DE2842031A1

DE2842031A1 - Einrichtung zur messung der menge mindestens einer ausgewaehlten komponente in einem fluessigkeits- oder gasgemisch

Info

Publication number: DE2842031A1
Application number: DE19782842031
Authority: DE
Inventors: Leigh E Nelson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1977-09-26
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1979-05-03
Also published as: GB2005016B; GB2005016A; CA1116063A; FR2404220A1; FR2404220B1; JPS5458085A; JPS6142810B2; DE2842031C2; US4208194A

Description

Die Erfindung betrii'it eine verbesserte Einrichtuna- zuci Analysieren der Klenge einer ausf:ex^...hlten Komponente in einem tflüssigkeits- oder Gascemisch. Insbesondere betrifft sie ein verbessertes persönliches Prüfgerät zur Bestimmung des Grades der Exponierung eines Iv-enschens gegenüber schädlichen Dämpfen und Gasen in üragebungsluft.

Prüfgeräte für Personen des hier beschriebenen i'yps sind bekannt und werden in den IiS-PS 3 924- 21 ^ und 3 yi>0 y60 bescurieben. Diese Prüfgeräte können an der Kleidung in enger Nachbarschaft zur Atmungszone des l'rägers befestigt werden. Im allgemeinen weisen diese Prüfgeräte (faonitoren) Gehauseglieder auf, die eine flache Kammer mit einem offenen Ende bilden. Innerhalb der Kammer ist eine Sammelschicht angeordnet, die die vor-^ewahl-

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te Komponente aus der luft sammelt, iber dem offenen ünde der j

Kammer und von der Saumelschic'nt getrennt befinden sich eine
oder Mehrere poröse Schwü.chungsschichten, um ein Auf treffen be- . wegter Luft auf die öavamelschicht zu verhindern und damit die

ι ausgewählten Komponenten die Sammelschicht durch Diffusion er-

i reichen. '

Die in diesen honitoren verwendbaren Sarfmelsubstanzen umfassen _; haterialien, die die zu messenden ausgewählten Komponenten ad- ■, sorbieren, absorbieren, mit diesen reagieren oder in anderer ', Weise allgemein kombinieren. In einigen füllen ist die Gainmel- i substanz von kleinteiliger üatur, wie aktivierte Kohle, Aluminium oxid bzw. Tonerde oder Siliziuciäioxid bzw. Kieselerde, ,.enn ! lcleinteilige öai-imelinaterialien verwendet werden, ergeben sich
Destillate irobleme. kleinteili^es material nei^t erstens dazu, _: seine losition innerhalb des Louitors zu verändern, wenn der
i.oüitor heruui^etrapen wird. \>enn die offenliegende überflache · des Satiiraelniaterials nicht glcitt ist, können sich unbestimmte
Konaentratione?;rudienten entvJickeln und uie Genauigkeit nachfolgender i.Gssunrjen Kann ^el^'aTdet werden, !iv/eitens kann, vjenn
es notwendig; ist, dos .Sairmeliuat^rial in ein gesondertes Gefäß
iur Analyse der ^,^-;isi:^eIten aase zu überführen, einiges des
Klein "bei Ii r en Latcpials insoweit verloren gehen, als es 'τηνοΐΐ-st-jndic aus dem Monitor entfernt wird; hierdurch werden zusätzliche Dehler in die i-.essnn^en getragen.

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BAD ORiGINAL

Daher bestent ein ^ertarf an -,j weckte ^:'.i..i" en ι iboaia zur T:..ujooilisieruni-. oder zur. Einfassen der ^!einteiligen -/.a^uelsPbsteu". in einer i;eise, die nicht dessen v'ertüöpen sur i-.ot:binierun^:' :_;,it :^:θό ausQ'ew.alten una su prüfenden Komponenten beeini;r:.chti- t und nicht die naenfol· -ende Analyse dsr ausf^ex-.'.hlten i-Ou^on&nten stört.

ι- it aer vorliegenden Erf indunr: v/ird dieser .^edarf wirksara befriedigt, indem ein I-rüf^er:.t bzw. Konitor vorgeschlagen wii.-d, in deui die kleinteili. ;e bammelsubstanz in eineui platten fiexiD±evi -■'iatt iuTiiobiIrisiert int, welches durch i-.ischen der Sauraelsubstmis iiiit einer w.,:rrir.en liispersion von i oiytetrafluordthylen (i .·...·'Ji) und folgende iiusforr-iun^ c-.es .reLiisches zu einem Koraposifrblatt gebildet wird.

Koi-ipositblattniaterialien aus 1-Jj¹L irad verschiedenen Ι···α11 er materialien sind bekannt. In der schiebenden Anmeldung· lj,3 öerial ί no. 027 V"ö5 vom ^.o. 1S'?7 der cleichen Anmelderin werden poröse ! 1 L'i'i.-Kouipositblattmaterialien hoher .öufi-festigkeit vorgesciilagen, j die verschiedene i'üllstoffe, einschließlich Kohlenstoff, oiliziuudioxid oder Aluminiumoxid enthalten, sowie ein Verfahren zu ihrer herstellung beschrieben. Das :51att wird als gleichmäßig porös beschrieben, was es zur Verwendung; als ü'i It er material, für elektrolytiscne wellen, als GasdiffusionsKerabran und für andere für P'i'i'E-Blätter bekannte Anwendungen geeignet macht.

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BAD ORIGINAL ^

Loi-positblätter, die aus ΐΊλϋ'ΐ und verschiedenen jYüliermateria-Iien gebildet sind, werden z.B. auch in den folgenden TjS-PS beschrieben: 2 ^y? 448, 3 G1C 53o, 3 315 020, 3 ⁴K)¹/ 24-y und ':> 4üy" G^b. Es war bisher nichb bekannt, daß bestimmte ü'ülleruaterialien verwendet werden können, ausgewählte gasförmige KOpponenten aus einen; Gasgemisch zur nachfolgenden Analyse zu sammeln. Der überraschende Befund, daB lcleint eiliges üanimelniaterial, s..o. Aktivkohle, in eineiii I'.L¹J¹Ji-blatt immobilisiert ist und äabei eigentlich seine _;';esauite !''ahi^keit, ir.it ausgevjahlten 383iörKiir;en i-att-rialien zu korabinieren, uehält und daß sorbierte Kouiponenten ohne weiteres vom -blatt desorbiert werden können, bildet die Grundlage der vorliegenden Erfindung.

^rfirjduii^r;s-.einoß wird eine verbesserte Einrichtunfr zur Lessung der Kenge mindestens einer ausgewählten Komponente in einenj j/lüssifrkeits- oder Gasfemiscb. vorgeschlageti. Die Einrichtung umfallt Gehuuseglieder, die eine flache Kammer mit einem offenen Ende bilden, eine Sammelschicht, die innerhalb der Kammer angeordnet ist, zum Kombinieren mit der ausgewählten Komponente und eine oder mehrere poröse Sc"h^ .chungsschichten, die von der Sauimelschicht getrennt und über dem offenen Ende der Kammer angeordnet sind. Die Verbesserung der Erfindung besteht in der j Verwendung eines Kompositblatts aus Polytetrafluorethylen und einem kleinteiligen Sammelmaterial als Sammelschicht. Das Pl¹JTE-Kourpositblatt liefert eine Sammelschicht, die sich als außerordentlich wirksam beim Sammeln der ausgewählten Komponente erweist. Sie böebet eine glatte ebene Sammeloberflache, die sich

Ι nicht verschiebt, ent se hie Lit et, Kanäle bildet oder in anderer ; weise die ±or-ition ändert, wenn die Einrichtung bewegt wird.

^! Auiterdei:* ist das ΡϋίΈ chemisch inert und stört nicht die Ent-, fernun^ der ausgewählten Komponente aus dem Blatt zur nachfol-

senden Analyse. Das kleinteilige Sammelmaterial ist in dem Blatt

immobilisiert, so daß nichts aus der Einrichtung wahrend der ^enutzunn; oder während der !überführung aus der Einrichtung zur Analyse verloren geht.

Eine weitere Ausführungcfora der Erfindung besteht in der Verwendung des l-i'i'E-Koriipositblattes als Schwächungsschicht, die von

! der Ijachweisschicht getrennt angeordnet ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann das äußerst poröse Blatt verwendet werden, um den Strom des Gases in die Kammer zu schwächen, und es dient zusatzlich als selektive Barriere zur Entfernung ausgewählter Komponenten aus dem Gas, die die Analyse nachteilig beeinträchtigen könnten. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Sammel-

j schicht ein Pii'E-Kornpositblatt sein oder sie kann ein anderer Typ von Satumelschicht sein, wie z.B. ein Goldfilm zur Prüfung von (quecksilberdampf.

Der hier benutzte -begriff "Sammelsubstanz¹¹ bezieht sich im weitesten Sinne auf kleinteiliges Material, welches eine susgewählte Komponente eines Flüssigkeits- oder Gasgemisches adsorbiert, aosorbiert, mit dieser reagiert oder in anderer V/eise kombiniert um die Komponente aus dem Gemisch zu entfernen. Zum Zwecke der weiteren Offenbarung werden die Begriffe "Sorbens" und "Sorbens-

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material" austauschbar n.it dem oerriff "j-Jainiin eigabe rial" benutzt.

Das in den honitoren der Erfindung ver-v/endete Ro:u^rOsitblattmaterial wird hergestellt durch Verdünnen eines ÜVil-lctex mit V/asser und Hinzusetzen des kleinteiligen Sorbenstnaterials. .Das erhaltene Gemisch wird verknetet, um eine homogene laste '-'u bilden. Die Paste wird nachfolgend unte"¹" .'-.-ildung eines dünnen Blattmaterials kalandert. Das Blatt wird dann bei r^J.aren '.0?uperaturen getrocknet, vorzugsweise unter -/akuun:, nm ein Konroositprodukt zu bilden, welches als oavnmelschicht \^rorwendet werden kann, die vernachlässigbare Verunreinigungen enthc.lt.

Das erhaltene Kompositblattmaterial ist glatt, flexibel und porös und besitzt eine ausreichende Zugfestigkeit, so daü es geschnitten, gerieben oder gehandhabt werden kann ohne bedeutenden Verlust des Sorbensmaterials. Trotz der Tatsache, daß das Sorbens innig in dem Komposit inkorporiert ist, werden die Sorbenseigenschaften desselben nicht bedeutend verschlechtert.

Der zur Herstellung des Blattmaterials verwendete HOTE-Latex ist eine wäßrige Dispersion von negativ geladene hydrophobe Kolloide enthaltenden Teilchen im allgemeinen Größenbereich von 0,05 bis 0,5 Mikrometer. Ein bevorzugtes Material ist Teflon 42, das 32 bis 35 Gew.-# Feststoffe des FTITE-Harzes enthält und von E.I.DuPont Go. erhältlich ist. Teflon 42 ist als technisches Rohmaterial besonders bevorzugt, da es kein wetzmittel enthält.

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i'eflon -J..L oder :-oi-, ähnliche !Produkte von E.I.DuPont, können gleichfalls verwendet werden, aber die hieraus geformten Kompoerfordern eine wärmebehandlung bei höheren 'Tempera

turen, κ.Δ. ^OO ⁰G, uu die Letzmittel zu entfernen.

Das 1-χ^ιΙ'Έ kann als idndemittel in dem Sorbensmaterial betrachtet

werden und bildet im allgemeinen etwa 5 bis 50 Gew.-jö des Kompo- ^; sitbiatts, vorzugsweise etwa 15 bis 25 Gew.-^. Der Rest des • Blattes ist im wesentlichen das oorbensmaterial in der bevor- : zugten Menge von 50 bis 95 Gew.-¹^, besonders bevorzugt 75 bis

ο5 Gew.-^!/>. In einigen Italien kann jedoch ein Teil des Sorbens- ! materials durch kleinteiligen wichtsorbens-ü'üllstoff ersetzt

sein. Zum Beispiel können bis zu etwa 5° % des kleinteiligen j Laterials Ifichtsorbens-Fiillstoff sein, wenn der Monitor auf kurze E^cponierungsperioden und/oder niedrige Konzentrationen

an zu prüfenden Dämpfen beschränkt werden soll.

Das oorbensmaterial ist im allgemeinen ein kleinteiliges Material relativ feiner 'Teilchengröße und mit großer wirksamer Oberfläche. Zum Beispiel enthält die bevorzugte aktivierte Kohle, die typischerweise eingesetzt wird, i'eilchen kleiner als etwa 45 Mikrometer im Durchmesser (etwa 75 $ kleiner als 25 mikrometer, 50 fr kleiner als etwa 12 Mikrometer und 5 % kleiner als 5 Mikrometer). Im allgemeinen passieren die Teilchen ein Sieb von 0,037 mm lichter Maschenweite (400 mesh U.S.Screen).

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Das für das Sorbensrnaterial in diesem Lomposit verwendete kleinteilige Material nimmt; bekanntlich Dämpfe von Lmweltbelastungen aus einer umgebenden Atmosphäre auf. Sie r.iüssen im wesentlichen in Wasser unlöslich sein. Aktivierte Kohle, Aluminiumoxid (Tonerde) oder Siliziumdioxid (Kieselerde) sind Beispiele für geeignetes borbensmaterial. Daneben können auch organische chromatographische Substanzen, wie Ohromoßorb, ein Gopolymerisat aus Styrol und Divinylbenzol in j'orm von Perlen, erhältlich von Johns-Kanville, in dem Eomposit verwendet werden.

Wie bereits angedeutet, kann ein Füllstoff anstelle eines Teils des Sorbenamaterials eingesetzt werden. Der Füllstoff kann aus Ton, Talk, Titandioxid, Calciuincarbonat und dergl. bestehen, seine Teilchengröße ist vorzugsweise kleiner als etwa 4-5 Mikrometer.

Die PTFE-Dispersion (die im allgemeinen etwa 35 9' Feststoffe enthält) wird mit genügend zusätzlichem \iasser und dem kleinteiligen Material gemischt, um eine homogene Paste zu bilden. Je größer die Teilchengröße des verwendeten Sorbensmaterials, umso weniger Wasser ist erforderlich, um die Paste zu bilden»

Die Paste oder kittartige hasse wird dann in eine Kalandriereinrichtung überführt, wo sie zwischen Walzen, die vorzugsweise bei etwa 50 ⁰G bis etwa 100 ⁰G gehalten werden, kalandert wird, um das Blattmaterial zu bilden. Vorzugsweise sind die Kalanderwalzen aus einem starren Material, wie Stahl. Eine geeignete

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¹ Kal-r,nari er einrichtung weist ein iaar von entgegengesetzt dreh-■ baren Kalanderwalzen auf, wobei jede derselben beheizt und eine ' von ihn en gegenüber der anderen justiert werden kann, um den , Abstand oder 8paIt zwischen beiden zu reduzieren. 'Dypischerweise wird der Abstand auf eine Einstellung von etwa 10 bis 20 ram für den Anfangsdurchgang der kasse eingerichtet, und, wenn der Kalanderprozeß fortschreitet, wird der Abstand so reduziert, daii ein ^latt aus porösem flexiblen, leicht zu handhabendem ■olattEaterial erzeugt wird. Das nach Passieren der Kalander-' walzen geformte blattmaterial kann gefaltet und um 90° gedreht '. werden, uuj die Festigkeit des fertigen Blattmaterials zu ver- : bessern. Qem'aL· einer bevorzugten Kalanderung wird das Falten unc ; ureaen der hasse nach jedem Durchgang vorgenommen. Die Stärke : des vollständigen porösen Kompositsorbensmaterials beträgt j etwa 0,1 bis 2,0 mm, wobei eine bevorzugte Stärke bei etwa 0,3 bis ü,ö mm liegt.

i Das erhaltene kalandrierte olatt wird getempert, vorzugsweise ! unter Vakuum, um ein poröses Sorbensblattmaterial mit nur ; minimalen Verunreinigungen zu erhalten, die den nachfolgenden [ Analysengang beeinträchtigen könnten. Der Heizschritt wird einfach in einem Vakuumofen bei 1^0° bis 300 ⁰G 0,5 bis 5»0 Stunden bei Atmοsphärendruck bis zu einem Vakuum von etwa 100 üorr ausgeführt. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, daß das Tempern bei einer höheren Temperatur unter Vakuum weniger ioeit erfordert, um Verunreinigungen zu entfernen, während ein Tempern bei niedrigeren Temperaturen und Atmosphärendruck

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längere Zeiten beansprucht. Das i'empern bei höheren Temperaturen, z.B. 300 °0 langer als etwa 20 hinuten, kann daau führen, dall das islatt spröde wird. Es wird bevorzugt, ©in Vakuum mit einem absoluten Druck von etwa 30 - 125 x'orr bei einer temperatur von I50 ⁰G für etwa 3,0 '.Stunden anzuwenden.

■l'rotz der Tatsache, daß das Sorbensmaterial so gut ein"ebunden ist, daß das Blattmaterial eine merkliche Zugfestigkeit zei^t und ohne Verlust des Sorbens geschnitten, _t erieben oder ;~e boren werden kann, tritt relativ wenig oder gar kein Verlust an Sorbenseigenschaften ein. Die wirksame Oberfluche des Torbens bleibt praktisch unverändert trotz dessen Inkorporierung in der ΡϊΙΈ-hatrix. Zum .Beispiel w.ist eine Probe aus Kohlenstoff mit einer wirksamen Oberfläche von 917 m^ pro g, inkorporiert in Teflon 4-2-Dispersion mit 80 ^c,h Kohlenstoff, eine wirksame Oberfläche von 734 m /g des .ulattmaterials auf. Die wirksame Oberfläche wurde durch Stickstoffadsorption bestimmt.

Proben aus Teflondispersion-Kohlerstoff-Blattmaterial wurden verschiedenen organischen Dämpfen ausgesetzt, die Dämpfe mit OS2 extrahiert und durch Gaschromatographie analysier-¹-. Die Baten der Tabelle I geben di ο Gewinnung des organischen Dampfes

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i'abelle I

' Cyanic eher Ii3^rüpf >6 Grewianunt.

I eptan 1G3 , -L'oiuol 97

! OhiorbensoT Q/+

i -;enzol 90

ι Lethylatlvlketon 94

Lonitoren, die diese Üorbensbi,..tter als Sarnmel- oder kollektorschichten ver.enden, können zur Irüfung auf Kethyläthylketon, rienzol, ü.thanol, Heptan, toluol, Ghlorbenzol, 'frichlorktiaylen, , 3ctiwefeldioxid, Chlor, Aumoniak, Schwefelwasserstoff und Chlor- : Wasserstoff und andere Materialien aus Umwelteinflüssen eingej setzt v;erden. Der monitor wirdlder Umgebung eine vorgegebene

Zeitlang ausgesetzt und im allgemeinen in Nähe der Atmungszone des l'rugers postiert, xienn er als Personentnonitor verwendet vjird. i;ach der Exponierungsperiode werden die gesammelten Dämpfe mit einem Eluiermittel wie Bchwefelkohlenstoff aus der Sammelschicht desorbiert. Ein Aliquot des das gesammelte Material enthaltenden Eluiermittels wird unter Anwendung üblicher 'fechniken, wie Gaschromatographie, analysiert«

Andererseits können die Sorbensblätter räumlich getrennt von der Sammelschicht angeordnet und zur Schwächung des Gasstroms in die Kammer des Monitors verwendet werden. In dieser Stellung

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kann das Blatt als selektive barriere aur Entfernung bestimmter vorgewählter Dämpfe dienen, die die Analyse stören könnten, und die au analysierenden Dämpfe zur Bammelschicat hindurchtreten lassen. Zum Beispiel verwendet ein Quecksilberdampfmonitor, wie er in der US-PS 3 924 219 beschrieben ist, einen Goldfilm als Sammel(Hachweis)schicht für den quecksilberdampf. Die Gegenwart von Chlor in einer Umweltprobe kann die genaue Kessunrr der Ken ge: Quecksilberdampf beeinträchtigen. Demgemäß ist es erwünscht, das Chlor auszufiltern, bevor es die Goldfilm-Sammelschicht erreicht. Dies kann geschehen, indem man ein U¹Uter aus einem porösen PTFE-Zeolith-Kompositblatt vorlegt, in welchem der Zeolith mit einem Überschuß an lO^igem iM-Fhenyldiisopropanolamin in Äthanol umgesetzt und nachfolgend unter Formung des Blattes verarbeitet worden ist. Das Blatt filtert selektiv Chlor aus, während es durch Durchtritt von Quecksilberdampf gestattet.

Die verbesserten honitoren der Erfindung werden weiter anhand der folgenden nichtbeschränkenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung von ΡΤΙΈ-Kohlenstoff-Kompositblättern zur Verwendung als honitoren für organische Dämpfe. Der Effekt der variierenden Kohlenstoffmenge in dem Blatt auf verschiedene physikalische Eigenschaften des Blattes wurde bestimmt.

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Ide folgenden Blätter wurden hergestellt:

Probe

1 2 3 4 5 6

Kohlenstoff gewicht	Gewicht der ΡΤΪΈ-Dispersion	Volumen entionisiertes V/asser
90 e	29 g	180 ml
70	29	140
50	29	100
40	29	80
30	29	60
20	29	40
10	29	20

Der verwendete Kohlenstoff war Witco Activated Charcoal, Type 965, der zuvor gemahlen und klassiert worden ist, um restliche i'einteilchen zu entfernen, und dann bei 600 ⁰O unter Stickstoff 1 Stunde oder zur Entfernung möglicher Spuren an organischen Verunreinigungen wärmebehandelt wurde. Die endgültige Teilchengröße wurde bestimmt und lag überwiegend zwischen 7 und 31 l-jikrometer. Das eingesetzte ΡΤΙΈ wurde von E.I.DuPont Co. unter der Handelsbezeichnung Teflon 42, wäßrige Teftflon-Dispersion mit 34,4 % Feststoffen erhalten. In jedem Fall wurde das entionisierte Wasser zur Dispersion von Teflon 42 zugegeben. Das verdünnte Teflon 42 wurde dann zum Kohlenstoff gegeben. Das Gemisch wurde geruht und dann mit Hand unter Bildung einer homogenen Paste verknetet.

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Die Kohlenstoff-Teflon-V-'TSser-Faste wurde dann in ein sich selbsttragendes Blatt überführt durch Verarbeiten auf einer zweiwalzigen Kautschukmühle mit hetallwalzen, die auf eine Temperatur von 80 ⁰G eingestellt waren. Die Walkprozedur war wie folgt:

1. Der Abstand zwischen den beiden hetallwalzen wurde auf etwa 0,6 cm eingestellt. Die Walzen wurden in entgegengesetzten Richtungen gedreht und waren so angeordnet, daß das in den Spalt eingegebene Material in den Spalt gezogen und unter Scherkräften kalandert wurde.

2. Die homogene Paste wurde 20mal zwischen den Walzen gewalkt. Zwischen Jedem Durchgang wurde das Material einmal gefaltet und um 90° zur -Richtung des vorherigen Durchgangs gedreht.

3. Der Walzenabstand wurde auf etwa 0,3 cm herabgesetzt. Das Material wurde wie zuvor zwischen die Walzen geführt, gefaltet, um 90 gedreht und zwar über zehn Durchgänge.

4. Her Walzenabstand wurde dann in kleinen Schritten ohne wei ter·» Jalten oder Drehen des Blattes reduziert, bis die

Blattendstärke erreicht war.

5- Die yilee wurden dann in einem Vakuumofen 3 Stunden bei 150 0 und einem Vakuum mit einem absoluten Druck von 50 Torr getrocknet. Die Blätter waren alle etwa 0,3 mm stark.

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-Ιο

Die Blattproben wurden dann zu kreisrunden Plättchen unter Verwendung einer btanzschablone von 3»0 cm geschnitten. Die Plättchen wurden zur Durchführung der Eignungstests eingesetzt, mit Ausnahme der Bestimmung der Porosität und Zugfestigkeit, die mit den .tslattproben selbst bestimmt wurden. Die durchgeführten Kigenschaftstests werden wie folgt beschrieben:

(1.) Volumen und Dichte: Die Plättchen wurden auf einer Analysen waage ausgewogen und die Stärke mit einem Mikrometer gemessen. Plattchenvolumen und Dichte wurden berechnet. Das Kohlenstoffgewicht in jedem Plättchen wurde durch Multiplizieren des Plättchengewichts mit den Prozent Kohlenstoff i'rockengewicht im Ansatz berechnet.

(<±.) Adsorptionskapazität: Die Adsorptionskapazität wurde getestet, indem die Plättchen in eine Kammer mit gesättigtem Tetrachlorkohlenstoffdampf (CCl^,) 1 Stunde bei Raumtempera· tür gesetzt und die Gewichtszunahme bestimmt wurde. Die GGl^-Aktivität wurde berechnet durch Dividieren der Gewichtszunahme durch die Plättchenstärke. Die Gewichtszunah· me in g wurde auch durch das Gewicht in g des Kohlenetoffs in jedem Plättchen dividiert.

(3·) Porosität; Die Porosität wurde mit einem W.&L.E.Gurley Densometer, Model 4200, gemessen. Der aufgezeichnete Wert v.'ar die Zeit (in Sekunden), die zum Durchtritt von 10 evr

Luft durch eine Fläche von ^,45 cm des Blatte bei ein·»

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Dii'i'erentialdruck von 0,03 iJtandardst^osph-.ren erforderlich war.

(4.) Auswascheffizl^nz: Die Plättchen wurden in einzelne flache Behälter mit Decke.!η gesetzt. Eine Spritze wurde benutzt, um 2,0 /Ul Methyläthylketion (KEK) zu jedem Plättchen zu geben, der Deckel zugeklappt und die verschlossenen Behalter über Nacht stehen gelassen. Am nächsten Tag wurden 1,5 ml Schwefelkohlenstoff (0S_P) zu den behältern gegeben. Hach 30 Min. wurden 2 Mikroliter-Proben der Flüssigkeit abgenommen und in einen Gaschromatograph, Hewlett Packard Model 5Ö4-0A, gespritzt. Proben einer Standardlösung aus 2,0 Mikrolitern MEK in 1,5 ml GS₂ wurden ebenfalls injizier (2 yUl). Die Auswascheffizienz (# MEK-Aufnähme) wurde durch Vergleich der MEK-Peakfläche der unbekannten und der Standardprobe bestimmt.

(5·) Zugfestigkeit; Die Blattzugfestigkeit wurde auf einem Th Model Instron unter Verwendung von 2,54 cm-Streifen bei einer Backentrennung von 2,54 cm und einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 2,54 cm/Min, gemessen. Die Einheiten sind

in kp/cm angegeben.

Die erhaltenen Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt:

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co
O
co

Tabelle I

Probe Kohlenstoff Plättchen- Plättchen- Plättchen- CCl₄ CCl₄ Gurley- MFK Zugfestig-Nr. (Gew.-!) stärke gewicht dichte Adsorbiert Aktivität Porosität Aufnahme keit (mm) (g) (g/cm ) (mg) (mg/mm) (see) (%) (Kp/cm )

1 90.0 0.38 0.196 0.721 101.5 267 1.1 97.5 4.78

2 87.5 0.38 0.201 0.738 106.0 279 2.3 100.5 9.42

3 83.3 0.39 0.216 0.767 107.6 276 3.4 101.1 13.5

4 80.0 0.33 0.192 0.806 89.6 272 4.5 98.2 19.0

·*- 5 75.0 0.38 0.229 0.842 100.2 264 5.8 96.4 17.2 ο

JJ 6 66.6 0.37 0.244 0.926 92.9 251 11.2 101.4 27.4 ""*■ 7 50.0 0.38 0.315 1.157 96.1 253 61.1 103.4 66.2

ro ο co

Diese Daten zeigen, daß eine höhere Kohlenstoffbeladung eine größere Porosität, niedrigere Blattdichte und geringere Zugfestigkeit ergab. Die Blattsorptionseigenschaften blieben praktisch konstant, alle Blätter in diesem Versuch waren zur Verwendung in Monitoren für organische Dämpfe geeignet. Die Formulierungen können auf einzelne Anwendungsformen zugeschnitten (manipuliert) werden.

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert den Effekt der variierenden Stärke des PTEE-Sorbens-Kompositblatts.

Eine homogene Plaste wurde aus 40 g Aktivkohle, Witco Type Activated Charcoal, 29 g Teflon 42 wäßriger Teflon-Dispersion und 80 ml entionisiertem Vfasser gebildet. Sich selbstragende Blätter wurden genau wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der letzte Abstand des Kautschukwalkwerks variiert wurde, um einen Bereich der Blattä&rken zu erreichen. Die Proben wurden unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Prozeduren getestet.

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Probe Plättchen- Plättchen- Plättchen- CCl₄ CCl₇, Gurley- MEK

stärke gewicht dichte Adsorbiert Aktivität Porosität Aufnahme

(mm) Cg) Cg/cm ) (M) ftng/mm) Csec) (%)

6.2 (0.16)

8.0 CO.20)

13,1 CO.33)

30.3 (Ο.77)

0.090 0.119 0.192 0.415

0.803 0.823 0.806 0.755

42.2

58.8

89.6

194.5

264 294 272 253

1.7 2.6 4.5 7.9

97.4 98.3 98.2 96.3

Nl

K) CD CO

Die obigen Baten zeigen, daß nur die Lampfkapazität (UCl^. adsorbiert) und Gurley-Porosität wesentlich durch die ]?i Im stärke beeinflußt werden. Daher kann die Blattstärke benutzt werden, um diese Eigenschaften gegebenenfalls für speziell vorgesehene Anwendungen einzustellen.

Die Beispiele 3 bis 7 sollen zeigen, daß eine Vielzahl von Sorbensmaterialien in den Kompositblattern verwendet werden kann und daß eine brauchbare Sorbensaktivität im Blatt erhalten bleibt.

Beispiel 3

Eine Probe aus Aktivkohle, Witco Type 965 Activated Charcoal, wurde gemahlen und durch ein 0,037 mm-Sieb gesiebt, um eine Teilchengröße zu erhalten, die vorwiegend zwischen 5-25 foikron lag. Die Aktivkohle wurde dann 1 Stunde auf 600 °0 erhitzt. Eine homogene Paste aus 80 g Kohlenstoff, 60 g wäßriger Teflon-42-Mspersion (34,4 $ Feststoffe) und 160 g entionisiertes Wasser wurde hergestellt und zu einem 0,38 mm-Blatt durch wiederholtes Hindurchführen durch ein Zweiwalzen-Kautschukwalkwerk mit Stahlwalzen bei 80 ⁰O wie in Beispiel 1 ausgeformt. Das Blatt wurde dann in einem Ofen bei I50 ⁰G 3 Stunden unter Wasserstrahlvakuum (etwa 50 Torr absoluter Druck) getrocknet. Aus diesem Blatt wurde ein rundes, 3,0 cm Durchmesser messendes Plättchen geschnitten und ausgewogen. Das Gewicht des Kohlenstoffs in dem Plättchen wurde berechnet. Es wurde auch eine etwa gleiche fcenge

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des gemahlenen, gesiebten und getemperten Ausgangskohlenstoffpulvers ausgewogen. Die Kohlenstoffplättchen- und Kohlenstoffpulverproben wurden beide in eine Kammer mit gesättigtem Benzoldampf in durch mit Metall beschwerte Schüsseln gesetzt. Nach drei Ta^ovi wurde die Gewichtszunahme für jede Probe festgestellt Die Sorbensaktivität wurde berechnet durch Hochrechnen der Gewichtszunahme pro Gramm Kohlenstoff. Die erhaltene Aktivität für das Kohlenstoffplättchen war 0,298 g Benzol/g Kohlenstoff, verglichen mit einem Wert von 0,293 g Benzol/g Kohlenstoff für die Stammkohlenstoffprobe. Demzufolge war die Sorbensaktivität für das PTFE-Kohlenstoffblatt eigentlich identisch mit derjenigen des freien Kohlenstoffs.

Beispiel 4-

Eine Probe aus Ohromosorb 102 (Johne-Manville, ein porösee Styrol-Divinylbenzol-Oopolymer mit einer wirksamen Oberfläche im Bereich von 300 - 4-00 m /g) wurde mit einem Mörser und Pistill gemahlen und dann durch ein Sieb mit lichter Maechenweite 0,105 mm gesiebt. Eine homogene Paste wurde aus 5 g Ghromosorb 102, 3,75 g Teflon 42, 7 ml entionisiertem Waseer und 2 ml Methanol hergestellt. Das Methanol war notwendig, um eine Benetzung des Chromosorbs herbeizuführen. Die Paste wurde dann wie in Beispiel 1 beschrieben kalandert, um ein eich selbet{-tragendes Blatt von etwa 0,38 mm Stärke zu erhalten, und 3 Stunden bei 150 ⁰G in einem Vakuumofen bei einem absoluten Druck τοη etwa 50 Torr getrocknet. Die Sorbenaaktivität wurde bestieet

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durch Vergleich des durch das Blatt absorbierten .ßenzolgewichts mit dem Stammabsorbensmaterial, d.h. wie in Beispiel 3. Die Absorptionskapazität des Chromosorb 102/ißeflon 42-.ßlattes war O,769 g Benzol/g Ghromosorb 102, verglichen mit einer Aktivität von 0,750 g Benzol/g Ghromosorb 102 für das Steinmaterial.

Beispiel $

Eine Probe aus Pisher Silica Gel Grade 42 wurde mit hörser und Pistill gemahlen, durch ein 0,105 mm-Sieb gesiebt und zu einem PTSE-Konpositblatt verarbeitet. Der Ansatz enthielt 20 g geaiebtes Kieselgel und 15 g Teflon 42. Kein zusätzliches Wasser war notwendig. Das Kompositblatt wurde wie in Beispiel 1 beschrieben ausgeformt. Nach Trocknen bei I50 ⁰G für drei Stunden iffl Vakuunofen wurde die Sorbensaktivität des Films mit derjenigen dca Stammsorbensmaterials in einer mit gesättigtem Äthanol— dampf gefüllten Kammer bei Raumtemperatur verglichen. Die Aktivität de» Teflon-gebundenen Mlms war 0,204 g Äthanol/g Kieselgel, verglichen mit 0,265 g Äthanol/g Kieselgel für das Stamm-■•terial.

£ei»piel 6

Bin· Probe von Activated Alunina (Mathoson, Goleman and Bell) wurde wie in Beispiel 5 gemahlen und gesiebt. Eine homogene Paste wurde aus 20 g aktiviertem Aluminiumoxid, 15 g Teflon 42-Diepexeion und 7 ml ezrtionisiertem Vasser gebildet. Die Paste _ „ __ 18/0111

wurde wie in Beispiel 1 kalandert, jedoch waren weniger Kalandrierdurchgange erforderlich, um eine geeignete Zugfestigkeit zur handhabung zu erreichen. Das Blatt wurde 3 Stunden bei 150 ⁰O in einem Vakuumofen getrocknet. Die Sorbensaktivität des ülattes wurde verglichen mit derjenigen des Stanmisorbens in der Kammer mit gesättigtem Äthanoldampf. Die Ergebnisse wurden durch die Tatsache kompliz: ---t, daß soxiohl der EiIm als aucli ias Stammsorbens schnell Feuchtigkeit aus der Luft während der Handhabung adsorbierten. Die Sorbensaktivität des Blattes ergab sich mit 0,117 S Äthanol/g aktiviertes Aluminiumoxid, verglichen mit 0,071 Äthanol/g aktiviertes Aluminiumoxid für das Stauiffisorbens. Überraschenderweise war die Sorbensaktivität des Blattes größer als die des Stammateriala.

Beispiel 7

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Sorbensteilchen größerer Teilchengröße zur Bildung von ΡΤΪΕ-Kompoeitblättern.

8 g Tenax GC (0,25 x 0,177 mm), ein poröses Polymerieat des 2,6-Diphenyl-p-pb.enylenoxids, entwickelt von Akao Research Laboratories, wurde mit 5,9 g Teflon 30 (eine 34#ige Suspension von Teflon-Kikroteilchen in mit 4 % Triton X 100 stabilisiert·« Wasser) und genügend Extrawasser zu einer homogenen Paste geformt. Die Paste wurde dann zu einem Blatt von 0,50 »■ Stärk· durch wiederholtes Hindurchschioken durch ein aus Stahlwalzen bestehendes Zwe±walzenwalkw«rk, das auf 50 ⁰O gesetzt war, aus-

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geformt. Das Material wurde dreimal kalandert von einer Ausgangsstärke von 0,5 cm zu einer Endstärke von 0,5 mm. Der Film wurde nach den ersten beiden Malen gefaltet und um einen Winkel von 90 versetzt in die Walzen eingelegt. Es wurde ein selbsttragendes Blatt erhalten.

Beispiel 8

Dieses Beispiel erläutert ein ΡΤΙΈ-Kohlenstoff-Kompositblatt, das einen inerten !Füllstoff enthält.

60 g Kohlenstoff ([Teilchengröße 37 bis 15 Mikrometer) wurden mit 20 g Kaolin, einem anorganischen Tonfüllstoff, und 20 g Teflon 30-FeStStOffen gemischt. Genügend Wasser wurde zugesetzt, um die Peststoffe zu einer homogenen Paste zu verarbeiten. Die Paste wurde dann zu einem Blatt, 0,5 mm stark, durch wiederholtes Hindurchgehen durch ein Stahlwalzengummiwalkwerk, auf 50 ⁰O gesetzt, ausgeformt. Das Material wurde von einer Anfangsstärke von 0,5 cm auf eine Endstärke von 0,5 mm dreimal gewalzt. Das Blatt wurde nach den ersten beiden Malen gefaltet und in die Weizen unter einem 90°-Winkel eingelegt. Das erhaltene Blatt wurde in einem Muffelofen unter ein«ra Stickstoffstrom bei 300 ⁰O 20 Minuten getrocknet, um das Wasser und in Teflon 30 enthaltenes Triton X 100 zu entfernen. Das erhaltene Blatt war geschmeidig» fest und frei von irgendwelchen Auswerfungen.

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Beispiel 9

Dieses !Beispiel erläutert ein PTJi¹E-Kopositblatt zur Verwendung als selektive Barriere in einem Quecksilbertnonitor, um störendes Chlor auszufiltern.

Ein Fl'FE-Zeolith-Kompositblatt wurde durch gleichförmiges frischen von 40 g Linde Wr. 54-1 Molekularsieb, 16,5 g teflon 30 (59>7 i- feststoffe) und 60 g entionisiertem Wasser hergestellt. Die erhaltene homogene Paste wurde bei 80 ⁰C wie in Beispiel 1 zu einem 0,4-3 mm-Blatt kalandert und das Blatt bei Kaumtemperatur luftgetrocknet.

Im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung als selektive Barriere und die entsprechend notwendigen guten Porositätseigenschaften wurde die Blattporosität unter Verwendung eines Gurley-HPS-I'esters Kodel 4-200 gemessen. Bei einem Differentialtestdruck von 0,03 Standardatmosphären waren 16,5 Sekunden erforderlich,

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um 10 cnr Luft durch 6,4-5 cm der Probe durchzuschicken. Dies ist sehr günstig, verglichen mit 35 Gurley-Sekunden für Celanese Oelgard 2500, und zeigt, daß die Porosität des PTFE-Zeolith-Kompositblatts annehmbar ist.

Dann-wurde das Blatt mit einer überschüssigen Lösung aus 10#igem N-Phenyldiisopropanolamin (Isonol) in Äthanol gesättigt und die nicht mitgeschleppte überschüssige Lösung abgestreift.

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Nach Trocknen -wurde das kombinierte Isonol-Zeolith-l'eflon-Blatt als Chlorgasfilter wie folgt getestet. 10 ppm Ohlorgas wurden in einer Kammer auf einer Seite des Testfilras umlaufen gelassen. Eine Goldfilmnachweisschicht, wie in der DB-PS 3 950 980 beschrieben, wurde benutzt, um die Zeit zu bestimmen bis zum Chlordurchbruch. Die Durchbruchzeit wurde durch dessen der Änderung im elektrischen Widerstand des Goldfilms bestimmt und betrug mehr als 90 Minuten. Dies zeigt einen über 15stündigen Schutz bei dem Ghlor-Schwellengrenzwert von 1 ppm an.

In Einklang mit der Notwendigkeit zum Ausfiltern des Chlors, während Quecksilberdampf durchtritt, wurde das Blatt dann auf die Außenfläche des 3M Brand Mercury Vapor Monitor No. 3600 unmittelbar unterhabjl und benachbart zu dem irn Produkt verwendeten Celgard-Standardbarrierefilm befestigt. Der Monitor wurde mit 0,1 mg Hg/nP Luft 8 Stunden lang exponiert und die Änderung im Widerstand des Goldfilms betrug 7,3 %, verglichen mit 8,9 % für Standaxdkontrollproben ohne die selektive Barriere. Dies zeigt die Brauchbarkeit des Pilms als quantitative Chlorbarriere welche von Quecksilberdampf passiert wird.

Beispiel 10

Die*ea Bei»piel erläutert ein helamin-Teflon-Kompositblatt für •ine selektive Barriere zum Ausfiltern von Chlorgas und Durchgang von Quecksilberdampf.

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Ein helaiiiin-JJlatt von 99 ρ (Aldrich) wurde hergestellt durch gleichmütiges frischen von 30 g Teflon 42 (34,4 Vo Feststoffe) mit 40 g kleinteiligem Melamin und 5 S entionisiertem Wasser. Das Tiaterial wurde wie in Beispiel 8 zu einem 0,43 mm-Blatt verarbeitet.

Der Gurley-Porositätstest de^Beispiels 1 zeigte eine akzeptable Filmporosität von 75 Gurley-Sekunden. Der Chlor-Widerstandstest des Beispiels 8 zeigte, daß das Blatt Chlor für mehr als 295 Mnuten blockierte. Die Quecksilberdampf durchlässigkeit ergab sich zu 26 % des Standards nach der in Beispiel 8 angewendeten methode.

Dr.Ro/He

Claims

Ί 1.) Kin r ichtun ν zur i-.essun^" cUr ". .eu^e ·'indesteijc einer euc eiv-hi-j ten komponente in eineü; j/'lü.ssi'-iveits- oder -..-og. _e:.iif;c", "eiche GeiutUseglieder, die eine flache "KotiKor v:it eino^;. ori'enen Ende bilden, eine innerhalb dieser Ka um er ari^eorcinebe SammeIschicnt zum SaKmeln der ausgewählten Kou^onente und ί mindestens eine räumlich von der oarnmelschicht -«trennte und über dem offenen Ende dieser Kammer angeortmete poröse Schw-Ächungsschicht aufweist, dadur ch .^ekenn ζ ei c nn et, daß die oavumelschicht ein poröses iolytetrefluorathylenblatt aufweist, das eine wirksame i.en^e eines kleinteilif.en 3orbens für diese ausgewählte Komponente enthält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch bekennζeicanet, daß dieses Polytetrafluoräthylenblatt 5 bis 'jO Gev, .-,-■ iolytetrafluoräthylen enthält.

Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch bekennζeicnnet, dieses Polytetrafluorithylenblatt 'jO bis V5 Gew.->) dieses kleinteiligen Sorbens enthalte

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BAD ORIGINAL

nee α miz'ovucw 3, dadurch aekermzei ebnet;, ua£ aieses . olvtotrof Iuorotic lenblatb ?;? bis o5 ^ew.-;;,- dieses L lexuteili'en j-orbens enthalt.

,.anriet bun-;; n-scu anfror uc li. i, dad ur c h [c eke nn ζ ei c anet, daß die r:.istiere jjexlcneuirohe dieses Sorbens kleiner als 4p ι ikroist.

::·. _iinrichcun nacti Ansircuch 1, dscinreh pekennzeichnec, dais dieses Lorbens eus der Cruppe: kohlenstoff, Aluminiumoxid una oiiiziutudioxid (-.L'onerde und Kiesele^de) , auscew---h.lt ist.

/. .^inr-icntun- naciü Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ι öl- tefcrafluorr.thylenblatt außerdeui bis zu etwa A- 'revj.-Λ' eines iichtsorbens-I^üllstoffs enthält.

&. jjiinrichtunr; zur !,essun^ der henge mindestens einer ausgewählten komponente aus einem Flüssigkeits- oder Gas''eu.isch, i.-Glche Geh-useglieder, die eine flache Kammer uit einem offenen jLnde bilden, eine innerhalb dieser Kammer angeordnete ba-.melschicht zum Bammeln dieser ausgewählten komponente und mindestens eine von dieser Sammelschicht räumlich getrennte und über dem offenen Ende dieser Kammer entgeordnete poröse üciiwitchungsschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dai; mindestens eine dieser Schwachungsschichten ein poröses Pol;-tetrafluoräthylenblatt aufweist, das eine wirksame Kenge eines Sorbens für mindestens eine Komponente enthält.

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BAD ORiGlNAL

V· Einricntunf·; nach Anspruch ο, eie :-. urcn ^eί;enngeic ·ν.^g, d8, dieses Torbens rait übersc:-'ür.-si^f-e..i ιΐ-χΐΐβϊΐ^Ιάϋοο^Γο^-^ιιοΙ umgesetzter ^.eolith i.-o.

10. Einrichtung nsca ^.nsprucr- ■:', dsoureIi r.ekermseiciii:et, de" dieses Sorbens Lelamin ist.

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ORiGiNAL