neutrality. A 0.2% (wt%) trimesoyl chloride solution in hexane is prepared. The moist support layer is placed on a first glass plate and from
- the membrane is stored in deionised water with 0.7% sodium bisulfite until use.
- the membranes are tested on a membrane test bench made by OSMO equipped with a transfer cell. A 3.2% solution (wt%) of sodium chloride in water is used as the test solution. This corresponds to an osmotic pressure of about 27 bar. To test the membrane, a pressure of 55 bar is built up and the conductivity of the permeate. This results in the salt content of the permeate. Permeate flux and salt retention are parameters for the performance of the membrane.
Abstract
The present invention relates to a novel membrane comprising a selectively permeable polymer layer, wherein the selectively permeable polymer layer can be obtained by reacting a hyperbranched polymer with a compound A that reacts with end groups of the hyperbranched polymer. Furthermore, the invention relates to the use of a hyperbranched polymer for producing a membrane comprising a selectively permeable polymer layer and to a method for producing the membrane according to the invention using a hyperbranched polymer.
Description
MEMBRAN MIT SELEKTIV PERMEABLER POLYMERSCHICHT AUS HOCHVERZWEIGTEM POLYMER MEMBRANE WITH SELECTIVELY PERMEABLE POLYMER LAYER OF HIGH-BRANCHED POLYMER
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Membran umfassend eine selektiv permeable Polymerschicht, wobei die selektiv permeable The present invention relates to a novel membrane comprising a selectively permeable polymer layer, which is selectively permeable
Polymerschicht durch Umsetzung eines hyperverzweigten Polymers mit einer mit Endgruppen des hyperverzweigten Polymers reagierenden Polymer layer by reacting a hyperbranched polymer having reacted with end groups of the hyperbranched polymer
Verbindung A erhältlich ist. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines hyperverzweigten Polymers zur Herstellung einer Membran Compound A is available. Furthermore, the invention relates to the use of a hyperbranched polymer for producing a membrane
umfassend eine selektiv permeable Polymerschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Membran unter Verwendung eines hyperverzweigten Polymers. comprising a selectively permeable polymer layer and a method for producing the membrane of the invention using a hyperbranched polymer.
Aufgrund des wachsenden Bedarfs an Trinkwasser und/oder gereinigtem Brauchwasser besteht ein hohes Interesse an verbesserten Verfahren zur Entsalzung und/oder Reinigung von Wasser. Due to the growing demand for drinking water and / or purified industrial water, there is a great interest in improved processes for desalination and / or purification of water.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter dem Begriff der Entsalzung eine Verringerung des Gehalts von im Wasser gelösten ionischen In the context of this application, the term desalting means a reduction in the content of ionic compounds dissolved in water
Verbindungen verstanden. Bevorzugt wird im Rahmen dieser Anmeldung unter Entsalzung eine Verringerung des Gehalts derjenigen Ionen, welche in höherer Konzentration in Meer- und Brackwasser auftreten, verstanden. Dazu zählen die Ionen Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl", HC03 " und S04 2', Connections understood. In the context of this application, desalting is preferably understood as meaning a reduction in the content of those ions which occur in higher concentrations in seawater and brackish water. These include the ions Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl " , HCO 3 " and S0 4 2 ' ,
insbesondere Na+ und Cl". in particular Na + and Cl " .
Eines der technisch bedeutendsten Verfahren zur Entsalzung von Wasser stellt die reverse Osmose (Umkehrosmose, RO) dar, bei der Membranen zum Einsatz kommen, welche eine hohe Durchlässigkeit für Wasser und eine geringe Durchlässigkeit für im Wasser gelöste Ionen aufweisen One of the most technically significant processes for desalination of water is reverse osmosis (RO), which uses membranes with high permeability to water and low permeability to ions dissolved in water
(selektiv permeable Membranen). Unter einer selektiv permeablen Membran wird im Sinne dieser (selectively permeable membranes). Under a selectively permeable membrane is in the sense of this
Anmeldung eine Membran verstanden, welche eine hohe Durchlässigkeit (Permeabilität) für die Moleküle des Lösungsmittels aufweist, jedoch nur eine geringe Durchlässigkeit für im Lösungsmittel gelöste Verbindungen. Bevorzugt stellt im Sinne dieser Erfindung das Lösungsmittel Wasser dar und die gelösten Verbindungen stellen zum überwiegenden Teil gelöste
ionische Verbindungen dar, darunter bevorzugt die oben bei der Application understood a membrane which has a high permeability (permeability) for the molecules of the solvent, but only a low permeability for dissolved in the solvent compounds. Preferably, in the context of this invention, the solvent is water and the dissolved compounds are predominantly dissolved ionic compounds, including those preferred in the above
Entsalzung von Wasser genannten besonders relevanten Ionen. Desalination of water called particularly relevant ions.
Reverse Osmose definiert einen Prozess, bei dem der thermodynamisch begünstigte Vorgang der Osmose durch eine selektiv permeable Membran durch das Anlegen eines Drucks, welcher den osmotischen Druck übersteigt, umgekehrt wird. Dabei werden die Wassermoleküle unter Anlegen des genannten Überdrucks durch eine selektiv permeable Reverse osmosis defines a process in which the thermodynamically favored process of osmosis is reversed by a selectively permeable membrane by the application of a pressure which exceeds the osmotic pressure. The water molecules are under the application of said pressure by a selectively permeable
Membran gepresst, wobei ein großer Teil der im Wasser gelösten Membrane pressed, with a large part of the dissolved in the water
Bestandteile durch die Membran zurückgehalten wird. Auf diese Weise kann Wasser mit einem verringerten Gehalt an gelösten Bestandteilen erhalten werden. Typischerweise werden im Stand der Technik bei der Wasserentsalzung durch reverse Osmose Drücke zwischen 50 und 70 bar eingesetzt. Selektiv permeable Membranen zur Verwendung in der reversen Osmose sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie für im Lösungsmittel gelöste Stoffe, auch für kleine, einfach geladene Ionen, weitgehend undurchlässig sind. Solche selektiv permeablen Membranen werden auch als Reverse-Osmose-Membranen bezeichnet. Durch Reverse-Osmose- Membranen werden Partikel sowie kleinste gelöste Stoffe mit einer Größe von weniger als einem Nanometer effektiv zurückgehalten. Components is retained by the membrane. In this way, water with a reduced content of dissolved components can be obtained. Typically, in the prior art in desalting water by reverse osmosis pressures between 50 and 70 bar used. Selectively permeable membranes for use in reverse osmosis are in particular characterized in that they are largely impermeable to substances dissolved in the solvent, even for small, singly charged ions. Such selectively permeable membranes are also referred to as reverse osmosis membranes. Reverse osmosis membranes effectively retain particles and minute solutes less than one nanometer in size.
Weiterhin verwendbar in der reversen Osmose sind Nanofiltrationsmembranen, jedoch liegen dort Einschränkungen vor. In Bezug auf ihre Trenngrenzen sind Nanofiltrationsmembranen zwischen Reverse-Osmose- Membranen und Ultrafiltrationsmembranen einzuordnen. Sie trennen kleinste gelöste Stoffe wie einwertige Alkali- oder Halogenid-Ionen anders als Reverse-Osmose-Membranen nicht effektiv ab, halten aber Also useful in reverse osmosis are nanofiltration membranes, but there are limitations. In terms of their separation limits, nanofiltration membranes are to be classified between reverse osmosis membranes and ultrafiltration membranes. They do not effectively separate but retain the smallest solutes, such as monovalent alkali or halide ions, unlike reverse osmosis membranes
zweiwertige Ionen sowie größere organische Moleküle zurück. divalent ions as well as larger organic molecules.
Typischerweise werden für Nanofiltrationsmembranen Trenngrenzen von 1 bis 10 nm angegeben. Für die Wasserentsalzung durch reverse Osmose können Nanofiltrationsmembranen vorteilhaft in Kombination mit Reverse- Osmose-Membranen eingesetzt werden, beispielsweise durch Typically, for nanofiltration membranes, separation limits of 1 to 10 nm are given. For water desalination by reverse osmosis nanofiltration membranes can be used advantageously in combination with reverse osmosis membranes, for example by
Vorschaltung der Nanofiltrationsmembran vor die Reverse-Osmose- Membran.
Ultrafiltrationsmembranen halten gelöste Salze und kleine Moleküle nicht zurück, sondern lediglich große Moleküle wie zum Beispiel Proteine. Pre-connection of the nanofiltration membrane in front of the reverse osmosis membrane. Ultrafiltration membranes do not retain dissolved salts and small molecules, but only large molecules such as proteins.
Ultrafiltrationsmembranen sind daher für die Verwendung in der reversen Osmose als alleinige Trennmembranen nicht geeignet, sie können aber wie auch Nanofiltrationsmembranen mit Reverse-Osmose-Membranen kombiniert, zum Beispiel ihnen vorgeschaltet werden. Ultrafiltration membranes are therefore not suitable for use in reverse osmosis as the sole separation membranes, but they can also be combined with, for example, upstream of them, as well as nanofiltration membranes with reverse osmosis membranes.
Für die Meerwasserentsalzung ist es wünschenswert, dass ein Rückhalt von mehr als 95% der gelösten Bestandteile erreicht wird, bevorzugt von mehr als 99%. Unter einem Rückhalt von 95% der gelösten Bestandteile wird dabei im Sinne dieser Anmeldung verstanden, dass der Massengehalt aller gelösten Bestandteile (TDS, total dissolved solids content) durch die Membran um 95% verringert wird. Bei einem Salzrückhalt von 99% wird beispielsweise aus Meerwasser mit einem TDS von 35.000 mg/L durch den Vorgang der Entsalzung mittels reverser Osmose entsalztes Wasser mit einem TDS von 350 mg/L erhalten. Für die Entsalzung von For seawater desalination, it is desirable that a retention of greater than 95% of the solutes be achieved, preferably greater than 99%. Within the meaning of this application, a retention of 95% of the dissolved constituents is understood to mean that the mass content of all dissolved solids (TDS) through the membrane is reduced by 95%. With a salt retention of 99%, for example, from seawater with a TDS of 35,000 mg / L by the process of desalting by reverse osmosis desalted water with a TDS of 350 mg / L is obtained. For the desalination of
Brackwasser oder anderen weniger salzhaltigen wässrigen Lösungen können geringere Rückhalte ausreichend sein, beispielsweise zwischen 80 und 95%, um Wasser mit ausreichend niedrigem Gehalt an gelösten Salzen für eine Verwendung als Trinkwasser zu erhalten. Da Salze den weitaus überwiegenden Teil der gelösten Bestandteile in typischen zu entsalzenden Lösungen wie Meerwasser und Brackwasser bilden, werden im Folgenden die Begriffe„Rückhalt an gelösten Substanzen" und „Salzrückhalt" synonym verwendet. Brackish water or other less saline aqueous solutions may have lower retention, for example between 80 and 95%, to obtain water with a sufficiently low dissolved salt content for use as drinking water. Since salts form the overwhelming majority of the dissolved constituents in typical solutions to be desalinated, such as seawater and brackish water, the terms "retention of dissolved substances" and "salt retention" are used interchangeably below.
Um die Technik der reversen Osmose energie- und damit kosteneffizienter zu gestalten, besteht Bedarf an neuartigen selektiv permeablen In order to make the technique of reverse osmosis more energy-efficient and thus more cost-effective, there is a need for novel selectively permeable ones
Membranen, welche eine oder mehrere der im Folgenden aufgeführten Eigenschaften bzw. Vorteile besitzen: Membranes which have one or more of the following properties or advantages:
- die Membranen weisen im Vergleich zu im Stand der Technik - The membranes have compared to the prior art
bekannten Membranen eine höheren Salzrückhalt auf, wobei die Durchflussrate vergleichbar hoch ist; insbesondere ist es known membranes have a higher salt retention, the flow rate being comparably high; in particular it is
wünschenswert, dass die Membranen einen erhöhten Salzrückhalt bei
für technische Anlagen zur Wasserentsalzung typischen desirable that the membranes contribute increased salt retention typical for technical desalination plants
Durchflussraten oder höheren Durchflussraten aufweisen Have flow rates or higher flow rates
- weiterhin ist es für bestimmte Anwendungen wünschenswert, dass die Membranen bei gleichem Betriebsdruck eine höhere Durchflussrate als die im Stand der Technik bekannten Membranen aufweisen, wobei der Salzrückhalt vergleichbar hoch oder höher ist furthermore, it is desirable for certain applications that the membranes have a higher flow rate than the membranes known in the prior art at the same operating pressure, the salt retention being comparably high or higher
- die Membranen weisen eine hohe Haltbarkeit im Betrieb auf, the membranes have a high durability during operation,
insbesondere eine hohe Stabilität gegenüber chloriertem Wasser in particular a high stability to chlorinated water
Weiterhin besteht Bedarf an Membranen mit einer möglichst defektfreien, dünnen selektiv permeablen Schicht sowie an Verfahren zu ihrer Furthermore, there is a need for membranes with a defect-free, thin selectively permeable layer as well as methods for their
Herstellung. Production.
Im Stand der Technik bekannt sind selektiv permeable Known in the art are selectively permeable
Verbundmembranen (composite membranes) umfassend eine Composite membranes comprising a
mikroporöse Trägerschicht (support layer), auf der eine selektiv permeable Polymerschicht, zumeist aus Polyamid, aufgebracht ist. Die mikroporöse Trägerschicht ist dabei für Wasser und darin gelöste Verbindungen durchlässig. Die selektiv permeable Polymerschicht ist für in Wasser gelöste Verbindungen weitgehend undurchlässig, so dass die gesamte Verbundmembran umfassend die selektiv permeable Polymerschicht und die mikroporöse Trägerschicht selektiv permeable Eigenschaften aufweist. Microporous support layer on which a selectively permeable polymer layer, usually made of polyamide, is applied. The microporous carrier layer is permeable to water and compounds dissolved therein. The selectively permeable polymer layer is substantially impermeable to compounds dissolved in water so that the entire composite membrane comprising the selectively permeable polymer layer and the microporous support layer has selectively permeable properties.
Die selektiv permeable Polymerschicht kann, wie unter anderem in The selectively permeable polymer layer can, as in, inter alia
US 4,277,344 und US 3,744,642 beschrieben wird, durch US 4,277,344 and US 3,744,642 is described by
Grenzflächenpolymerisation eines aromatischen Diamin-Monomers und eines aromatischen Tricarbonsäurechlorid-Monomers auf der Interfacial polymerization of an aromatic diamine monomer and an aromatic tricarboxylic acid chloride monomer on
mikroporösen Trägerschicht gebildet werden. microporous carrier layer are formed.
Unter Grenzflächenpolymerisation (interfacial polymerization) werden im Sinne dieser Erfindung alle Polymerisationsreaktionen, welche an einer Grenzfläche stattfinden, verstanden. Bevorzugt werden unter For the purposes of this invention, interfacial polymerization means all polymerization reactions taking place at an interface. Preferred are under
Grenzflächenpolymerisationen Polykondensationsreaktionen verstanden, welche an einer Grenzfläche stattfinden. Bevorzugt wird diese Grenzfläche durch zwei ineinander unlösliche Lösungsmittel gebildet, wobei jeweils einer der beiden Reaktanden in einem der Lösungsmittel und der andere
im anderen Lösungsmittel gelöst ist. Eine Übersicht über Grenzflächenpolymerisationsreaktionen bieten unter anderem E. L. Wittbecker, P. W. Morgan, S. L Kwolek, J. Pol. Sei. 1959, 40, 289-297 und P. W. Morgan, S. L. Kwolek, J. Pol. Sei. 1959, 40, 299-327. Verschiedene weitere niedermolekulare Monomerverbindungen sind imInterfacial polymerizations understood polycondensation reactions, which take place at an interface. Preferably, this interface is formed by two solvents insoluble in each other, wherein each one of the two reactants in one of the solvents and the other dissolved in the other solvent. An overview of interfacial polymerization reactions is provided, inter alia, by EL Wittbecker, PW Morgan, S.L Kwolek, J. Pol. Be. 1959, 40, 289-297 and PW Morgan, SL Kwolek, J. Pol. Be. 1959, 40, 299-327. Various other low molecular weight monomer compounds are in the
Stand der Technik für diese Verwendung beschrieben. Beispielsweise wird in der Anmeldung US 4,876,009 die Verwendung eines Prior art described for this use. For example, in the application US 4,876,009 the use of a
Tetrakisaminomethylderivats als Aminokomponente und eines Tetrakisaminomethylderivats as the amino component and a
Dicarbonsäurechlorids als Carbonsäurekomponente offenbart. Dicarboxylic acid chloride as the carboxylic acid component disclosed.
In der Anmeldung US 4,259,183 wird die Verwendung von sekundären Diaminen als Aminkomponente offenbart. Weiterhin beschreibt die The application US 4,259,183 discloses the use of secondary diamines as the amine component. Furthermore, the describes
Anmeldung, dass die Aminkomponente auch ein Oligomer darstellen kann, welches durch Vorreaktion des Diamins mit einer aromatischen Application that the amine component can also be an oligomer which by pre-reaction of the diamine with an aromatic
Verbindung, welche zwei oder drei Carbonsäuregruppen trägt, hergestellt werden kann. Compound bearing two or three carboxylic acid groups can be prepared.
In US 5,271 ,843 wird die Verwendung einer oligomeren Aminkomponente, welche aus einem zentralen Trimesinsäurekern und drei sternförmig daran gebundenen Phenylendiaminresten besteht, offenbart. Als US Pat. No. 5,271,843 discloses the use of an oligomeric amine component which consists of a central trimesic acid nucleus and three phenylenediamine radicals bound in a star shape. When
Carbonsäurekomponente wird Trimesinsäurechlorid verwendet. Weitere Beispiele für die Verwendung von niedermolekularen oligomeren Carboxylic acid component is used trimesic acid chloride. Further examples of the use of low molecular weight oligomers
Verbindungen, welche anschließend in einer Compounds which subsequently in a
Grenzflächenpolymerisationsreaktion vernetzt werden, sind in Cross-linked polymerization reaction are crosslinked in
US 4,606,943 und EP 0061782 A2 offenbart. US 4,606,943 and EP 0061782 A2.
Die Verfahren gemäß dem Stand der Technik, in denen niedermolekulare Monomere in einer Grenzflächenpolymerisation umgesetzt werden, weisen jedoch typischerweise den folgenden Nachteil auf: möchte man den Salzrückhalt der Membranen erhöhen, so ist es bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren erforderlich, Membranen mit höheren Schichtdicken zu verwenden, da bei diesen Verfahren typischerweise auftretende Membrandefekte sich bei dünnen Schichten stark negativ auf den Salzrückhalt auswirken. Eine Erhöhung der Schichtdicke bringt jedoch im Allgemeinen den Nachteil einer verringerten Flussrate mit sich. Somit
ist eine Erhöhung des Salzrückhalts nur mit einer deutlichen Verringerung der Flussrate möglich, was in vielen Fällen unerwünscht ist. However, the prior art processes in which low molecular weight monomers are reacted in an interfacial polymerization typically have the following drawback: if one wishes to increase the salt retention of the membranes, then it is necessary in the prior art processes to use membranes with higher Layer thicknesses to be used, since in these methods typically occurring membrane defects in thin films have a strong negative impact on the salt retention. However, increasing the layer thickness generally entails the disadvantage of a reduced flow rate. Consequently an increase in salt retention is possible only with a significant reduction in the flow rate, which is undesirable in many cases.
Es besteht daher Bedarf an neuartigen Membranen, welche einen erhöhten Salzrückhalt kombiniert mit einer vergleichbar hohen oder erhöhten Durchflussrate aufweisen, sowie an Verfahren zu ihrer There is therefore a need for novel membranes which have an increased salt retention combined with a comparatively high or increased flow rate, as well as to processes for their
Herstellung. Production.
Im Stand der Technik bekannt ist weiterhin die Verwendung von Also known in the art is the use of
Dendrimeren in der Grenzflächenpolykondensation von aromatischen Aminen mit aromatischen Carbonsäurechloriden zur Herstellung von selektiv permeablen Membranen. Die Anmeldung WO 2007/018392 offenbart dabei Polyamidoamin-Dendrimere, die als Additive entweder der Aminkomponente oder der Carbonsäurekomponente zugefügt werden können. Dendrimers in the interfacial polycondensation of aromatic amines with aromatic carboxylic acid chlorides to produce selectively permeable membranes. The application WO 2007/018392 discloses polyamidoamine dendrimers which can be added as additives to either the amine component or the carboxylic acid component.
In EP 0780152 B1 wird die Verwendung von Polyethylenimin- und In EP 0780152 B1, the use of polyethyleneimine and
Polypropylenimin-Dendrimeren beschrieben, welche mit Trimesoylchlorid zu einer selektiv permeablen Polymerschicht vernetzt werden. Polypropyleneimine dendrimers described which are crosslinked with trimesoyl chloride to a selectively permeable polymer layer.
In den genannten Anmeldungen wird beschrieben, dass die Selektivität und die Flussrate durch die Verwendung der Dendrimere als reaktive Komponenten verbessert werden können. It is described in the aforementioned applications that the selectivity and the flow rate can be improved by the use of the dendrimers as reactive components.
Der Einsatz von Dendrimeren als Membrankomponenten ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, da Dendrimere stufenweise über kontrollierte organisch-chemische Reaktionen hergestellt werden müssen. Weiterhin sind aufgrund des Aufbaus von Dendrimeren die funktionellen Gruppen an der Oberfläche konzentriert, wodurch ihre Dichte vom Kern zur äußeren Sphäre hin stark zunimmt. Diese Dichteunterschiede haben jedoch Inhomogenitäten in der Polymerschicht zur Folge, welche die Effizienz und die Permeationsselektivität der Membran herabsetzen. Dies führt dazu, dass bei der Verwendung von Dendrimeren als Membrankomponenten typischerweise keine Membranen mit hohem bis sehr hohem Salzrückhalt erhalten werden können.
Es besteht daher weiterhin Bedarf an neuartigen Membranen umfassend eine selektiv permeable Polymerschicht mit geringer Dicke und However, the use of dendrimers as membrane components is associated with high costs because dendrimers must be prepared stepwise via controlled organic chemical reactions. Furthermore, due to the structure of dendrimers, the functional groups are concentrated at the surface, thereby greatly increasing their density from the core to the outer sphere. However, these density differences result in inhomogeneities in the polymer layer, which reduce the efficiency and permeation selectivity of the membrane. As a result, when using dendrimers as membrane components, typically membranes with high to very high salt retention can not be obtained. There is therefore still a need for novel membranes comprising a selectively permeable polymer layer of small thickness and
homogenem und defektfreiem Aufbau, mit welchen ein hoher Salzrückhalt erreicht werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun gefunden, dass solche Membranen durch Verwendung eines hyperverzweigten Polymers als reaktive Komponente in der Herstellung der selektiv permeablen homogeneous and defect-free structure with which a high salt retention can be achieved. In the context of the present invention, it has now been found that such membranes are selectively permeable by using a hyperbranched polymer as the reactive component in the preparation of
Polymerschichten erhalten werden können. Gegenstand der Erfindung ist eine Membran umfassend mindestens eine selektiv permeable Polymerschicht, wobei die selektiv permeable Polymer layers can be obtained. The invention relates to a membrane comprising at least one selectively permeable polymer layer, wherein the selectively permeable
Polymerschicht durch Umsetzung eines hyperverzweigten Polymers mit einer mit Endgruppen des hyperverzweigten Polymers reagierenden Verbindung A, die zwei oder mehr reaktive Gruppen aufweist, erhältlich ist. Polymer layer is obtainable by reacting a hyperbranched polymer with a hyperbranched polymer endblocking compound A having two or more reactive groups.
Bevorzugte Ausführungsformen des hyperverzweigten Polymers sowie der Verbindung A werden in späteren Abschnitten dargestellt. Preferred embodiments of the hyperbranched polymer and compound A are shown in later sections.
Unter dem Begriff hyperverzweigtes Polymer werden im Sinne dieser Erfindung Verbindungen verstanden, die in einer einstufigen For the purposes of this invention, the term hyperbranched polymer is understood to mean compounds which are in a single-stage
Polymerisationsreaktion unter Verwendung wenigstens einer Polymerization reaction using at least one
Monomersorte, welche mehr als zwei reaktive funktionelle Gruppen aufweist und dadurch Verzweigungen in das Polymer einführt, gebildet werden können. Type of monomer which has more than two reactive functional groups and thereby introduces branching into the polymer can be formed.
Die genannten Monomere mit mehr als zwei reaktiven funktionellen The monomers mentioned with more than two reactive functional
Gruppen weisen bevorzugt eine Gruppe a und mindestens zwei Gruppen b auf (abx-Monomer mit x>2), wobei a und b miteinander reagieren. Sowohl die Gruppe a als auch die Gruppe b können reversibel blockiert sein. Groups preferably have a group a and at least two groups b (starting from x monomer with x> 2), where a and b react with one another. Both group a and group b may be reversibly blocked.
Weiterhin können die Monomere abx mit x>2 auch in situ aus anderen Bausteinen gebildet werden. Furthermore, the monomers can also be formed in situ from other building blocks starting at x with x> 2.
Die daraus gebildeten Polymere weisen in der Regel genau eine Gruppe a auf. Bei Verwendung von ab2-Monomeren (x=2) weisen die gebildeten Polymere eine Zahl von Gruppen b auf, welche ungefähr der der Zahl der
eingebauten Monomereinheiten entspricht. Diese freien Gruppen b sind über das gesamte Molekül verteilt (befinden sich also im Gegensatz zu Dendrimeren nicht nur außen am Molekül) und werden im Sinne dieser Anmeldung allgemein als Endgruppen bezeichnet. Die hyperverzweigten Polymere sind unregelmäßig verzweigt und polydispers, da sie aus einer Polymerisationsreaktion resultieren, in der grundsätzlich keine vollständige und gleichmäßige Umsetzung aller vorhandenen reaktiven Gruppen erfolgt. Unregelmäßig verzweigt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass neben verzweigten Abschnitten im Polymer auch Sequenzen vorhanden sind, in denen keine Verzweigungen vorhanden sind und die daher linear aufgebaut sind. The polymers formed therefrom usually have exactly one group a. When using ab 2 monomers (x = 2), the polymers formed have a number of groups b, which is approximately equal to the number of built-in monomer units corresponds. These free groups b are distributed over the entire molecule (in contrast to dendrimers, they are not only located outside the molecule) and are generally referred to as end groups in the context of this application. The hyperbranched polymers are irregularly branched and polydisperse, since they result from a polymerization reaction in which there is basically no complete and uniform reaction of all reactive groups present. Irregularly branched means in this context that in addition to branched sections in the polymer sequences are present in which no branches are present and are therefore linearly constructed.
Einen Überblick über Synthese, Eigenschaften und Verwendung hyperverzweigter Polymere gibt beispielsweise der Review-Artikel von C. Gao et al., Prog. Polym. Sei. 29, 2004, 183-275. For an overview of the synthesis, properties and use of hyperbranched polymers, see, for example, the review article by C. Gao et al., Prog. Polym. Be. 29, 2004, 183-275.
Dendrimere werden im Unterschied zu hyperverzweigten Polymeren üblicherweise in einer mehrstufigen Reaktionssequenz ausgehend von einem polyfunktionellen Startmolekül durch schrittweise Kupplung von polyfunktionellen, Verzweigungen einführenden Verbindungen hergestellt. Weiterhin ist im Gegensatz zu dieser divergenten Methode auch eine konvergente Methode zur Herstellung von Dendrimeren bekannt. Dendrimers, unlike hyperbranched polymers, are usually prepared in a multi-step reaction sequence starting from a polyfunctional starter molecule by stepwise coupling of polyfunctional branching-introducing compounds. Furthermore, in contrast to this divergent method, a convergent method for producing dendrimers is also known.
Dendrimere stellen vollständig regelmäßig verzweigte, monodisperse Verbindungen dar. Sie sind somit vom oben definierten Begriff der hyperverzweigten Polymere nicht umfasst. Dendrimers are completely regularly branched, monodisperse compounds. They are thus not included in the above-defined concept of hyperbranched polymers.
Die selektiv permeable Polymerschicht weist bevorzugt eine hohe The selectively permeable polymer layer preferably has a high
Durchlässigkeit für Wassermoleküle auf und eine geringe Durchlässigkeit für im Wasser gelöste Verbindungen, insbesondere für im Wasser gelöste ionische Verbindungen. Dadurch bewirkt die Membran beispielsweise bei der Verwendung in der reversen Osmose eine Verringerung des Gehalts von im Wasser gelösten ionischen Verbindungen. Gegenstand der Erfindung ist somit neben der oben beschriebenen Membran auch die Verwendung der Membran zur Verringerung des Gehalts an gelösten ionischen Verbindungen in Wasser.
Bei der Verwendung zur Entsalzung von Meer- oder Brackwasser bewirkt die Membran insbesondere eine Verringerung des Gehalts an Na+, K+, Ca2+, Mg2+, CI", HC03 " und S04 2", ganz besonders bevorzugt eine Permeability to water molecules and low permeability to dissolved compounds in the water, especially for dissolved in water ionic compounds. As a result, for example, when used in reverse osmosis, the membrane causes a reduction in the content of ionic compounds dissolved in the water. The invention thus in addition to the membrane described above, the use of the membrane to reduce the content of dissolved ionic compounds in water. When used for desalination of sea or brackish water, the membrane in particular causes a reduction in the content of Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl " , HCO 3 " and S0 4 2 " , most preferably one
Verringerung des Gehalts an Na+ und CI". Reduction of Na + and CI content " .
Neben der Verwendung in der reversen Osmose können die erfindungsgemäßen Membranen auch als Nanofiltrationsmembranen verwendet werden, bevorzugt ist jedoch die Verwendung in der reversen Osmose. Wässrige Lösungen, welche mit den erfindungsgemäßen Membranen entsalzt und/oder aufgereinigt werden können, sind insbesondere In addition to use in reverse osmosis, the membranes of the invention can also be used as nanofiltration membranes, but the use in reverse osmosis is preferred. Aqueous solutions which can be desalted and / or purified with the membranes according to the invention are in particular
Meerwasser, Brackwasser, Flusswasser, Abwasser aus Industrie und Haushalten, Brauchwasser aus Industrie und Haushalten sowie Sea water, brackish water, river water, industrial and household wastewater, industrial and household water and industrial water
Süßwasser. Weiterhin ist die Trinkwasseraufbereitung auf Schiffen und in mobilen Einrichtungen möglich. Weiterhin können bei technischen Freshwater. Furthermore, the drinking water treatment on ships and in mobile facilities is possible. Furthermore, in technical
Prozessen anfallende stark salzhaltige Lösungen wie Salzlauge oder metallhaltige Lösungen aufgereinigt bzw. aufkonzentriert werden. Processes obtained are highly saline solutions such as brine or metal-containing solutions purified or concentrated.
Unter Aufreinigung von Wasser wird im Sinne dieser Erfindung die Under purification of water for the purposes of this invention, the
Entfernung von in Wasser gelösten Verbindungen verstanden. Removal of compounds dissolved in water understood.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Membran zur Aufreinigung von Brauch- und Abwasser verwendet. In diesem Fall bewirkt sie neben der Verringerung des Gehalts an gelösten ionischen In a preferred embodiment of the invention, the membrane is used for the purification of industrial and waste water. In this case, in addition to reducing the content of dissolved ionic
Verbindungen eine Verringerung des Gehalts an wasserlöslichen nichtionischen Verbindungen wie zum Beispiel polaren organischen Verbindungen. Zur Aufreinigung von Brauch- und Abwasser werden die erfindungsgemäßen Membranen bevorzugt in Kombination mit Compounds a reduction in the content of water-soluble nonionic compounds such as polar organic compounds. For purification of industrial and waste water membranes of the invention are preferably used in combination with
vorgeschalteten Ultrafiltrations- und/oder Nanofiltrationsmembranen eingesetzt. upstream ultrafiltration and / or nanofiltration membranes used.
In einer weiteren Ausführungsform können die Membranen zur Herstellung von Wasser mit sehr niedrigem Salzgehalt, beispielsweise von weniger als 1 mg/L, für Anwendungen in Industrie, Technik und Forschung verwendet werden (deionisiertes Wasser). Wasser mit sehr niedrigem Salzgehalt
kann beispielsweise durch wiederholte reverse Osmose an den In another embodiment, the membranes may be used to produce very low salt water, for example less than 1 mg / L, for industrial, engineering and research applications (deionized water). Very low salinity water For example, by repeated reverse osmosis to the
erfindungsgemäßen Membranen hergestellt werden. membranes according to the invention are produced.
Die oben beschriebenen verschiedenen Verwendungen der Membran sind neben der Membran selbst ebenfalls Gegenstand der Erfindung. The various uses of the membrane described above are also the subject of the invention in addition to the membrane itself.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung werden zur In one possible embodiment of the invention, the
Aufreinigung von Wasser zwei oder mehr hintereinander angeordnete Membranen eingesetzt. Dadurch kann eine höherer Entsalzungsgrad des Wassers erreicht werden. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Entsalzung durch reverse Osmose an nur einer Membran durchgeführt. Purification of water used two or more consecutively arranged membranes. As a result, a higher degree of desalination of the water can be achieved. In an alternative embodiment of the invention, desalting is carried out by reverse osmosis on only one membrane.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Modul zur Wasserentsalzung umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Membran, wie im Another object of the invention is a module for desalination comprising at least one membrane according to the invention, as in
Folgenden definiert. Bevorzugt ist das Modul zur Wasserentsalzung ausgewählt aus den spiralgewickelten Modulen (spiral wound modules, SWM). Spiralgewickelte Module zeichnen sich bei der Verwendung zur Wasserentsalzung im technischen Maßstab durch folgende Vorteile aus. Sie ermöglichen eine hohe Packungsdichte, d. h. eine große Defined below. Preferably, the water desalination module is selected from spiral wound modules (SWM). Spiral-wound modules are characterized by the following advantages when used for desalination on an industrial scale. They allow a high packing density, d. H. a big
Membranoberfläche bezogen auf das Volumen der Vorrichtung. Mit spiralgewickelten Modulen des Industriestandards können Membrane surface based on the volume of the device. With industry standard spiral wound modules
Packungsdichten von bis zu 1000 m2/m3 erreicht werden. Weiterhin sind spiralgewickelte Module kosteneffizient herstellbar. Der Aufbau von spiralgewickelten Modulen zur Wasserentsalzung ist dem Fachmann auf dem Gebiet der reversen Osmose bekannt. Eine detaillierte Beschreibung bieten unter anderem R. Rautenbach et al., Membranverfahren: Packing densities of up to 1000 m 2 / m 3 can be achieved. Furthermore, spiral wound modules can be produced cost-effectively. The construction of spirally wound modules for desalination of water is known to those skilled in the art of reverse osmosis. A detailed description can be found, inter alia, R. Rautenbach et al., Membrane Processes:
Grundlagen der Modul- und Anlagenaustegung, Springer-Verlag, 2003. Fundamentals of module and system integration, Springer-Verlag, 2003.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die selektiv permeable Polymerschicht eine Dicke von 1 nm bis 10 pm auf, besonders bevorzugt von 5 nm bis 1 pm und ganz besonders bevorzugt von 10 nm bis 100 nm auf. Die selektiv permeable Polymerschicht besteht bevorzugt aus Polyamid, Polyurethan, Polyhamstoff, Polyester und/oder Polyimin, besonders bevorzugt aus Polyamid. Sie kann jedoch auch weitere polymerisierte funktionelle Gruppen enthalten.
Unter einem Polyamid im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden alle Kondensationsprodukte von organischen Aminen und organischen Säuren verstanden, darunter Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Sulfinsäuren, In a preferred embodiment of the invention, the selectively permeable polymer layer has a thickness of 1 nm to 10 μm, particularly preferably from 5 nm to 1 μm and very particularly preferably from 10 nm to 100 nm. The selectively permeable polymer layer preferably consists of polyamide, polyurethane, polyurea, polyester and / or polyimine, particularly preferably polyamide. However, it may also contain other polymerized functional groups. For the purposes of the present application, a polyamide is understood as meaning all condensation products of organic amines and organic acids, including carboxylic acids, sulfonic acids, sulfinic acids,
Phosphorsäuren, Phosphonsäuren und Phosphinsäuren. Bevorzugt wird unter einem Polyamid ein Polycarbonsäureamid verstanden. Phosphoric acids, phosphonic acids and phosphinic acids. A polyamide is preferably understood as meaning a polycarboxylic acid amide.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die selektiv permeable Polymerschicht auf einer Trägerschicht aufgebracht. Die Trägerschicht ist bevorzugt mikroporös oder nanoporös und somit für in Wasser gelöste Substanzen durchlässig. Erfindungsgemäß weist sie eine Dicke von 10 - 200 pm auf, bevorzugt von 15 - 150 pm. Sie kann homogen aufgebaut sein oder aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder Schichten aufgebaut sein. Die Trägerschicht ist erfindungs- gemäß hydrophil und besteht bevorzugt aus einem polymeren Material, besonders bevorzugt aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polysulfone, Poiyethersulfone, Polyamide, Polyethylene, Polypropylene, Polyester, Polyacrylnitrile und Polyvinylidenfluoride. Die erfindungsgemäße Membran kann zusätzlich zu der selektiv In a preferred embodiment of the invention, the selectively permeable polymer layer is applied to a carrier layer. The carrier layer is preferably microporous or nanoporous and thus permeable to substances dissolved in water. According to the invention, it has a thickness of 10-200 μm, preferably 15-150 μm. It can be constructed homogeneously or constructed from several different materials and / or layers. According to the invention, the carrier layer is hydrophilic and preferably consists of a polymeric material, more preferably of a material selected from the group comprising polysulfones, polyethersulfones, polyamides, polyethylenes, polypropylenes, polyesters, polyacrylonitriles and polyvinylidene fluorides. The membrane according to the invention can be used in addition to the selective
permeablen Polymerschicht und der Trägerschicht noch weitere Schichten enthalten. Insbesondere kann die Membran auf eine Schicht aus Textil, Gewebe oder Vlies aufgebracht sein. Membranen mit dem oben genannten Aufbau enthaltend eine aktive selektiv permeable Polymerschicht und eine poröse Trägerschicht werden als Kompositmembranen bezeichnet. Grundlegende Verfahren zu ihrer Herstellung sind dem Fachmann bekannt und sind beispielsweise in US 4277344 offenbart. permeable polymer layer and the carrier layer still contain other layers. In particular, the membrane may be applied to a layer of textile, fabric or non-woven. Membranes having the above structure containing an active selective permeable polymer layer and a porous support layer are referred to as composite membranes. Basic methods for their preparation are known to the person skilled in the art and are disclosed, for example, in US Pat. No. 4,277,344.
Die selektiv permeable Polymerschicht wird erfindungsgemäß durch Umsetzung eines hyperverzweigten Polymers mit einer mit Endgruppen des hyperverzweigten Polymers reagierenden Verbindung A, die zwei oder mehr reaktive Gruppen aufweist, erhalten. Die Verbindung A kann eine niedermolekulare organische Verbindung oder eine polymere Verbindung
darstellen, beispielsweise ein hyperverzweigtes, verzweigtes oder lineares Polymer. Bevorzugt stellt die Verbindung A eine niedermolekulare organische Verbindung dar. The selectively permeable polymer layer is obtained according to the invention by reacting a hyperbranched polymer with a compound A reacting with end groups of the hyperbranched polymer and having two or more reactive groups. The compound A may be a low molecular weight organic compound or a polymeric compound represent, for example, a hyperbranched, branched or linear polymer. Preferably, the compound A is a low molecular weight organic compound.
Unter einer niedermolekularen organischen Verbindung wird im Sinne dieser Anmeldung eine Verbindung verstanden, welche aus einer oder wenigen (2-10) Wiederholeinheiten aufgebaut ist. In the context of this application, a low molecular weight organic compound is understood as meaning a compound which is composed of one or a few (2-10) repeat units.
Unter einer polymeren Verbindung wird entsprechend eine Verbindung verstanden, welche aus vielen (mehr als 11 , bevorzugt mehr als 50) gleichen oder verschiedenen Wiederholeinheiten aufgebaut ist. Dabei wird eine polymere Verbindung als lineares Polymer bezeichnet, wenn sie keine Verzweigungen aufweist. Als verzweigtes Polymer wird A polymeric compound is accordingly understood to mean a compound which is composed of many (more than 11, preferably more than 50) identical or different repeat units. In this case, a polymeric compound is referred to as a linear polymer, if it has no branches. As branched polymer is
entsprechend eine polymere Verbindung bezeichnet, welche correspondingly designates a polymeric compound which
Verzweigungen aufweist. Im engeren Sinne und als Abgrenzung zum oben definierten hyperverzweigten Polymer sowie zum Dendrimer wird als verzweigtes Polymer ein Polymer bezeichnet, welches Verzweigungen aufweist, jedoch nicht von den oben aufgeführten Definitionen eines hyperverzweigten Polymers und eines Dendrimers umfasst ist. in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch dieBranching has. In the strict sense, and as a distinction from the above-defined hyperbranched polymer as well as the dendrimer, the branched polymer is a polymer which has branches, but is not included in the above-mentioned definitions of a hyperbranched polymer and a dendrimer. in a preferred embodiment of the invention is characterized by the
Reaktion der Verbindung A mit den Endgruppen der hyperverzweigten Polymermoleküle ein Polymernetzwerk gebildet. Reaction of compound A with the end groups of hyperbranched polymer molecules formed a polymer network.
Unter der Bezeichnung Polymernetzwerk wird dabei ein verzweigtes Polymer verstanden, in dem die einzelnen Ketten mehrfach untereinander verknüpft sind. The term polymer network is understood to mean a branched polymer in which the individual chains are repeatedly linked to one another.
Die Reaktion der Verbindung A bewirkt dabei sowohl, dass mehrere unterschiedliche hyperverzweigte Polymermoleküle miteinander kovalent verbunden werden (intermolekulare Vernetzungsreaktion), als auch, dass die hyperverzweigten Polymermoleküle in sich vernetzt werden In this case, the reaction of the compound A brings about the fact that several different hyperbranched polymer molecules are covalently bonded to one another (intermolecular crosslinking reaction), as well as that the hyperbranched polymer molecules are crosslinked in themselves
(intramolekulare Vernetzungsreaktion). (intramolecular crosslinking reaction).
Es können neben der Verbindung A noch weitere Verbindungen It can in addition to the compound A more compounds
zusammen mit Verbindung A eingesetzt werden, welche mit Endgruppen
des hyperverzweigten Polymers reagieren. Diese Verbindungen können kleine Moleküle oder Polymere, beispielsweise hyperverzweigte, verzweigte oder lineare Polymere, darstellen. used together with compound A, which end groups of the hyperbranched polymer. These compounds may be small molecules or polymers, for example hyperbranched, branched or linear polymers.
Weiterhin kann die selektiv permeable Polymerschicht auch durch Furthermore, the selectively permeable polymer layer can also by
Umsetzung von mehreren unterschiedlichen hyperverzweigten Polymeren mit der Verbindung A erhalten werden. Weiterhin können auch Reaction of several different hyperbranched polymers with the compound A can be obtained. You can also continue
Mischungen aus einem oder mehreren hyperverzweigten Polymeren mit linearen oder verzweigten Polymeren und/oder niedermolekularen Mixtures of one or more hyperbranched polymers with linear or branched polymers and / or low molecular weight
Verbindungen eingesetzt werden. Connections are used.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die selektiv permeable In a preferred embodiment, the selectively permeable
Polymerschicht durch Umsetzung von nicht mehr als zwei Polymer layer by reaction of not more than two
unterschiedlichen hyperverzweigten Polymeren erhalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die selektiv permeable Polymerschicht durch Umsetzung genau einer Art hyperverzweigtenobtained different hyperbranched polymers. In a particularly preferred embodiment, the selectively permeable polymer layer is hyperbranched by reacting exactly one type
Polymers enthalten, d.h. durch Umsetzung von gleichen hyperverzweigten Polymeren. Contain polymers, i. by reaction of the same hyperbranched polymers.
Unter dem Begriff unterschiedliches hyperverzweigtes Polymer soll im Sinne dieser Anmeldung verstanden werden, dass das betreffende hyperverzweigte Polymer aus Monomeren erhalten wird, bei denen mindestens ein Monomer eine andere Struktur aufweist als im zu vergleichenden ursprünglichen Polymer, oder es soll im Sinne dieser Anmeldung darunter verstanden werden, dass das Polymer unter anderen Reaktionsbedingungen gebildet wurde, beispielsweise mit einer anderen Stöchiometrie der Ausgangsverbindungen oder mit einer anderweitig abweichenden Reaktionsführung. Liegt keiner der oben genannten Fälle vor, d.h. wurde das Polymer aus gleichen Ausgangsverbindungen und unter gleichen Reaktionsbedingungen gebildet, wird in der vorliegenden Anmeldung das betreffende Polymer als gleiches hyperverzweigtes Polymer verstanden. For the purposes of this application, the term "different hyperbranched polymer" is to be understood as meaning that the hyperbranched polymer in question is obtained from monomers in which at least one monomer has a different structure than in the original polymer to be compared, or it should be understood in the context of this application in that the polymer was formed under different reaction conditions, for example with a different stoichiometry of the starting compounds or with a different reaction procedure. If none of the above cases exists, i. If the polymer was formed from the same starting compounds and under the same reaction conditions, in the present application the polymer in question is understood to be the same hyperbranched polymer.
Die Umsetzung des hyperverzweigten Polymers mit einer mit Endgruppen des hyperverzweigten Polymers reagierenden Verbindung A ist bevorzugt
eine Grenzflächenpolymerisationsreaktion, ganz besonders bevorzugt eine Grenzflächenpolykondensationsreaktion. The reaction of the hyperbranched polymer with a compound A reacting with end groups of the hyperbranched polymer is preferred an interfacial polymerization reaction, most preferably an interfacial polycondensation reaction.
Die Umsetzung ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass sich einer der beiden Reaktanten, entweder das hyperverzweigte Polymer oder die Verbindung A, in wässriger Lösung befindet und der jeweils andere Reaktant sich in organischer Lösung befindet oder einen The reaction is preferably characterized in that one of the two reactants, either the hyperbranched polymer or the compound A, is in aqueous solution and the other reactant is in organic solution or one
wasserunlöslichen, bevorzugt flüssigen Reinstoff darstellt. Die wässrige Lösung und die organische Lösung sind dabei unter den gegebenen Bedingungen kaum oder gar nicht miteinander mischbar, so dass sich eine Phasengrenze ausbildet. Die beiden Lösungen werden in einem folgenden Abschnitt als Lösung L1 und Lösung L2 bezeichnet. water-insoluble, preferably liquid pure substance represents. The aqueous solution and the organic solution are barely miscible with each other under the given conditions, so that a phase boundary is formed. The two solutions are referred to in a following section as solution L1 and solution L2.
Typischerweise bildet sich bei der oben beschriebenen Grenzflächen- polymerisationsreaktion, wie dem Fachmann bekannt ist und unter anderem in E. L. Wittbecker, P. W. Morgan, S. L. Kwolek, J. Pol. Sei. Typically, in the above-described interfacial polymerization reaction, as is known to those skilled in the art, inter alia, E.W. Wittbecker, P.W. Morgan, S.L. Kwolek, J. Pol. Be.
1959, 40, 289-297 und P. W. Morgan, S. L. Kwolek, J. Pol. Sei. 1959, 40, 299-327 beschrieben ist, eine dünne Polymerschicht an der Grenze zwischen den beiden Phasen. Es ist weiterhin allgemein erfindungsgemäß bevorzugt, dass das hyperverzweigte Polymer in wässriger Lösung vorliegt. Die Löslichkeit der Komponenten der wässrigen Lösung kann durch geeignete Maßnahmen wie zum Beispiel eine Anpassung des pH-Werts erreicht werden sowie durch die Zugabe von lösungsvermittelnden Zusatzstoffen. 1959, 40, 289-297 and P.W. Morgan, S.L. Kwolek, J. Pol. Be. 1959, 40, 299-327, a thin polymer layer at the boundary between the two phases. It is furthermore generally preferred according to the invention for the hyperbranched polymer to be present in aqueous solution. The solubility of the components of the aqueous solution can be achieved by suitable measures such as an adjustment of the pH and by the addition of solubilizing additives.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung befindet sich das hyperverzweigte Polymer in organischer Lösung. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass das hyperverzweigte Polymer Endgruppen aufweist, die mit Aminen reagieren, wie zum Beispiel Isocyanate, Carbonsäureester oder Carbonsäurechloride. Diese Endgruppen sind hydrophob und beeinträchtigen die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln nicht. Es können zusätzlich Gruppen als Substituenten eingesetzt werden, die die Löslichkeit in organischen Lösemitteln weiter verbessern, wie z. B. Alkyl- ketten.
ln einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in einer Variante der Grenzflächenpolymerisationsreaktion die Verbindung A im gasförmigen Zustand zur Reaktion gebracht. Das hyperverzweigte Polymer befindet sich in diesem Fall in Lösung, bevorzugt in wässriger Lösung. Es ist weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt, dass das hyperverzweigte Polymer in Lösung zusammen mit einer weiteren Verbindung B in der Umsetzung eingesetzt wird, wobei sowohl das hyperverzweigte Polymer als auch die Verbindung B mit der Verbindung A reagieren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden das In an alternative embodiment of the invention, the hyperbranched polymer is in organic solution. In this case, it is preferred that the hyperbranched polymer has end groups that react with amines, such as isocyanates, carboxylic acid esters or carboxylic acid chlorides. These end groups are hydrophobic and do not affect the solubility in organic solvents. In addition, groups may be used as substituents which further improve the solubility in organic solvents, such as. B. alkyl chains. In a further embodiment of the invention, in a variant of the interfacial polymerization reaction, the compound A is reacted in the gaseous state. The hyperbranched polymer is in this case in solution, preferably in aqueous solution. It is further preferred according to the invention that the hyperbranched polymer is used in solution together with another compound B in the reaction, wherein both the hyperbranched polymer and the compound B react with the compound A. In a particularly preferred embodiment, the
hyperverzweigte Polymer und die Verbindung B in einem Verhältnis der Massenanteile in Lösung von 100:1 bis 1:100 eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt ist ein Verhältnis der Massenanteile von 20:1 bis 1:20. Bevorzugte Ausführungsformen der Verbindung B werden in späteren Abschnitten dargestellt. hyperbranched polymer and the compound B in a ratio of the mass fractions in solution of 100: 1 to 1: 100 used. Very particularly preferred is a ratio of the mass fractions of 20: 1 to 1:20. Preferred embodiments of compound B will be shown in later sections.
Im Folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Membranen beschrieben werden. In the following, preferred embodiments of the method for producing the membranes of the invention are described.
In einer solchen bevorzugten Ausführungsform werden mindestens zwei Lösungen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Membranen eingesetzt, eine Lösung L1 und eine Lösung L2. Mindestens eine der beiden In such a preferred embodiment, at least two solutions are used for the preparation of the membranes according to the invention, a solution L1 and a solution L2. At least one of the two
Lösungen L1 und L2 enthält ein hyperverzweigtes Polymer. Weiterhin enthält mindestens eine der beiden Lösungen eine Verbindung A, wobei die Verbindung A und das hyperverzweigte Polymer, mit dem die Solutions L1 and L2 contains a hyperbranched polymer. Furthermore, at least one of the two solutions contains a compound A, wherein the compound A and the hyperbranched polymer with which the
Verbindung A reagiert, sich jeweils in einer unterschiedlichen Lösung befinden. Die Lösung L1 stellt eine wässrige Lösung dar und enthält daher bevorzugt Verbindungen mit guter Wasserlöslichkeit. Die Lösung L1 umfasst zumindest eine Verbindung enthaltend funktionelle Gruppen G1. Diese Verbindung kann ein hyperverzweigtes Polymer, ein lineares oder verzweigtes Polymer sowie eine niedermolekulare Verbindung darstellen.
Die Lösung L2 stellt eine organische Lösung dar und enthält daher bevorzugt Verbindungen mit guter Löslichkeit in organischen Compound A responds, each in a different solution. The solution L1 is an aqueous solution and therefore preferably contains compounds with good water solubility. The solution L1 comprises at least one compound containing functional groups G1. This compound may be a hyperbranched polymer, a linear or branched polymer, and a low molecular weight compound. The solution L2 represents an organic solution and therefore preferably contains compounds with good solubility in organic
Lösungsmitteln. Die Lösung L2 umfasst zumindest eine Verbindung enthaltend funktionelle Gruppen G2. Diese Verbindung kann ein hyperverzweigtes Polymer, ein lineares oder verzweigtes Polymer sowie eine niedermolekulare Verbindung darstellen. Solvents. The solution L2 comprises at least one compound containing functional groups G2. This compound may be a hyperbranched polymer, a linear or branched polymer, and a low molecular weight compound.
Erfindungsgemäß reagieren die funktionellen Gruppen G1 und die funktionellen Gruppen G2 in der Umsetzung, in der die selektiv permeable Polymerschicht gebildet wird, miteinander, wobei die Verbindungen enthaltend diese Gruppen miteinander verknüpft werden. Es können jedoch auch weitere chemische Gruppen neben den funktionellen According to the invention, the functional groups G1 and the functional groups G2 in the reaction in which the selectively permeable polymer layer is formed react with one another, the compounds containing these groups being linked to one another. However, there may be other chemical groups in addition to the functional
Gruppen G1 und G2 in der Umsetzung, in der die selektiv permeable Polymerschicht gebildet wird, miteinander reagieren. Bevorzugt stellen die funktionellen Gruppen G1 Gruppen dar, welche sich in wässrigem Lösungsmittel lösen, beispielsweise Amine, Alkoholgruppen oder freie Carbonsäuren. Groups G1 and G2 in the reaction in which the selectively permeable polymer layer is formed, react with each other. The functional groups G1 preferably represent groups which dissolve in an aqueous solvent, for example amines, alcohol groups or free carboxylic acids.
Bevorzugt stellen die funktionellen Gruppen G2 Gruppen dar, welche sich jn organischen Lösungsmitteln lösen, wie zum Beispiel Isocyanate, Carbonsäureester, Carbonsäurechloride oder Thiole. The functional groups G 2 are preferably groups which dissolve in organic solvents, for example isocyanates, carboxylic esters, carboxylic acid chlorides or thiols.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lösung L1 ein hyperverzweigtes Polymer enthaltend funktionelle Gruppen G1 als Endgruppen sowie wahlweise eine oder mehrere Verbindungen B, welche bevorzugt funktionelle Gruppen G1 enthalten. Das Vorhandensein einer oder mehrerer Verbindungen B in der Lösung L1 stellt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Weiterhin kann die Lösung L1 wahlweise ein oder mehrere weitere Polymere enthalten, welche linear, verzweigt oder hyperverzweigt sein können. Weiterhin können weitere niedermolekulare Verbindungen in der Lösung L1 enthalten sein. In a preferred embodiment, the solution L1 comprises a hyperbranched polymer containing functional groups G1 as end groups and optionally one or more compounds B, which preferably contain functional groups G1. The presence of one or more compounds B in the solution L1 constitutes a particularly preferred embodiment of the invention. Furthermore, the solution L1 may optionally contain one or more further polymers, which may be linear, branched or hyperbranched. Furthermore, further low molecular weight compounds may be contained in the solution L1.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lösung L2 eine Verbindung A enthaltend funktionelle Gruppen G2 sowie wahlweise
ein oder mehrere Polymere, welche linear, verzweigt oder hyperverzweigt sein können. Weiterhin können zusätzliche niedermolekulare In a likewise preferred embodiment, the solution L2 comprises a compound A containing functional groups G2 and optionally one or more polymers which may be linear, branched or hyperbranched. Furthermore, additional low molecular weight
Verbindungen enthalten sein. Be contained compounds.
Sowohl die Lösung L1 als auch die Lösung L2 können wahlweise ein oder mehrere Additive, wie zum Beispiel Tenside oder lösevermittelnde Stoffe, beispielsweise DMSO oder Camphersulfonsäure, enthalten. Both solution L1 and solution L2 may optionally contain one or more additives, such as surfactants or solubilizers, for example, DMSO or camphorsulfonic acid.
Durch die Zugabe von lösevermittelnden Zusatzstoffen wird die By the addition of solubilizing additives is the
Vermischung der wässrigen und der organischen Phase an der Mixing of the aqueous and the organic phase at the
Grenzschicht erleichtert, wodurch die Grenzflächenreaktion rascher und in einem ausgedehnteren Bereich stattfindet. Facilitated boundary layer, whereby the interface reaction takes place more rapidly and in a wider range.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die selektiv permeable Polymerschicht dadurch hergestellt, dass In a particularly preferred embodiment of the invention, the selectively permeable polymer layer is produced by
a) eine Lösung des hyperverzweigten Polymers auf eine beliebige a) a solution of the hyperbranched polymer to any
Substratschicht aufgebracht wird und anschließend Substrate layer is applied and then
b) die mit der Lösung des hyperverzweigten Polymers beschichtete b) coated with the hyperbranched polymer solution
Substratschicht mit einer Verbindung A, welche sich in Lösung, in flüssiger Form oder in der Gasphase befinden kann, in Kontakt gebracht wird, wobei die Verbindung A mit Endgruppen des Substrate layer with a compound A, which may be in solution, in liquid form or in the gas phase, is brought into contact, wherein the compound A with end groups of
hyperverzweigten Polymers reagiert. hyperbranched polymer reacts.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die selektiv permeable Polymerschicht dadurch hergestellt, dass In an alternative embodiment of the invention, the selectively permeable polymer layer is prepared by
a) eine Lösung enthaltend eine Verbindung A auf eine beliebige a) a solution containing a compound A to any one
Substratschicht aufgebracht wird und anschließend Substrate layer is applied and then
b) die mit der Lösung enthaltend eine Verbindung A beschichtete b) coated with the solution containing a compound A.
Substratschicht mit einer Lösung enthaltend ein hyperverzweigtes Polymer in Kontakt gebracht wird, wobei die Verbindung A mit Substrate layer with a solution containing a hyperbranched polymer is brought into contact, wherein the compound A with
Endgruppen des hyperverzweigten Polymers reagiert. End groups of the hyperbranched polymer reacts.
Bevorzugt ist in beiden Fällen die in a) verwendete Lösung einen wässrige Lösung und die in b) verwendete Lösung eine organische Lösung.
Unter Substratschicht wird im Sinne dieser Erfindung eine beliebige Schicht aus festen Material verstanden. Bevorzugt wird darunter eine wasserdurchlässige dünne Schicht verstanden, stärker bevorzugt eine mikro- oder nanoporöse Polymerschicht. Noch stärker bevorzugt stellt die Substratschicht die wie oben definierte Trägerschicht der Membran dar. In both cases, the solution used in a) is preferably an aqueous solution and the solution used in b) is an organic solution. Substrate layer is understood within the meaning of this invention to mean any layer of solid material. This is preferably understood to mean a water-permeable thin layer, more preferably a microporous or nanoporous polymer layer. Even more preferably, the substrate layer is the carrier layer of the membrane as defined above.
Neben der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind auch weitere Varianten des Verfahrens erfindungsgemäß und von der vorliegenden Anmeldung umfasst. Dazu zählt beispielsweise die In addition to the preferred embodiment shown here, other variants of the method according to the invention and of the present application are included. This includes, for example, the
Umsetzung des hyperverzweigten Polymers mit der Verbindung A zu einer selektiv permeablen Polymerschicht in Abwesenheit einer Substratschicht und/oder die Verwendung von zwei organischen Lösungmitteln, welche eine Phasengrenze ausbilden, anstelle von einem organischen Reaction of the hyperbranched polymer with the compound A to form a selectively permeable polymer layer in the absence of a substrate layer and / or the use of two organic solvents which form a phase boundary instead of an organic one
Lösungsmittel und einer wäßrigen Lösung. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in einem ersten Schritt die Substratschicht mit einer Lösung einer niedermolekularen Verbindung beschichtet, welche in der Lage ist, mit der Verbindung A zu reagieren. Die bevorzugten Ausführungsformen der oben genannten niedermolekularen Verbindung entsprechen den unten aufgeführten bevorzugten Ausführungsformen der Verbindung B. In einem zweiten Schritt wird die Substratschicht mit einer Lösung der Verbindung A in Kontakt gebracht, wobei eine Reaktion zwischen der niedermolekularen Verbindung und der Verbindung A stattfindet, bevorzugt eine Solvent and an aqueous solution. In a further embodiment of the invention, in a first step, the substrate layer is coated with a solution of a low molecular weight compound which is capable of reacting with the compound A. The preferred embodiments of the above-mentioned low molecular weight compound correspond to the below-mentioned preferred embodiments of the compound B. In a second step, the substrate layer is contacted with a solution of the compound A, whereby a reaction takes place between the low molecular weight compound and the compound A, preferably one
Grenzflächenpolymerisationsreaktion. In einem dritten Schritt wird eine Lösung enthaltend ein hyperverzweigtes Polymer aufgetragen, und die Membran wird anschließend in einem vierten Schritt mit einer Lösung enthaltend die Verbindung A in Kontakt gebracht, wobei eine Reaktion zwischen den Endgruppen des hyperverzweigten Polymers und der Verbindung A stattfindet, bevorzugt eine Grenzflächenpolymerisations- reaktion. Interfacial polymerization reaction. In a third step, a solution containing a hyperbranched polymer is applied, and the membrane is then contacted in a fourth step with a solution containing the compound A, wherein a reaction takes place between the end groups of the hyperbranched polymer and the compound A, preferably one Interfacial polymerization reaction.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung finden der dritte und der vierte Schritt wie oben beschrieben ohne vorherige Durchführung des ersten und zweiten Schrittes statt, wobei die Lösungen direkt auf die selektiv permeable Polymerschicht einer Membran aufgetragen werden.
Diese Membran kann eine reverse-Osmose-Membran, eine According to a further embodiment of the invention, the third and the fourth steps take place as described above without first performing the first and second steps, wherein the solutions are applied directly to the selectively permeable polymer layer of a membrane. This membrane can be a reverse osmosis membrane, a
Nanofiltrationsmembran oder eine Ultrafiltrationsmembran darstellen. Represent nanofiltration membrane or an ultrafiltration membrane.
Das oben dargestellte Verfahren stellt eine Nachbehandlung einer The process presented above provides a post-treatment of a
Membran durch Aufbringen einer zusätzlichen selektiv permeablen Schicht dar, beispielsweise um Eigenschaften der Membran wie ihren Salzrückhalt und/oder ihre Selektivität oder Haltbarkeit zu modifizieren. Ein solches Nachbehandlungsverfahren ist explizit Gegenstand der vorliegenden Erfindung. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind im oben Membrane by applying an additional selectively permeable layer, for example, to modify properties of the membrane such as its salt retention and / or their selectivity or durability. Such a post-treatment process is explicitly the subject of the present invention. In a further embodiment of the invention are in the above
beschriebenen vierschrittigen Verfahren der dritte und vierte Schritt jeweils mit dem ersten und zweiten Schritt wie oben definiert vertauscht, so dass zunächst der dritte, dann der vierte, dann der erste und dann der zweite Schritt, wie oben definiert, aufeinander folgen. the four-step method described above, the third and fourth step are respectively interchanged with the first and second step as defined above, so that first the third, then the fourth, then the first and then the second step, as defined above, follow one another.
Weiterhin stellt auch ein drei-, fünf-, sechs- oder mehrschrittiges Verfahren analog zu den oben beschriebenen Verfahren eine mögliche Furthermore, a three-, five-, six- or multi-step process analogous to the methods described above is a possible
Ausführungsform im Rahmen dieser Erfindung dar, ebenso wie Verfahren, in denen die oben genannten Schritte in beliebiger anderer sinnvoller Reihenfolge ausgeführt werden. Embodiment in the context of this invention, as well as methods in which the above steps are performed in any other reasonable order.
Die vorangehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Membran umfassend eine selektiv permeable Polymerschicht sind ebenfalls The above-described methods for producing the membrane comprising a selectively permeable polymer layer are also
Gegenstand der Erfindung. Subject of the invention.
Allgemeine Verfahren zur Herstellung von hyperverzweigten Polymeren sind dem Fachmann bekannt. Eine Übersicht bieten unter anderem General processes for the preparation of hyperbranched polymers are known to the person skilled in the art. An overview offer among other things
C. Gao et al., Prog. Polym. Sei. 29, 2004, 183-275. Das hyperverzweigte Polymer stellt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Polyamid, ein Polyurethan, einen Polyhamstoff, ein Polyimin, einen Polyether oder einen Polyester dar, besonders bevorzugt ein Polyamid. Das Polyamid kann ein Polycarbonsäureamid, C. Gao et al., Prog. Polym. Be. 29, 2004, 183-275. The hyperbranched polymer in a preferred embodiment of the invention is a polyamide, a polyurethane, a polyurea, a polyimine, a polyether or a polyester, more preferably a polyamide. The polyamide may be a polycarboxylic acid amide,
Polysulfonsäureamid, Polysulfinsäureamid, Polyphosphorsäureamid,
Polyphosphonsäureamid oder Polyphosphinsäureamid darstellen. Dabei ist es bevorzugt, dass das Polyamid ein Polycarbonsäureamid darstellt. Polysulfonic acid amide, polysulfinic acid amide, polyphosphoric acid amide, Polyphosphonsäureamid or Polyphosphinsäureamid represent. It is preferred that the polyamide is a polycarboxylic acid amide.
Das hyperverzweigte Polymer enthält weiterhin bevorzugt als The hyperbranched polymer further preferably contains
Wiederholeinheiten aromatische Verbindungen. Besonders bevorzugt enthält das hyperverzweigte Polymer aromatische Ringe, welche mit einer oder mehreren, bevorzugt mehreren, elektronenziehenden Gruppen substituiert sind, darunter besonders bevorzugt Fluor, Chlor, Brom, Repeat units aromatic compounds. The hyperbranched polymer particularly preferably contains aromatic rings which are substituted by one or more, preferably a plurality of, electron-withdrawing groups, particularly preferably fluorine, chlorine, bromine,
Carbonsäurederivate und Sulfonsäurederivate. Unter einer elektronenziehenden Gruppe wird im Sinne dieser Erfindung eine funktionelle Gruppe oder ein Substituent verstanden, welcher einen negativen induktiven und/oder mesomeren Effekt (-I und/ oder -M-Effekt) ausübt und dadurch die Elektronendichte des aromatischen Rings, an den er bindet, herabsetzt. Carboxylic acid derivatives and sulfonic acid derivatives. For the purposes of this invention, an electron-withdrawing group is understood as meaning a functional group or a substituent which exerts a negative inductive and / or mesomeric effect (-I and / or M effect) and thereby the electron density of the aromatic ring to which it binds , degrades.
Das hyperverzweigte Polymer enthält bevorzugt Endgruppen ausgewählt aus Carbonsäuren, Carbonsäurehalogeniden, Carbonsäureanhydriden, Carbonsäurethioestern, Carbonsäureestern, Isocyanaten, Isothiocyanaten, Carbamaten, Chloroformiaten, Sulfonsäurehalogeniden, Sulfonsäuren, Sulfinsäurehalogeniden, Sulfinsäuren, Phosphorsäurehalogeniden, Phosphorsäuren, Phosphonsäurehalogeniden, Phosphonsäuren, The hyperbranched polymer preferably contains end groups selected from carboxylic acids, carboxylic acid halides, carboxylic acid anhydrides, carboxylic acid thioesters, carboxylic acid esters, isocyanates, isothiocyanates, carbamates, chloroformates, sulfonic acid halides, sulfonic acids, sulfinic acid halides, sulfinic acids, phosphoric acid halides, phosphoric acids, phosphonic acid halides, phosphonic acids,
Phosphinsäurehalogeniden, Phosphinsäuren, Alkoholen, Aminen und Thiolen. Besonders bevorzugt sind Carbonsäurehalogenide, Phosphinic acid halides, phosphinic acids, alcohols, amines and thiols. Particular preference is given to carboxylic acid halides,
Carbonsäureanhydride, Carbonsäureester, Alkohole und Amine, darunter ganz besonders bevorzugt Carbonsäurehalogenide und Amine. Carboxylic acid anhydrides, carboxylic acid esters, alcohols and amines, including very particularly preferably carboxylic acid halides and amines.
Unter dem Begriff Endgruppen werden im Sinne dieser Anmeldung funktionelle Gruppen eines Polymers verstanden, welche nach der For the purposes of this application, the term end groups is understood as meaning functional groups of a polymer which, according to the
Polymerisation über das gesamte Molekül verteilt vorhanden sind. Polymerization distributed throughout the molecule are present.
Insbesondere werden unter dem Begriff der Endgruppen des Polymers hier diejenigen Gruppen b eines in der Polymerisationsreaktion In particular, by the term of the end groups of the polymer herein are those groups b of one in the polymerization reaction
eingesetzten Monomerbausteins ab2 verstanden, die in der understood monomer units from 2 understood in the
Polymerisationsreaktion nicht reagiert haben.
Das hyperverzweigte Polymer enthält bevorzugt eine Art von Endgruppen oder zwei unterschiedliche Endgruppen. Es kann aber auch mehr als zwei unterschiedliche Endgruppen enthalten. Bevorzugt enthält es eine, zwei oder drei unterschiedliche Endgruppen, besonders bevorzugt eine oder zwei unterschiedliche Endgruppen. Polymerization reaction did not react. The hyperbranched polymer preferably contains one type of end groups or two different end groups. It can also contain more than two different end groups. It preferably contains one, two or three different end groups, more preferably one or two different end groups.
Durch nachträgliche Funktionalisierung kann die chemische Funktionalität einer Endgruppe in eine andere chemische Funktionalität umgewandelt werden. Auf diese Weise können neue, vorher nicht vorhandene funktionelle Gruppen als Endgruppen eingeführt werden. Beispielsweise kann eine Carbonsäurefunktion in eine Carbonsäureesterfunktion oder Carbonsäurechloridfunktion umgewandelt werden. Geeignete Verfahren dazu sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Polymerchemie bekannt. Subsequent functionalization can transform the chemical functionality of one end group into another chemical functionality. In this way, new, previously non-existent functional groups can be introduced as end groups. For example, a carboxylic acid function can be converted to a carboxylic ester function or carboxylic acid chloride function. Suitable methods are known to those skilled in the art of polymer chemistry.
Das hyperverzweigte Polymer ist aus einer Polymerisationsreaktion von einem oder mehreren unterschiedlichen Monomeren erhältlich. In einer bevorzugten Ausführungsform ist es aus einer Polymerisationsreaktion von einem Monomer erhältlich. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es aus einer Polymerisationsreaktion von zwei unterschiedlichen Monomeren erhältlich. The hyperbranched polymer is obtainable from a polymerization reaction of one or more different monomers. In a preferred embodiment, it is obtainable from a polymerization reaction of a monomer. In a further preferred embodiment, it is obtainable from a polymerization reaction of two different monomers.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das In a preferred embodiment of the invention that is
hyperverzweigte Polymer entweder aus einer Polymerisationsreaktion von gleichen Monomeren der Formel (I) Z(NHR1)n(X)m hyperbranched polymer either from a polymerization reaction of the same monomers of the formula (I) Z (NHR 1 ) n (X) m
Formel (I), erhältlich, oder das hyperverzweigte Polymer ist aus einer Formula (I), available, or the hyperbranched polymer is from a
Polymerisationsreaktion von unterschiedlichen Monomeren der Formel (II) Polymerization reaction of different monomers of the formula (II)
Z(NHR1)0(X)p Z (NHR 1 ) 0 (X) p
Formel (II)
erhältlich, wobei für die auftretenden Symbole und Indices gilt: Formula (II) available, whereby the following applies for the occurring symbols and indices:
Z ist eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkylgruppe mit 3 bis 20 C-Atomen oder eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 20 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch Z is a straight-chain alkyl group having 1 to 20 C atoms or a branched or cyclic alkyl group having 3 to 20 C atoms or an alkenyl or alkynyl group having 2 to 20 C atoms, each of which is substituted by one or more R 2 radicals can, wherein one or more non-adjacent CH 2 groups by
R2C=CR2, CEC, Si(R2)2, C=0, C=S, C=NR2, P(=0)(R2), SO, SO2, NR2, O, S, COO oder CONR2 ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch D, F, Cl, Br, I, CN oder NO2 ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 30 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R2 substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Gruppen; R 2 C = CR 2 , CEC, Si (R 2 ) 2 , C = O, C = S, C = NR 2 , P (= O) (R 2 ), SO, SO 2 , NR 2 , O, S , COO or CONR 2 may be replaced and wherein one or more H atoms may be replaced by D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 , or an aromatic or heteroaromatic ring system having 5 to 30 aromatic ring atoms, each may be substituted by one or more radicals R 2 , or a combination of these groups;
R1 ist bei jedem Auftreten gleich oder verschieden H, D, F, Cl, Br, I, CN oder NO2 oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen oder eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 20 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere CH2-Gruppen durch Si(R2)2, C=O, C=S, C=NR2, P(=O)(R2), SO, SO2, NR2, O, S, COO oder CONR2 ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch D, F, Cl, Br, I, CN oder NO2 ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 30 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R2 substituiert sein kann; R 1 is the same or different at each occurrence, H, D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or an alkenyl or alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, the each may be substituted with one or more radicals R 2 , wherein one or more CH 2 groups by Si (R 2 ) 2 , C = O, C = S, C = NR 2 , P (= O) (R 2 ) , SO, SO 2 , NR 2 , O, S, COO or CONR 2 may be replaced and wherein one or more H atoms may be replaced by D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 , or an aromatic or heteroaromatic ring system having 5 to 30 aromatic ring atoms, each of which may be substituted by one or more radicals R 2 ;
R2 ist bei jedem Auftreten gleich oder verschieden H oder ein R 2 is the same or different H or one at each occurrence
aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer organischer Rest mit 1 bis 20 C-Atomen; aliphatic, aromatic and / or heteroaromatic organic radical having 1 to 20 C atoms;
X ist bei jedem Auftreten gleich oder verschieden eine beliebige X is the same or different at each occurrence
Gruppe, welche sich mit Aminogruppen in einer Kondensationsoder Additionsreaktion verbindet, bevorzugt eine Carbonsäure, ein Carbonsäurehalogenid, ein Carbonsäureanhydrid, ein A group which combines with amino groups in a condensation or addition reaction preferably a carboxylic acid, a carboxylic acid halide, a carboxylic acid anhydride
Carbonsäurethioester, ein Carbonsäureester, ein Isocyanat, ein
Isothiocyanat, ein Chloroformiat, ein Sulfonsäurehalogenid, ein Sulfinsäurehalogenid, ein Phosphorsäurehalogenid, ein Carboxylic thioester, a carboxylic acid ester, an isocyanate, a Isothiocyanate, a chloroformate, a sulfonic acid halide, a sulfinic acid halide, a phosphoric acid halide
Phosphonsäurehalogenid oder ein Phosphinsäurehalogenid; einen Wert von 1 bis 5 aufweist, wobei n+m einen Wert von 3 bis 6 aufweist; einen Wert von 1 bis 5 aufweist, wobei n+m einen Wert von 3 bis 6 aufweist; einen Wert von 0 bis 6 aufweist, wobei o+p einen Wert von 1 bis 6 aufweist; p einen Wert von 0 bis 6 aufweist, wobei o+p einen Wert von 1 bis 6 aufweist; und wobei für mindestens eines der Monomere der Formel (II) gelten muss, dass o+p einen Wert von 3 bis 6 aufweist. Phosphonic acid halide or a phosphinic acid halide; has a value of 1 to 5, where n + m has a value of 3 to 6; has a value of 1 to 5, where n + m has a value of 3 to 6; has a value of 0 to 6, wherein o + p has a value of 1 to 6; p has a value of 0 to 6, wherein o + p has a value of 1 to 6; and wherein for at least one of the monomers of the formula (II) it must hold that o + p has a value of 3 to 6.
Unter einem aromatischen oder heteroaromatischen Ringsystem im Sinne der vorliegenden Anmeldung soll ein System verstanden werden, das nicht notwendigerweise nur Aryl- oder Heteroarylgruppen enthält, sondern in dem auch mehrere Aryl- oder Heteroarylgruppen durch eine nichtaromatische Einheit (bevorzugt weniger als 10 % der von H verschiedenen Atome), wie z. B. ein sp3-hybridisiertes C-, Si-, N- oder O-Atom, ein sp2- hybridisiertes C- oder N-Atom oder ein sp-hybridisiertes C-Atom, verbunden sein können. Weiterhin werden auch Systeme, in denen zwei oder mehr Aryl- oder Heteroarylgruppen über Einfachbindungen For the purposes of the present application, an aromatic or heteroaromatic ring system is to be understood as meaning a system which does not necessarily contain only aryl or heteroaryl groups, but in which several aryl or heteroaryl groups are also replaced by a nonaromatic moiety (preferably less than 10% of that other than H. Atoms), such as. As an sp 3 -hybridized C, Si, N or O atom, a sp 2 - hybridized C or N atom or a sp-hybridized carbon atom, may be connected. Furthermore, systems in which two or more aryl or heteroaryl groups via single bonds
miteinander verknüpft sind, als aromatische oder heteroaromatische Ringsysteme im Sinne dieser Erfindung verstanden, wie beispielsweise Systeme wie Biphenyl, Terphenyl oder Diphenyltriazin. are linked together, as aromatic or heteroaromatic ring systems for the purposes of this invention understood, such as systems such as biphenyl, terphenyl or diphenyltriazine.
Unter einem aromatischen oder heteroaromatischen Ringsystem, wie oben definiert, werden insbesondere Gruppen verstanden, die abgeleitet sind von Benzol, Naphthalin, Anthracen, Benzanthracen, Phenanthren, An aromatic or heteroaromatic ring system as defined above is understood in particular to mean groups which are derived from benzene, naphthalene, anthracene, benzanthracene, phenanthrene,
Benzphenanthren, Pyren, Chrysen, Perylen, Fluoranthen, Naphthacen,
Pentacen, Benzpyren, Biphenyl, Biphenylen, Terphenyl, Terphenylen, Fluoren, Spirobifluoren, Dihydrophenanthren, Dihydropyren, Benzphenanthrene, pyrene, chrysene, perylene, fluoranthene, naphthacene, Pentacene, benzpyrene, biphenyl, biphenylene, terphenyl, terphenyls, fluorene, spirobifluorene, dihydrophenanthrene, dihydropyrene,
Tetrahydropyren, eis- oder trans-lndenofluoren, Truxen, Isotruxen, Spiro- truxen, Spiroisotruxen, Furan, Benzofuran, Isobenzofuran, Dibenzofuran, Thiophen, Benzothiophen, Isobenzothiophen, Dibenzothiophen, Pyrrol, Indol, Isoindol, Carbazol, Indolocarbazol, Indenocarbazol, Pyridin, Tetrahydropyrene, cis or trans indenofluorene, truxene, isotruxene, spirotruxene, spiroisotruxene, furan, benzofuran, isobenzofuran, dibenzofuran, thiophene, benzothiophene, isobenzothiophene, dibenzothiophene, pyrrole, indole, isoindole, carbazole, indolocarbazole, indenocarbazole, pyridine,
Chinolin, Isochinolin, Acridin, Phenanthridin, Benzo-5,6-chinolin, Benzo- 6,7-chinolin, Benzo-7,8-chinolin, Phenothiazin, Phenoxazin, Pyrazol, Indazol, Imidazol, Benzimidazol, Naphthimidazol, Phenanthrimidazol, Pyridimidazol, Pyrazinimidazol, Chinoxalinimidazol, Oxazol, Benzoxazol, Naphthoxazol, Anthroxazol, Phenanthroxazol, Isoxazol, 1 ,2-Thiazol, 1 ,3- Thiazol, Benzothiazol, Pyridazin, Benzopyridazin, Pyrimidin, Quinoline, isoquinoline, acridine, phenanthridine, benzo-5,6-quinoline, benzo-6,7-quinoline, benzo-7,8-quinoline, phenothiazine, phenoxazine, pyrazole, indazole, imidazole, benzimidazole, naphthimidazole, phenanthrimidazole, pyrimididazole, Pyrazine imidazole, quinoxaline imidazole, oxazole, benzoxazole, naphthoxazole, anthroxazole, phenanthroxazole, isoxazole, 1, 2-thiazole, 1, 3-thiazole, benzothiazole, pyridazine, benzopyridazine, pyrimidine,
Benzpyrimidin, Chinoxalin, 1 ,5-Diazaanthracen, 2,7-Diazapyren, 2,3- Diazapyren, 1 ,6-Diazapyren, 1 ,8-Diazapyren, 4,5-Diazapyren, Benzopyrimidine, quinoxaline, 1,5-diazaanthracene, 2,7-diazapyrene, 2,3-diazapyrene, 1,6-diazapyrene, 1,8-diazapyrene, 4,5-diazapyrene,
4,5,9, 10-Tetraazaperylen, Pyrazin, Phenazin, Phenoxazin, Phenothiazin, Fluorubin, Naphthyridin, Azacarbazol, Benzocarbolin, Phenanthrolin, 1 ,2,3- Triazol, 1 ,2,4-Triazol, Benzotriazol, 1 ,2,3-Oxadiazol, 1 ,2,4-Oxadiazol, 1 ,2,5-Oxadiazol, 1 ,3,4-Oxadiazol, 1 ,2,3-Thiadiazol, 1 ,2,4-Thiadiazol, 1 ,2,5-Thiadiazol, 1 ,3,4-Thiadiazol, ,3,5-Triazin, 1 ,2,4-Triazin, 4,5,9,10-tetraazaperylene, pyrazine, phenazine, phenoxazine, phenothiazine, fluorubin, naphthyridine, azacarbazole, benzocarboline, phenanthroline, 1, 2,3-triazole, 1, 2,4-triazole, benzotriazole, 1, 2, 3-oxadiazole, 1, 2,4-oxadiazole, 1, 2,5-oxadiazole, 1, 3,4-oxadiazole, 1, 2,3-thiadiazole, 1, 2,4-thiadiazole, 1, 2,5- Thiadiazole, 1, 3,4-thiadiazole, 3,5-triazine, 1, 2,4-triazine,
1 ,2,3-Triazin, Tetrazol, 1 ,2,4,5-Tetrazin, 1 ,2,3,4-Tetrazin, 1 ,2,3,5-Tetrazin, Purin, Pteridin, Indolizin und Benzothiadiazol oder Kombinationen dieser Gruppen. 1, 2,3-triazine, tetrazole, 1, 2,4,5-tetrazine, 1, 2,3,4-tetrazine, 1, 2,3,5-tetrazine, purine, pteridine, indolizine and benzothiadiazole, or combinations thereof Groups.
Unter einer Arylgruppe bzw. Heteroarylgruppe wird im Sinne der An aryl group or heteroaryl group is used in the sense of
vorliegenden Anmeldung entweder ein einfacher aromatischer Cyclus, also Benzol, bzw. ein einfacher heteroaromatischer Cyclus, beispielsweise Pyridin, Pyrimidin oder Thiophen, oder ein kondensierter (annellierter) aromatischer bzw. heteroaromatischer Polycyclus, beispielsweise present application either a simple aromatic cycle, ie benzene, or a simple heteroaromatic cycle, for example pyridine, pyrimidine or thiophene, or a fused (fused) aromatic or heteroaromatic polycycle, for example
Naphthalin, Phenanthren, Chinolin oder Carbazol verstanden. Ein kondensierter (annellierter) aromatischer bzw. heteroaromatischer Naphthalene, phenanthrene, quinoline or carbazole understood. A condensed (fused) aromatic or heteroaromatic
Polycyclus besteht im Sinne der vorliegenden Anmeldung aus zwei oder mehr miteinander kondensierten einfachen aromatischen bzw. Polycycle consists in the context of the present application of two or more condensed simple aromatic or
heteroaromatischen Cyclen. heteroaromatic cycles.
Unter einer Aryl- oder Heteroarylgruppe, wie oben definiert, werden insbesondere Gruppen verstanden, welche abgeleitet sind von Benzol,
Naphthalin, Anthracen, Phenanthren, Pyren, Dihydropyren, Chrysen, Perylen, Fluoranthen, Benzanthracen, Benzphenanthren, Tetracen, Pentacen, Benzpyren, Furan, Benzofuran, Isobenzofuran, Dibenzofuran, Thiophen, Benzothiophen, Isobenzothiophen, Dibenzothiophen, Pyrrol, Indol, Isoindol, Carbazol, Pyridin, Chinolin, Isochinolin, Acridin, An aryl or heteroaryl group, as defined above, is understood in particular to mean groups which are derived from benzene, Naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, dihydropyrene, chrysene, perylene, fluoranthene, benzanthracene, benzphenanthrene, tetracene, pentacene, benzpyrene, furan, benzofuran, isobenzofuran, dibenzofuran, thiophene, benzothiophene, isobenzothiophene, dibenzothiophene, pyrrole, indole, isoindole, carbazole, Pyridine, quinoline, isoquinoline, acridine,
Phenanthridin, Benzo-5,6-chinolin, Benzo-6,7-chinolin, Benzo-7,8-chinolin, Phenothiazin, Phenoxazin, Pyrazol, Indazol, Imidazol, Benzimidazol, Naphthimidazol, Phenanthrimidazol, Pyridimidazol, Pyrazinimidazol, Chinoxalinimidazol, Oxazol, Benzoxazol, Naphthoxazol, Anthroxazol, Phenanthroxazol, Isoxazol, 1 ,2-Thiazol, 1 ,3-Thiazol, Benzothiazol, Phenanthridine, benzo-5,6-quinoline, benzo-6,7-quinoline, benzo-7,8-quinoline, phenothiazine, phenoxazine, pyrazole, indazole, imidazole, benzimidazole, naphthimidazole, phenanthrimidazole, pyrimididazole, pyrazine imidazole, quinoxaline imidazole, oxazole, Benzoxazole, naphthoxazole, anthroxazole, phenanthroxazole, isoxazole, 1, 2-thiazole, 1, 3-thiazole, benzothiazole,
Pyridazin, Benzopyridazin, Pyrimidin, Benzpyrimidin, Chinoxalin, Pyrazin, Phenazin, Naphthyridin, Azacarbazol, Benzocarbolin, Phenanthrolin, 1 ,2,3- Triazol, 1 ,2,4-Triazol, Benzotriazol, 1 ,2,3-Oxadiazol, 1 ,2,4-Oxadiazol, 1 ,2,5-Oxadiazol, 1 ,3,4-Oxadiazol, 1 ,2,3-Thiadiazol, 1 ,2,4-Thiadiazol, 1 ,2,5- Thiadiazol, 1 ,3,4-Thiadiazol, 1 ,3,5-Triazin, 1 ,2,4-Triazin, 1 ,2,3-Triazin, Tetrazol, 1 ,2,4,5-Tetrazin, 1 ,2,3,4-Tetrazin, 1 ,2,3,5-Tetrazin, Purin, Pteridin, Indolizin und Benzothiadiazol. Pyridazine, benzopyridazine, pyrimidine, benzpyrimidine, quinoxaline, pyrazine, phenazine, naphthyridine, azacarbazole, benzocarboline, phenanthroline, 1, 2,3-triazole, 1, 2,4-triazole, benzotriazole, 1, 2,3-oxadiazole, 1, 2,4-oxadiazole, 1, 2,5-oxadiazole, 1, 3,4-oxadiazole, 1, 2,3-thiadiazole, 1, 2,4-thiadiazole, 1, 2,5-thiadiazole, 1, 3, 4-thiadiazole, 1, 3,5-triazine, 1, 2,4-triazine, 1, 2,3-triazine, tetrazole, 1, 2,4,5-tetrazine, 1, 2,3,4-tetrazine, 1, 2,3,5-tetrazine, purine, pteridine, indolizine and benzothiadiazole.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter einer geradkettigen Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen bzw. einer verzweigten oder cyclischen Alkylgruppe mit 3 bis 20 C-Atomen bzw. einer Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 20 C-Atomen bevorzugt die Reste Methyl, Ethyl, n-Propyl, i- Propyl, n-Butyl, i-Butyl, s-Butyl, t-Butyl, 2-Methylbutyl, n-Pentyl, s-Pentyl, Cyclopentyl, neo-Pentyl, n-Hexyl, Cyclohexyl, neo-Hexyl, n-Heptyl, In the context of the present invention, the radicals methyl are preferably chosen from a straight-chain alkyl group having 1 to 20 C atoms or a branched or cyclic alkyl group having 3 to 20 C atoms or an alkenyl or alkynyl group having 2 to 20 C atoms. Ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl, 2-methylbutyl, n-pentyl, s-pentyl, cyclopentyl, neo-pentyl, n-hexyl, cyclohexyl, neo-hexyl, n-heptyl,
Cycloheptyl, n-Octyl, Cyclooctyl, 2-Ethylhexyl, Trifluormethyl, Pentafluor- ethyl, 2,2,2-Trifluorethyl, Ethenyl, Propenyl, Butenyl, Pentenyl, Cyclo- pentenyl, Hexenyl, Cyclohexenyl, Heptenyl, Cycloheptenyl, Octenyl, Cyclooctenyl, Ethinyl, Propinyl, Butinyl, Pentinyl, Hexinyl oder Octinyl verstanden. in einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gruppe Z ausgewählt aus einer Aryl- oder Heteroarylgruppe mit 5 bis 30 aromatischen Ringatomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann, besonders bevorzugt einer Aryl- oder Heteroarylgruppe mit 5 bis 20 aromatischen Ringatomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann. Ganz besonders bevorzugt ist Z ausgewählt aus
einer Arylgruppe mit 6 bis 10 aromatischen Ringatomen oder einer Heteroarylgruppe mit 5 bis 10 aromatischen Ringatomen. Noch stärker bevorzugt ist Z gleich Benzol, Pyridin, Pyrimidin, Pyrazin, Pyridazin, Triazin, Furan, Thiophen, Pyrrol, Imidazol, Pyrazol, Naphthalin, Chinolin, Isochinolin, Benzimidazol, Benzofuran, Indol, Isoindol, Oxazol, Isoxazol, Thiazol und Isothiazol, wobei die genannten Gruppen mit einem oder mehreren Resten R1 substituiert sein können. Cycloheptyl, n-octyl, cyclooctyl, 2-ethylhexyl, trifluoromethyl, pentafluoroethyl, 2,2,2-trifluoroethyl, ethenyl, propenyl, butenyl, pentenyl, cyclopentenyl, hexenyl, cyclohexenyl, heptenyl, cycloheptenyl, octenyl, cyclooctenyl, Ethinyl, propynyl, butynyl, pentynyl, hexynyl or octynyl understood. In a preferred embodiment, the group Z is selected from an aryl or heteroaryl group having 5 to 30 aromatic ring atoms, each of which may be substituted by one or more R 2 , more preferably an aryl or heteroaryl group having 5 to 20 aromatic ring atoms, the each may be substituted with one or more R 2 radicals. Most preferably, Z is selected from an aryl group having 6 to 10 aromatic ring atoms or a heteroaryl group having 5 to 10 aromatic ring atoms. Even more preferably Z is benzene, pyridine, pyrimidine, pyrazine, pyridazine, triazine, furan, thiophene, pyrrole, imidazole, pyrazole, naphthalene, quinoline, isoquinoline, benzimidazole, benzofuran, indole, isoindole, oxazole, isoxazole, thiazole and isothiazole. wherein said groups may be substituted with one or more R 1 .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist R1 bei jedem Auftreten gleich oder verschieden H, D, F, Cl, Br, I, CN oder NO2 oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 C-Atomen oder eine Alkenyl- oderIn a further preferred embodiment of the invention, R 1 is the same or different at each occurrence as H, D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 or an alkyl group having 1 to 10 C atoms or an alkenyl or
Alkinylgruppe mit 2 bis 10 C-Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere CH2-Gruppen durch C=O, C=S, C=NR2, SO, SO2, NR2, O, S, COO oder CONR2 ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch D, F, Cl, Br, I, CN oder NO2 ersetzt sein können, oder eine Aryl- oder Heteroarylgruppe mit 5 bis 0 aromatischen Ringatomen, die mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann. Alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, each of which may be substituted by one or more R 2 radicals, wherein one or more CH 2 groups by C = O, C = S, C = NR 2 , SO, SO 2 , NR 2 , O, S, COO or CONR 2 may be replaced and wherein one or more H atoms may be replaced by D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 , or an aryl or heteroaryl group having 5 to 0 aromatic ring atoms which may be substituted by one or more R 2 radicals.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist X gleich oder verschieden bei jedem Auftreten ausgewählt aus einer In a particularly preferred embodiment of the invention, X is the same or different at each occurrence selected from a
Carbonsäure, einem Carbonsäurehalogenid, Carbonsäureanhydrid, Carbonsäurethioester, Carbonsäureester, Isocyanat oder Isothiocyanat. Carboxylic acid, a carboxylic acid halide, carboxylic anhydride, Carbonsäurtioester, carboxylic acid esters, isocyanate or isothiocyanate.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das hyperver- zweigte Polymer aus einer Polymerisationsreaktion von einem einzigen Monomer der Formel (I) erhältlich. In a preferred embodiment of the invention, the hyperbranched polymer is obtainable from a polymerization reaction of a single monomer of formula (I).
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Summe aus n und m einen Wert von 3 oder 4 aufweist, besonders bevorzugt von 3. In this case, it is preferable that the sum of n and m has a value of 3 or 4, more preferably 3.
Ganz besonders bevorzugt weist in Formel (I) n einen Wert von 2 auf und m weist einen Wert von 1 auf, so dass die Verbindung der Formel (la) entspricht:
Z(NHR1)2X Very particularly preferably, in formula (I) n has a value of 2 and m has a value of 1, so that the compound corresponds to formula (Ia): Z (NHR 1 ) 2 X
Formel (la). Formula (la).
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das hyperverzweigte Polymer aus einer Polymerisationsreaktion von zwei unterschiedlichen Monomeren der Formel (II) erhältlich. In an alternative preferred embodiment of the invention, the hyperbranched polymer is obtainable from a polymerization reaction of two different monomers of formula (II).
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass eines der beiden Monomere die Formel (IIa) aufweist In this case, it is preferable that one of the two monomers has the formula (IIa)
Z(NHR )0 Formel (IIa), wobei o einen Wert von 2 oder 3 annimmt, und das andere Monomer die Formel (IIb) aufweist Z (NHR) 0 formula (IIa), wherein o has a value of 2 or 3 assumes, and the other monomer has the formula (IIb)
Z(X)p Formel (IIb), wobei p einen Wert von 2 oder 3 annimmt, und wobei nicht beide Indices und p gleichzeitig gleich 2 sein können und wobei X wie oben definiert ist und bei jedem Auftreten gleich oder verschieden sein kann. Z (X) p formula (IIb), wherein p assumes a value of 2 or 3, and wherein not both indices and p can be simultaneously 2 and wherein X is as defined above and may be the same or different at each occurrence.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das In an alternative embodiment of the invention that is
hyperverzweigte Polymer aus einer Polymerisationsreaktion von hyperbranched polymer from a polymerization reaction of
Verbindungen erhältlich, welche aus einer kleinen Zahl gleicher oder verschiedener Wiederholeinheiten aufgebaut sind. Bevorzugt sind diese Verbindungen aus 2 bis 20 Wiederholeinheiten aufgebaut, besonders bevorzugt aus 4 bis 10 Wiederholeinheiten. Available compounds, which are composed of a small number of identical or different repeating units. These compounds are preferably synthesized from 2 to 20 repeat units, more preferably from 4 to 10 repeat units.
Diese Verbindungen können beispielsweise durch kontrollierten Aufbau mittels Schutzgruppentechnik hergestellt werden.
ln der Polymerisationsreaktion zur Herstellung des hyperverzweigten Polymers können diese Verbindungen als einzige Monomere eingesetzt werden, oder sie können zusammen mit anderen Monomeren gemäß Formel (I) und/oder Formel (II) eingesetzt werden. These compounds can be produced for example by controlled construction by means of protective group technology. In the polymerization reaction for producing the hyperbranched polymer, these compounds may be used as the sole monomers, or they may be used together with other monomers of the formula (I) and / or the formula (II).
Beispiele für Monomere gemäß Formel (I) und (II), aus denen die anmeldungsgemäßen hyperverzweigten Polymere hergestellt werden können, sind im Folgenden aufgeführt. Examples of monomers of the formula (I) and (II) from which the hyperbranched polymers according to the invention can be prepared are listed below.
Erfindungsgemäß weist die Verbindung A zwei oder mehr reaktive According to the invention, the compound A has two or more reactive
Gruppen auf. Bevorzugt weist sie zwei, drei oder vier reaktive Gruppen auf. Die reaktiven Gruppen stellen funktionelle Gruppen dar, die sich mit den Endgruppen des hyperverzweigten Polymers kovalent verbinden, bevorzugt in einer Kondensations- oder Additionsreaktion. Groups on. It preferably has two, three or four reactive groups. The reactive groups are functional groups which covalently bond to the end groups of the hyperbranched polymer, preferably in a condensation or addition reaction.
Die reaktiven Gruppen der Verbindung A sind ausgewählt aus The reactive groups of compound A are selected from
Carbonsäurehalogeniden, Carbonsäureanhydriden, Carboxylic acid halides, carboxylic anhydrides,
Carbonsäurethioestern, Carbonsäureestern, Isocyanaten, Isothiocyanaten, Carbamaten, Chloroformiaten, Sulfonsäurehalogeniden, Sulfonsäuren, Sulfinsäurehalogeniden, Sulfinsäuren, Phosphorsäurehalogeniden, Phosphorsäuren, Phosphonsäurehalogeniden, Phosphonsäuren, Carboxylic acid thioesters, carboxylic acid esters, isocyanates, isothiocyanates, carbamates, chloroformates, sulfonic acid halides, sulfonic acids, sulfinic acid halides, sulfinic acids, phosphoric acid halides, phosphoric acids, phosphonic acid halides, phosphonic acids,
Phosphinsäurehalogeniden, Phosphinsäuren, Alkoholen, Aminen und Thiolen. Phosphinic acid halides, phosphinic acids, alcohols, amines and thiols.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Verbindung A zwei oder mehr reaktive Gruppen aufweist, die sich mit Aminogruppen verbinden, bevorzugt in einer Kondensations- oder einer Additionsreaktion.
Es ist insbesondere erfindungsgemäß bevorzugt, dass die reaktiven Gruppen der Verbindung A ausgewählt sind aus Carbonsäurehalogeniden, Carbonsäureanhydriden und Isocyanaten. It is preferred according to the invention that the compound A has two or more reactive groups which combine with amino groups, preferably in a condensation or an addition reaction. It is particularly preferred according to the invention that the reactive groups of the compound A are selected from carboxylic acid halides, carboxylic anhydrides and isocyanates.
Weiterhin bevorzugt stellt die Verbindung A eine aromatische oder heteroaromatische Verbindung dar. Further preferably, the compound A is an aromatic or heteroaromatic compound.
Weiterhin bevorzugt enthält die Verbindung A einen oder mehrere aromatische Ringe, welche mit einer oder mehreren, bevorzugt mehreren, elektronenziehenden Gruppen substituiert sind, darunter besonders bevorzugt Fluor, Chlor, Brom, Carbonsäurederivate und Further preferably, the compound A contains one or more aromatic rings, which are substituted with one or more, preferably more, electron-withdrawing groups, including more preferably fluorine, chlorine, bromine, carboxylic acid derivatives and
Sulfonsäurederivate. Sulfonic acid derivatives.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verbindung A ausgewählt aus Most preferably, the compound A is selected from
Trimesoylchlorid, Isophthaloylchlorid, Terephthaloylchlorid sowie Trimesoyl chloride, isophthaloyl chloride, terephthaloyl chloride as well
Phthalsäureanhydrid. Phthalic anhydride.
Die Verbindung A kann, wenn sie als Reinstoff vorliegt, erfindungsgemäß in flüssiger oder in gasförmiger Form eingesetzt werden. Es ist The compound A, when present as a pure substance, according to the invention can be used in liquid or in gaseous form. It is
erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Verbindung A in Lösung vorliegend verwendet wird. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Verbindung A in organischer Lösung vorliegend verwendet wird. Bevorzugte Lösungsmittel sind dabei: n-Hexan, Cyclohexan, iso-Hexan, Pentan und Heptan. In diesem Fall ist es weiterhin bevorzugt, dass das hyperverzweigte Polymer in wässriger Lösung vorliegt. According to the invention preferred that the compound A is used in solution present. It is particularly preferred that the compound A is used in organic solution herein. Preferred solvents are: n-hexane, cyclohexane, iso-hexane, pentane and heptane. In this case, it is further preferred that the hyperbranched polymer is in aqueous solution.
Die Verbindung B weist erfindungsgemäß eine oder mehrere reaktive Gruppen auf. Bevorzugt weist die Verbindung B zwei oder drei reaktive Gruppen auf. Bevorzugt sind die reaktiven Gruppen der Verbindung B ausgewählt aus Carbonsäurehalogeniden, Carbonsäureanhydriden, Compound B according to the invention has one or more reactive groups. Preferably, the compound B has two or three reactive groups. The reactive groups of compound B are preferably selected from carboxylic acid halides, carboxylic acid anhydrides,
Carbonsäurethioestern, Carbonsäureestern, Isocyanaten, Isothiocyanaten, Carbamaten, Chloroformiaten, Sulfonsäurehalogeniden, Sulfonsäuren, Sulfinsäurehalogeniden, Sulfinsäuren, Phosphorsäurehalogeniden, Phosphorsäuren, Phosphonsäurehalogeniden, Phosphonsäuren,
Phosphinsäurehalogeniden, Phosphinsäuren, Alkoholen, Aminen und Thiolen. Davon sind besonders bevorzugt Carbonsäurehalogenide, Carbonsäureanhydride, Carbonsäureester, Isocyanate, Alkohole, Amine und Thiole, ganz besonders bevorzugt Alkohole und Amine. Weiterhin bevorzugt stellt die Verbindung B eine aromatische oder heteroaromatische Verbindung dar. Carboxylic acid thioesters, carboxylic acid esters, isocyanates, isothiocyanates, carbamates, chloroformates, sulfonic acid halides, sulfonic acids, sulfinic acid halides, sulfinic acids, phosphoric acid halides, phosphoric acids, phosphonic acid halides, phosphonic acids, Phosphinic acid halides, phosphinic acids, alcohols, amines and thiols. Of these, particular preference is given to carboxylic acid halides, carboxylic anhydrides, carboxylic esters, isocyanates, alcohols, amines and thiols, very particularly preferably to alcohols and amines. Further preferably, the compound B is an aromatic or heteroaromatic compound.
Weiterhin bevorzugt enthält die Verbindung B einen oder mehrere aromatische Ringe, welche mit einer oder mehreren, bevorzugt mehreren, elektronenziehenden Gruppen substituiert sind, darunter besonders bevorzugt Fluor, Chlor, Brom, Carbonsäurederivate und Further preferably, the compound B contains one or more aromatic rings, which are substituted with one or more, preferably more, electron-withdrawing groups, including more preferably fluorine, chlorine, bromine, carboxylic acid derivatives and
Sulfonsäurederivate. Sulfonic acid derivatives.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die reaktiven Gruppen der Verbindung B mit den Endgruppen des hyperverzweigten Polymers identisch oder stellen Derivate dieser Gruppen dar. In a preferred embodiment of the invention, the reactive groups of the compound B are identical to the end groups of the hyperbranched polymer or represent derivatives of these groups.
Erfindungsgemäß sind die reaktiven Gruppen der Verbindung B und die Endgruppen des hyperverzweigten Polymers derart ausgewählt, dass sie mit den reaktiven Gruppen der Verbindung A reagieren. According to the invention, the reactive groups of the compound B and the end groups of the hyperbranched polymer are selected such that they react with the reactive groups of the compound A.
Ganz besonders bevorzugte Ausführungsformen der Verbindung B sind meta-Phenylendiamin, para-Phenylendiamin, 1 ,3,5-Phenyltriamin, 3,5- Diaminobenzoesäure und meta-Aminoisophthalsäure. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Verbindung B in Lösung eingesetzt wird, bevorzugt in wässriger Lösung, besonders bevorzugt in wässriger Lösung zusammen mit dem hyperverzweigten Polymer. Very particularly preferred embodiments of compound B are meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, 1,3,5-phenyltriamine, 3,5-diaminobenzoic acid and meta-aminoisophthalic acid. It is preferred according to the invention that the compound B is used in solution, preferably in aqueous solution, particularly preferably in aqueous solution together with the hyperbranched polymer.
Die Verwendung des hyperverzweigten Polymers als Komponente zur Herstellung der selektiv permeablen Polymerschicht ermöglicht die The use of the hyperbranched polymer as a component for producing the selectively permeable polymer layer enables
Bereitstellung einer weitgehend defektfreien dünnen selektiv permeablen Schicht. Dadurch kann ein erhöhter Salzrückhalt durch die Membran bei gleicher oder nur geringfügig verringerter Durchflussrate erreicht werden, bevorzugt eine Kombination von erhöhtem Salzrückhalt und erhöhter Durchflussrate.
Bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Membranen im Vergleich zu Membranen des Stands der Technik einen erhöhten Salzrückhalt auf. Besonders bevorzugt ist dieser höher als 95 %, ganz besonders bevorzugt höher als 99 %, wobei die Durchflussrate vergleichbar hoch oder höher ist als bei Membranen des Stands der Technik. Providing a substantially defect-free thin selectively permeable layer. As a result, increased salt retention through the membrane can be achieved with the same or only slightly reduced flow rate, preferably a combination of increased salt retention and increased flow rate. The membranes according to the invention preferably have increased salt retention in comparison with membranes of the prior art. More preferably, it is greater than 95%, most preferably greater than 99%, with a flow rate comparable to or higher than prior art membranes.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine bessere Kontrolle über die Dicke der selektiv permeablen Schicht ermöglicht wird. Das hyperverzweigte Polymer dringt weniger tief in die Trägerschicht ein als die im Stand der Technik in der Grenzflächenpolymerisationsreaktion verwendeten niedermolekularen Reaktanden. A further advantage of the method according to the invention is that better control over the thickness of the selectively permeable layer is made possible. The hyperbranched polymer penetrates less deeply into the carrier layer than the low molecular weight reactants used in the prior art in the interfacial polymerization reaction.
Ein nochmals weiterer Vorteil der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Membranen liegt in ihrer hohen chemischen Stabilität gegen Zersetzung durch chloriertes Wasser. Die im Stand der Technik bekannten Polyamidmembranen weisen in einer typischen Ausführungsform Yet another advantage of the membranes obtained by the process according to the invention is their high chemical stability against decomposition by chlorinated water. The polyamide membranes known in the art are in a typical embodiment
(Herstellung durch Grenzflächenpolymerisation von Phenylendiamin und Trimesoylchlorid) aromatische Ringe auf, welche entweder ausschließlich mit Aminogruppen oder ausschließlich mit Säurechloriden substituiert sind, die untereinander zu Amidbindungen reagieren. An den aromatischen Ringen, welche ausschließlich Aminfunktionen enthalten, kann eine elektrophile Substitutionsreaktion durch Chlor oder Chlorverbindungen, welche zur Desinfektion des Wassers verwendet werden, stattfinden. (Preparation by interfacial polymerization of phenylenediamine and trimesoyl chloride) aromatic rings, which are substituted either exclusively with amino groups or exclusively with acid chlorides which react with each other to amide bonds. On the aromatic rings, which contain only amine functions, an electrophilic substitution reaction by chlorine or chlorine compounds, which are used to disinfect the water, take place.
Dadurch erfolgt eine Verschlechterung der selektiv permeablen This causes a deterioration of the selectively permeable
Eigenschaften sowie schließlich eine Zersetzung der Membran. Diese Effekte treten bei den erfindungsgemäßen Membranen in geringerem Umfang auf, da bei diesen die aromatischen Ringe elektronenärmer sind als bei rein aminfunktionalisierten Aromaten. Zusammenfassend weisen die erfindungsgemäßen Membranen einen oder mehrere, bevorzugt mehrere der oben genannten vorteilhaften Eigenschaften auf.
Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen zur näheren Erläuterung und Illustration der Erfindung, ohne dass der Gegenstand der Erfindung auf den Inhalt der Beispiele beschränkt ist. Properties and finally a decomposition of the membrane. These effects occur to a lesser extent in the membranes according to the invention, since in these the aromatic rings are less electron-donating than in purely amine-functionalized aromatics. In summary, the membranes of the invention have one or more, preferably more of the above advantageous properties. The following embodiments serve to illustrate and illustrate the invention without the subject matter of the invention being restricted to the content of the examples.
Ausführungsbeispiele embodiments
A) Herstellung des hyperverzweigten Polymers P1 A) Preparation of hyperbranched polymer P1
3,5-Diaminobenzoesäure (4 g, 26.3 mmol) wird in einer Kugelrohrdestille bei einer Temperatur von 250 °C zum Schmelzen gebracht. Nach 30 min Erhitzen bei 250 °C wird die geschmolzene Masse abgekühlt. Das erhaltene feste Polymer (3.45 g) wird in NMP (30 g) gelöst und in Methanol ausgefällt. Das Produkt wird mittels NMR (d6-DMSO) charakterisiert.
B) Herstellung des oligomeren Bausteins 01 (Vergleichsbeispiel) 3,5-diaminobenzoic acid (4 g, 26.3 mmol) is melted in a Kugelrohr still at a temperature of 250 ° C. After heating at 250 ° C. for 30 minutes, the molten mass is cooled. The resulting solid polymer (3.45 g) is dissolved in NMP (30 g) and precipitated in methanol. The product is characterized by NMR (d 6 -DMSO). B) Preparation of Oligomeric Building Block 01 (Comparative Example)
Die Herstellung des oligomeren Bausteins 01 erfolgt wie in US 5,271 ,843 beschrieben. The preparation of the oligomeric building block 01 takes place as described in US Pat. No. 5,271,843.
C) Herstellung der Membran (Vergleichsbeispiel Membran MO) C) Preparation of the Membrane (Comparative Example Membrane MO)
Die Polysulfon-Trägerschicht (in VE-Wasser + 0.7% Natriumbisulfit gekühlt gelagert) wird 1 min in VE-Wasser gewaschen, das Wasser wird The polysulfone support layer (stored refrigerated in deionized water + 0.7% sodium bisulfite) is washed for 1 min in deionized water, which becomes water
ausgetauscht und die Membran wird anschließend für weitere 30 min in neu hinzugefügtem VE-Wasser gewaschen. Anschließend wird die The membrane is then washed for a further 30 minutes in newly added demineralised water. Subsequently, the
Trägerschicht in NaOH-Lösung (pH1 ) über Nacht inkubiert. Danach wird
die Trägerschicht zweimal mit VE-Wasser gewaschen und auf pH- Neutralität getestet. Es werden eine 3 %ige (Gew.-%) m-Phenylendiamin- Lösung in VE-Wasser und eine 0.15 %ige (Gew.-%) Trimesinsäurechlorid- Lösung in Hexan hergestellt. Die feuchte Trägerschicht wird auf eine erste Glasplatte gelegt und von überschüssigem Wasser befreit. Es wird eine weitere Glasplatte mit Fenster aufgelegt und in das Fenster die Carrier layer in NaOH solution (pH1) incubated overnight. After that will the support layer washed twice with deionized water and tested for pH neutrality. There are prepared a 3% (wt .-%) of m-phenylenediamine solution in deionized water and a 0.15% (wt .-%) Trimesinsäurechlorid- solution in hexane. The moist support layer is placed on a first glass plate and freed from excess water. There is another glass plate with a window and in the window the
Phenylendiamin-Lösung gegossen. Nach 2 min Inkubation wird die Lösung abgegossen, die zweite Glasplatte wird entfernt und verbliebene Lösung wird von der Oberfläche entfernt. Es wird eine neue Glasplatte mit Fenster aufgelegt und in das Fenster wird die Trimesoylchlorid-Lösung gegeben. Nach 15 s Inkubation wird die Trimesoylchlorid-Lösung abgegossen, die Membran wird von der Glasplatte entfernt und für 10 min im Poured phenylenediamine solution. After incubation for 2 minutes, the solution is poured off, the second glass plate is removed and any remaining solution is removed from the surface. A new glass plate with window is placed and in the window the Trimesoylchlorid solution is given. After incubation for 15 s, the trimesoyl chloride solution is poured off, the membrane is removed from the glass plate and incubated for 10 min
Trockenschrank auf 50 °C erhitzt. Anschließend wird die Membran für 0- 20 min an Luft bei Raumtemperatur getrocknet und dann 30-60 min in VE- Wasser gewaschen. Die Membran wird bis zur Verwendung in VE-Wasser mit 0.7 % Natriumbisulfit aufbewahrt. Drying oven heated to 50 ° C. Subsequently, the membrane is dried for 0- 20 min in air at room temperature and then washed for 30-60 min in deionized water. The membrane is stored in deionised water with 0.7% sodium bisulfite until use.
D) Herstellung der Membranen M1 - M4 Sowohl vom hyperverzweigten Polymer (P1) als auch von den oligomeren Bausteinen (O1) wird wie folgt eine Stammlösung hergestellt: D) Preparation of the Membranes M1-M4 Both from the hyperbranched polymer (P1) and from the oligomeric building blocks (O1), a stock solution is prepared as follows:
15 g werden in 100 ml 1 M Salzsäure gelöst. Danach wird Isopropanol zugegeben, bis das Hydrochlorid des Polymers ausfällt. Dieses wird mit Isopropanol gewaschen und getrocknet. Das trockene Hydrochlorid löst sich leicht in Wasser mit einem pH -Wert zwischen 2 und 3. 15 g are dissolved in 100 ml of 1 M hydrochloric acid. Thereafter, isopropanol is added until the hydrochloride of the polymer precipitates. This is washed with isopropanol and dried. The dry hydrochloride easily dissolves in water with a pH between 2 and 3.
Aus den Stammlösungen und einer 3 %-igen (Gew.-%) Phenylendiamin- Lösung (PDA) in Wasser, die mit Salzsäure auf pH3 eingestellt wurde, werden folgende Lösungen A1 bis A4 angesetzt:
PDA P1 01 From the stock solutions and a 3% (wt .-%) phenylenediamine solution (PDA) in water, which was adjusted to pH 3 with hydrochloric acid, the following solutions A1 to A4 are prepared: PDA P1 01
A1 40 ml 0 ml 60 ml A1 40 ml 0 ml 60 ml
A2 20 ml 80 ml 0 ml A2 20 ml 80 ml 0 ml
A3 40 ml 60 ml 0 ml A3 40 ml 60 ml 0 ml
A4 80 ml 20 ml 0 ml A4 80 ml 20 ml 0 ml
Zur Herstellung der Membranen wird die Polysulfon-Trägerschicht (in VE- Wasser + 0.7% Natriumbisulfit gekühlt gelagert) 1 min in VE-Wasser gewaschen, das Wasser wird ausgetauscht und die Membran wird anschließend für weitere 30 min in neu hinzugefügtem VE-Wasser gewaschen. Anschließend wird die Trägerschicht in NaOH-Lösung (pH11) über Nacht inkubiert. Danach wird die Trägerschicht zweimal mit VE- Wasser gewaschen und auf pH-Neutralität getestet. Es wird eine 0.2 %ige (Gew.-%) Trimesoylchlorid -Lösung in Hexan hergestellt. Die feuchte Trägerschicht wird auf eine erste Glasplatte gelegt und von To prepare the membranes, the polysulfone support layer (stored cooled in demineralized water + 0.7% sodium bisulfite) for 1 min in demineralized water, the water is exchanged and the membrane is then washed for a further 30 min in newly added demineralized water. Subsequently, the carrier layer is incubated in NaOH solution (pH 11) overnight. Thereafter, the carrier layer is washed twice with demineralized water and tested for pH neutrality. A 0.2% (wt%) trimesoyl chloride solution in hexane is prepared. The moist support layer is placed on a first glass plate and from
überschüssigem Wasser befreit. Es wird eine weitere Glasplatte mit Fenster aufgelegt und in das Fenster eine der Lösungen A1-A4 gegossen. Nach 2 min Inkubation wird die Lösung abgegossen, die zweite Glasplatte wird entfernt und verbliebene Lösung wird von der Oberfläche entfernt. Es wird eine neue Glasplatte mit Fenster aufgelegt und in das Fenster wird die Trimesoylchlorid-Lösung gegeben. Nach 3 min Inkubation wird die Trimesoylchlorid-Lösung abgegossen, die Membran wird von der Excess water freed. Another glass plate with window is placed and poured into the window one of the solutions A1-A4. After incubation for 2 minutes, the solution is poured off, the second glass plate is removed and any remaining solution is removed from the surface. A new glass plate with window is placed and in the window the Trimesoylchlorid solution is given. After incubation for 3 min, the trimesoyl chloride solution is poured off, the membrane is removed from the
Glasplatte entfernt und für 10 min im Trockenschrank auf 70 °C erhitzt. Anschließend wird die Membran für 10-20 min an Luft bei Glass plate removed and heated for 10 min in a drying oven at 70 ° C. The membrane is then allowed to air for 10-20 min
Raumtemperatur getrocknet und dann 30-60 min in VE-Wasser Room temperature dried and then 30-60 min in deionized water
gewaschen. Die Membran wird bis zur Verwendung in VE-Wasser mit 0.7 % Natriumbisulfit aufbewahrt. washed. The membrane is stored in deionised water with 0.7% sodium bisulfite until use.
E) Eigenschaften der Membranen MO - M4 E) Properties of membranes MO - M4
Die Membranen werden an einem Membranprüfstand der Firma OSMO, ausgestattet mit einer Überströmzelle getestet. Es wird eine 3.2 %-ige Lösung (Gew.-%) von Natriumchlorid in Wasser als Testlösung verwendet. Dies entspricht einem osmotischen Druck von etwa 27 bar. Zur Prüfung der Membran wird ein Druck von 55 bar aufgebaut und die Leitfähigkeit
des Permeats bestimmt. Daraus ergibt sich der Salzgehalt des Permeats. Permeatfluß und Salzrückhalt sind Parameter für die Leistungsfähigkeit der Membran. The membranes are tested on a membrane test bench made by OSMO equipped with a transfer cell. A 3.2% solution (wt%) of sodium chloride in water is used as the test solution. This corresponds to an osmotic pressure of about 27 bar. To test the membrane, a pressure of 55 bar is built up and the conductivity of the permeate. This results in the salt content of the permeate. Permeate flux and salt retention are parameters for the performance of the membrane.
Die Versuche zeigen, dass die erfindungsgemäßen Membranen M2, M3 und M4, welche unter Verwendung des hyperverzweigten Polymers P1 hergestellt wurden, einen verbesserten Salzrückhalt sowie eine erhöhte Flussrate verglichen mit den im Stand der Technik bekannten Membranen aufweisen.
The experiments show that the membranes M2, M3 and M4 according to the invention, which were produced using the hyperbranched polymer P1, have improved salt retention and an increased flow rate compared to the membranes known in the prior art.
Claims
Patentansprüche claims
Membran umfassend mindestens eine selektiv permeable Polymerschicht, wobei die selektiv permeable Polymerschicht durch Umsetzung eines hyperverzweigten Polymers mit einer mit Membrane comprising at least one selectively permeable polymer layer, wherein the selectively permeable polymer layer by reacting a hyperbranched polymer with a
Endgruppen des hyperverzweigten Polymers reagierenden Verbindung A, die zwei oder mehr reaktive Gruppen aufweist, erhältlich ist. End groups of the hyperbranched polymer reacting compound A, which has two or more reactive groups, is available.
Membran nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung eine Grenzflächenpolymerisationsreaktion darstellt. Membrane according to claim 1, characterized in that the reaction is an interfacial polymerization reaction.
Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Reaktion der Verbindung A mit den Endgruppen der hyperverzweigten Polymermoleküle ein Polymernetzwerk gebildet wird. Membrane according to claim 1 or 2, characterized in that a polymer network is formed by the reaction of the compound A with the end groups of the hyperbranched polymer molecules.
Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hyperverzweigte Polymer in Lösung zusammen mit einer weiteren Verbindung B in der Umsetzung eingesetzt wird, wobei sowohl das hyperverzweigte Polymer als auch die Verbindung B mit der Verbindung A reagieren. Membrane according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the hyperbranched polymer is used in solution together with another compound B in the reaction, wherein both the hyperbranched polymer and the compound B react with the compound A.
Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die selektiv permeable Polymerschicht eine Dicke von 1 nm bis 10 pm, bevorzugt von 5 nm bis 1 pm und besonders bevorzugt von 0 nm bis 100 nm aufweist. Membrane according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the selectively permeable polymer layer has a thickness of 1 nm to 10 pm, preferably from 5 nm to 1 pm and more preferably from 0 nm to 100 nm.
Membran einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das hyperverzweigte Polymer ein Polyamid,
ein Polyurethan, einen Polyharnstoff, ein Polyimin, einen Polyether oder einen Polyester darstellt. Membrane one or more of claims 1 to 5, characterized in that the hyperbranched polymer is a polyamide, a polyurethane, a polyurea, a polyimine, a polyether or a polyester.
7. Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hyperverzweigte Polymer entweder aus einer Polymerisationsreaktion von gleichen Monomeren der 7. Membrane according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the hyperbranched polymer either from a polymerization reaction of the same monomers of
Formel (I) Formula (I)
Z(NHR )n(X)m Z (NHR) n (X) m
Formel (I), erhältlich ist, oder dass das hyperverzweigte Polymer aus einer Polymerisationsreaktion von unterschiedlichen Monomeren der Formel (II) Formula (I), or that the hyperbranched polymer from a polymerization reaction of different monomers of the formula (II)
Z(NHR1)0(X)p Z (NHR 1 ) 0 (X) p
Formel (II) erhältlich ist, Formula (II) is available,
wobei für die auftretenden Symbole und Indices gilt: the following applies for the occurring symbols and indices:
Z ist eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen oder eine verzweigte oder cyclische Alkylgruppe mit 3 bis 20 C-Z is a straight-chain alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a branched or cyclic alkyl group having 3 to 20 carbon atoms
Atomen oder eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 20 C- Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen durch R2C=CR2, C=C, Si(R2)2, C=0, C=S, C=NR2, P(=0)(R2), SO, SO2, NR2, O, S, COO oder CONR2 ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch D, F, Cl, Br, I, CN oder NO2 ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 30 aromatischen Ringatomen, das
jeweils durch einen oder mehrere Reste R2 substituiert sein kann, oder eine Kombination dieser Gruppen; ist bei jedem Auftreten gleich oder verschieden H, D, F, Cl, Br, I, CN oder N02 oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C- Atomen oder eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 2 bis 20 C- Atomen, die jeweils mit einem oder mehreren Resten R2 substituiert sein kann, wobei eine oder mehrere CH2-Gruppen durch Si(R2)2, C=0, C=S, C=NR2, P(=0)(R2), SO, SO2, NR2, O, S, COO oder CONR2 ersetzt sein können und wobei ein oder mehrere H-Atome durch D, F, Cl, Br, I, CN oder NO2 ersetzt sein können, oder ein aromatisches oder Atoms or an alkenyl or alkynyl group having 2 to 20 C atoms, each of which may be substituted by one or more R 2 radicals, one or more non-adjacent CH 2 groups being replaced by R 2 C = CR 2 , C = C, Si (R 2 ) 2 , C = O, C = S, C = NR 2 , P (= O) (R 2 ), SO, SO 2 , NR 2 , O, S, COO or CONR 2 may be replaced and wherein one or more H atoms may be replaced by D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 , or an aromatic or heteroaromatic ring system having 5 to 30 aromatic ring atoms, the each may be substituted by one or more radicals R 2 , or a combination of these groups; is identical or different H, D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 or an alkyl group having 1 to 20 C atoms or an alkenyl or alkynyl group having 2 to 20 C atoms, each with one or more radicals R 2 may be substituted, wherein one or more CH 2 groups by Si (R 2 ) 2 , C = 0, C = S, C = NR 2 , P (= 0) (R 2 ), SO , SO 2 , NR 2 , O, S, COO or CONR 2 may be replaced and wherein one or more H atoms may be replaced by D, F, Cl, Br, I, CN or NO 2 , or an aromatic or
heteroaromatisches Ringsystem mit 5 bis 30 aromatischen Ringatomen, das jeweils durch einen oder mehrere Reste R2 substituiert sein kann; ist bei jedem Auftreten gleich oder verschieden H oder ein aliphatischer, aromatischer und/oder heteroaromatischer organischer Rest mit 1 bis 20 C-Atomen; ist bei jedem Auftreten gleich oder verschieden eine beliebige Gruppe, welche sich mit Aminogruppen in einer heteroaromatic ring system having 5 to 30 aromatic ring atoms, each of which may be substituted by one or more radicals R 2 ; is identical or different at each occurrence H or an aliphatic, aromatic and / or heteroaromatic organic radical having 1 to 20 C-atoms; is the same or different at each occurrence any group, which reacts with amino groups in one
Kondensations- oder Additionsreaktion verbindet, bevorzugt eine Carbonsäure, ein Carbonsäurehalogenid, ein Condensation or addition reaction connects, preferably a carboxylic acid, a carboxylic acid halide, a
Carbonsäureanhydrid, ein Carbonsäurethioester, ein Carboxylic acid anhydride, a carboxylic acid thioester
Carbonsäureester, ein Isocyanat, ein Isothiocyanat, ein Chloroformiat, ein Sulfonsäurehalogenid, ein Carboxylic acid ester, an isocyanate, an isothiocyanate, a chloroformate, a sulfonic acid halide
Sulfinsäurehalogenid, ein Phosphorsäurehalogenid, ein Phosphonsäurehalogenid oder ein Phosphinsäurehalogenid; einen Wert von 1 bis 5 aufweist, wobei n+m einen Wert von 3 bis 6 aufweist; m einen Wert von 1 bis 5 aufweist, wobei n+m einen Wert von 3 bis 6 aufweist;
o einen Wert von 0 bis 6 aufweist, wobei o+p einen Wert von 1 bis 6 aufweist; p einen Wert von 0 bis 6 aufweist, wobei o+p einen Wert von 1 bis 6 aufweist; und wobei für mindestens eines der Monomere der Formel (II) gelten muss, dass o+p einen Wert von 3 bis 6 aufweist. Sulfinic acid halide, a phosphoric acid halide, a phosphonic acid halide or a phosphinic acid halide; has a value of 1 to 5, where n + m has a value of 3 to 6; m has a value of 1 to 5, wherein n + m has a value of 3 to 6; o has a value of 0 to 6, where o + p has a value of 1 to 6; p has a value of 0 to 6, wherein o + p has a value of 1 to 6; and wherein for at least one of the monomers of the formula (II) it must hold that o + p has a value of 3 to 6.
Membran nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Monomer gemäß Formel (I) gilt, dass n gleich 2 ist und m gleich 1 ist, so dass die Verbindung der Formel (la) entspricht: Membrane according to Claim 7, characterized in that, for the monomer of formula (I), n is equal to 2 and m is 1, so that the compound corresponds to formula (Ia):
Z(NHR1)2X Formel (la). Z (NHR 1 ) 2 X formula (Ia).
Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A zwei, drei oder vier reaktive Gruppen aufweist, die sich mit den Endgruppen des Membrane according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the compound A has two, three or four reactive groups which are connected to the end groups of the
hyperverzweigten Polymers kovalent verbinden, bevorzugt in einer Kondensations- oder Additionsreaktion. covalently bond hyperbranched polymer, preferably in a condensation or addition reaction.
10. Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die selektiv permeable Polymerschicht auf einer Trägerschicht aufgebracht ist, welche aus polymerem Material besteht, wobei das polymere Material ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polysulfone, Polyethersulfone, Polyamide, Polyethylene,10. Membrane according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the selectively permeable polymer layer is applied to a carrier layer which consists of polymeric material, wherein the polymeric material is selected from the group comprising polysulfones, polyethersulfones, polyamides, polyethylenes .
Polypropylene, Polyester, Polyacrylnitrile und Polyvinylidenfluoride. Polypropylenes, polyesters, polyacrylonitriles and polyvinylidene fluorides.
11. Modul zur Wasserentsalzung umfassend mindestens eine Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10.
11. module for water desalination comprising at least one membrane according to one or more of claims 1 to 10.
12. Verfahren zur Herstellung einer Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10. 12. A process for producing a membrane according to one or more of claims 1 to 10.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Lösung des hyperverzweigten Polymers auf eine beliebige Substratschicht aufgebracht wird und anschließend A method according to claim 12, characterized in that a) a solution of the hyperbranched polymer is applied to any substrate layer and then
b) die mit der Lösung des hyperverzweigten Polymers b) those with the solution of the hyperbranched polymer
beschichtete Substratschicht mit einer Verbindung A, welche sich in Lösung, in flüssiger Form oder in der Gasphase befinden kann, in Kontakt gebracht wird, wobei die Verbindung A mit Endgruppen des hyperverzweigten Polymers reagiert. coated substrate layer with a compound A, which may be in solution, in liquid form or in the gas phase, is brought into contact, wherein the compound A reacts with end groups of the hyperbranched polymer.
Verwendung einer Membran nach einem oder mehreren der Use of a membrane according to one or more of
Ansprüche 1 bis 10 oder eines Moduls gemäß Anspruch 11 zur Verringerung des Gehalts an gelösten ionischen Verbindungen Wasser. Claims 1 to 10 or a module according to claim 11 for reducing the content of dissolved ionic compounds water.
Verwendung einer Membran nach einem oder mehreren der Use of a membrane according to one or more of
Ansprüche 1 bis 10 oder eines Moduls gemäß Anspruch 11 zur Entsalzung und/oder Reinigung von Meerwasser, Brackwasser, Flusswasser, Abwasser aus Industrie und Haushalten, Brauchwasser aus Industrie und Haushalten sowie Süßwasser.
Claims 1 to 10 or a module according to claim 11 for desalination and / or purification of seawater, brackish water, river water, industrial and domestic wastewater, industrial and domestic water and fresh water.
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