DE2842031C2

DE2842031C2 -

Info

Publication number: DE2842031C2
Application number: DE2842031A
Authority: DE
Inventors: Leigh E. St. Paul Minn. Us Nelson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1977-09-26
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1987-05-27
Also published as: GB2005016B; GB2005016A; FR2404220A1; CA1116063A; DE2842031A1; FR2404220B1; US4208194A; JPS6142810B2; JPS5458085A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Analysieren der Menge einer Komponente in einem Flüssigkeits- oder Gasgemisch, insbesondere ein Prüfgerät für den persönlichen Gebrauch zur Bestimmung des Exponierungsgrades eines Menschen gegenüber schädlichen Dämpfen und Gasen in der Umgebungsluft.

Prüfgeräte für Personen des hier beschriebenen Typs sind bekannt und werden in den US-PS 39 24 219 und 39 50 980 beschrieben. Diese Prüfgeräte können an der Kleidung in enger Nachbarschaft zur Atmungszone des Trägers befestigt werden. Im allgemeinen weisen diese Prüfgeräte (Monitoren) Gehäuseglieder auf, die eine flache Kammer mit einem offenen Ende bilden. Innerhalb der Kammer ist eine Sammelschicht angeordnet, die die bestimmte Komponente aus der Luft sammelt. Über dem offenen Ende der Kammer und von der Sammelschicht getrennt befinden sich eine oder mehrere poröse Schwächungsschichten, um ein Auftreffen bewegter Luft auf die Sammelschicht zu verhindern, damit die zu messenden Komponenten die Sammelschicht durch Diffusion erreichen.

Die in diesen Monitoren verwendeten Sammelschichtsubstanzen sind Materialien, die die zu messenden Komponenten adsorbieren, absorbieren, mit diesen reagieren oder in anderer Weise kombinieren. In einigen Fällen ist die Sammelschichtsubstanz von kleinteiliger Natur, wie aktivierte Kohle, Aluminiumoxid bzw. Tonerde oder Siliziumdioxid bzw. Kieselerde. Wenn kleinteilige Sammelschichtmaterialien verwendet werden, ergeben sich bestimmte Probleme. Kleinteiliges Material neigt erstens dazu, seine Position innerhalb des Monitors zu verändern, wenn der Monitor herumgetragen wird. Wenn die offenliegende Oberfläche des Sammelschichtmaterials nicht glatt ist, können sich unbestimmte Konzentrationsgradienten entwickeln und die Genauigkeit nachfolgender Messungen kann gefährdet werden. Wenn es notwendig ist, das Sammelschichtmaterial in ein gesondertes Gefäß zur Analyse der gesammelten Gase zu überführen, kann zweitens etwas kleinteiliges Material insofern verloren gehen, als es unvollständig aus dem Monitor entfernt wird; hierdurch werden zusätzliche Fehler in die Messungen getragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus zu schaffen, die in der Sammelschicht Mittel zur Immobilisierung oder zum Einfassen der kleinteiligen Sammelschichtsubstanz in einer Weise enthält, wodurch das Vermögen zur Kombinierung mit den zu prüfenden Komponenten nicht beeinträchtigt und auch die nachfolgende Analyse der Komponenten nicht gestört wird.

Hierzu schlägt die Erfindung die Vorrichtung nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 8 mit jeweils bevorzugten Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2-7 und 9-10 vor.

Die Erfindung stellt ein wirksames Prüfgerät bzw. einen Monitor bereit, in dem die kleinteilige Sammelschichtsubstanz in einem glatten flexiblen Kompositblatt immobilisiert ist, welches durch Mischen der Sammelschichtsubstanz mit einer wäßrigen Dispersion von Polytetrafluorethylen (PTFE) und der folgenden Ausformung des Gemisches zu einem Kompositblatt gebildet wird.

Kompositblattmaterialien aus PTFE und verschiedenen Füllstoffmaterialien sind bekannt. In der US-PS 41 53 661 werden poröse PTFE-Kompositblattmaterialien hoher Zugfestigkeit vorgeschlagen, die verschiedene Füllstoffe, einschließlich Kohlenstoff, Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid enthalten, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben. Das Blatt wird als gleichmäßig porös beschrieben, so daß es zur Verwendung als Filtermaterial, für elektrolytische Zellen, als Gasdiffusionsmembran und für andere, für PTFE-Blätter bekannte Anwendungen geeignet ist.

Kompositblätter, die aus PTFE und verschiedenen Füllstoffmaterialien gebildet sind, werden in den US-PS 29 97 448, 30 10 536, 33 15 020, 34 07 249 und 34 07 096 beschrieben. Es war bisher jedoch nicht bekannt, daß bestimmte Füllstoffmaterialien dazu verwendet werden können, ausgewählte gasförmige Komponenten aus einem Gasgemisch zur nachfolgenden Analyse zu sammeln. Der überraschende Befund, daß kleinteiliges Sammelschichtmaterial, z. B. Akivkohle, in einem PTFE-Blatt immobilisiert ist und dabei eigentlich seine gesamte Fähigkeit, mit ausgewählten gasförmigen Materialien zu kombinieren, beibehält, und daß sorbierte Komponenten ohne weiteres vom Blatt desorbiert werden, bildet die Grundlage der Erfindung.

Es wird eine verbesserte Einrichtung zur Messung der Menge mindestens einer ausgewählten Komponente in einem Flüssigkeits- oder Gasgemisch vorgeschlagen. Die Einrichtung umfaßt Gehäuseglieder, 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 Schwächungsschichten, die von der Sammelschicht getrennt und über dem offenen Ende der Kammer angeordnet sind. Die Verbesserung der Erfindung besteht in der Verwendung eines Kompositblatts aus Polytetrafluorethylen und einem kleinteiligen Sammelschichtmaterial für die Sammelschicht. Das PTFE-Kompositblatt liefert eine Sammelschicht, die außerordentlich wirksam beim Sammeln der ausgewählten Komponente ist. Sie bietet eine glatte ebene Sammeloberfläche, die sich nicht verschiebt, entschichtet, Kanäle bildet oder in anderer Weise die Position ändert, wenn die Vorrichtung bewegt wird. Außerdem ist das PTFE chemisch inert und stört nicht die Entfernung der Komponente aus dem Blatt bei der nachfolgenden Analyse. Das kleinteilige Sammelschichtmaterial ist in dem Blatt immobilisiert, so daß nichts aus der Vorrichtung während der Benutzung oder während der Überführung zur Analyse verloren geht.

Eine weitere Ausbildung besteht in der Verwendung des PTFE-Kompositblattes als Schwächungsschicht, die von der Nachweisschicht getrennt angeordnet ist. Hier wird das äußerst poröse Blatt dazu verwendet, um den Strom des Gases in die Kammer zu schwächen, und es dient zusätzlich als selektive Barriere zur Entfernung bestimmter Komponenten aus dem Gas, die die Analyse nachteilig beeinträchtigen könnten. Die Sammelschicht kann dabei ein PTFE-Kompositblatt oder ein anderer Typ von Sammelschicht sein, wie z. B. ein Goldfilm zur Prüfung von Quecksilberdampf.

Der Begriff "Sammelschichtsubstanz" bezieht sich im weitesten Sinne auf kleinteiliges Material, welches eine Komponente eines Flüssigkeits- oder Gasgemisches adsorbiert, absorbiert, mit dieser reagiert oder in anderer Weise kombiniert, um die Komponente aus dem Gemisch zu entfernen. Die Begriffe "Sorbens" und "Sorbensmaterial" werden austauschbar mit dem Begriff "Sammelschichtmaterial" benutzt.

Das in den Monitoren verwendete Kompositblattmaterial wird hergestellt durch Verdünnen eines PTFE-Latex mit Wasser und Hinzusetzen des kleinteiligen Sorbensmaterials. Das erhaltene Gemisch wird verknetet, um eine homogene Paste zu bilden. Die Paste wird nachfolgend unter Bildung eines dünnen Blattmaterials kalandert. Das Blatt wird dann bei mäßigen Temperaturen getrocknet, vorzugsweise unter Vakuum, um ein Kompositprodukt zu bilden, welches als eine Sammelschicht verwendet werden kann, die vernachlässigbare Verunreinigung enthält.

Das erhaltene Kompositblattmaterial ist glatt, flexibel und porös und besitzt eine ausreichende Zugfestigkeit, so daß es geschnitten, gerieben oder ohne bedeutenden Verlust des Sorbensmaterials gehandhabt werden kann. 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 PTFE-Latex ist eine wäßrige Dispersion von negativ geladene hydrophobe Kolloide enthaltenden Teilchen im allgemeinen Größenbereichen von 0,05 bis 0,5 µm. Ein bevorzugtes Material enthält 32 bis 35 Gew.-% Feststoffe des PTFE-Harzes und ist im Handel erhältlich. Es ist als technisches Rohmaterial besonders bevorzugt, weil es kein Netzmittel enthält. Andere handelsgängige Polytetrafluorethylen-Produkte können verwendet werden, aber die hieraus geformten Kompositblätter erfordern eine Wärmebehandlung bei höheren Temperaturen, z. B. 300°C, um die Netzmittel zu entfernen.

Das PTFE kann als Bindemittel in dem Sorbensmaterial betrachtet werden und bildet im allgemeinen etwa 5 bis 50 Gew.-% des Kompositblatts, vorzugsweise etwa 15 bis 25 Gew.-%. Der Rest des Blattes ist im wesentlichen das Sorbensmaterial in der bevorzugten Menge von 50 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 75 bis 85 Gew.-%. In einigen Fällen kann jedoch ein Teil des Sorbensmaterials durch kleinteiligen Nichtsorbens-Füllstoff ersetzt sein. Zum Beispiel können bis zu etwa 50% des kleinteiligen Materials Nichtsorbens-Füllstoff sein, wenn der Monitor auf kurze Exponierungsperioden und/oder niedrige Konzentrationen an zu prüfenden Dämpfen beschränkt werden soll.

Das Sorbensmaterial 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, Teilchen kleiner als etwa 45 µm im Durchmesser (etwa 75% kleiner als 25 µm, 50% kleiner als etwa 12 µm und 5% kleiner als 5 µm). Im allgemeinen passieren die Teilchen ein Sieb von 0,037 mm lichter Maschenweite.

Das für das Sorbensmaterial in diesem Komposit verwendete kleinteilige Material nimmt Dämpfe von Umweltbelastungen aus einer umgebenden Atmosphäre auf. Sie müssen im wesentlichen in Wasser unlöslich sein. Aktivierte Kohle, Aluminiumoxid (Tonerde) oder Siliziumdioxid (Kieselerde) sind Beispiele für geeignete Sorbensmaterialien. Daneben können auch organische chromatographische Substanzen, wie ein Copolymerisat aus Styrol und Divinylbenzol in Form von Perlen in dem Komposit verwendet werden.

Anstelle eines Teils des Sorbensmaterials kann ein Füllstoff eingesetzt werden. Der Füllstoff kann Ton, Talk, Titandioxid oder Calciumcarbonat sein, seine Teilchengröße ist vorzugsweise kleiner als etwa 45 µm.

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

Die Paste oder kittartige Masse wird dann in eine Kalandriereinrichtung überführt, wo sie zwischen Walzen, die vorzugsweise bei etwa 50°C bis 100°C gehalten werden, kalandert wird, um das Blattmaterial zu bilden. Vorzugsweise sind die Kalanderwalzen aus einem starren Material, wie Stahl. Eine geeignete Kalandriereinrichtung weist ein Paar von entgegengesetzt drehbaren Kalanderwalzen auf, wobei jede Walze beheizt und eine von ihnen gegenüber der anderen justiert werden kann, um den Abstand oder Spalt zwischen beiden zu reduzieren.

Typischerweise wird der Abstand auf eine Einstellung von etwa 10 bis 20 mm für den Anfangsdurchgang der Masse eingerichtet, und, wenn der Kalenderprozeß fortschreitet, wird der Abstand so reduziert, daß ein Blatt aus porösem flexiblen, leicht zu handhabendem Blattmaterial erzeugt wird. Das nach Passieren der Kalanderwalzen geformte Blattmaterial kann gefaltet und um 90° gedreht werden, um die Festigkeit des fertigen Blattmaterials zu verbessern. Gemäß einer bevorzugten Kalanderung wird das Falten und Drehen der Masse nach jedem Durchgang vorgenommen. Die Stärke des vollständigen porösen Kompositsorbensmaterials beträgt etwa 0,1 bis 2,0 mm, wobei eine bevorzugte Stärke bei etwa 0,3 bis 0,8 mm liegt.

Das erhaltene kalandrierte Blatt wird getempert, vorzugsweise unter Vakuum, um ein poröses Sorbensblattmaterial mit nur minimalen Verunreinigungen zu erhalten, die den nachfolgenden Analysengang nicht beeinträchtigen. Der Heizschritt wird einfach in einem Vakuumofen bei 150° bis 300°C 0,5 bis 5,0 Stunden bei Atmosphärendruck bis zu einem Vakuum von etwa 133 mbar ausgeführt. Das Tempern erfordert bei einer höheren Temperatur unter Vakuum weniger Zeit, um Verunreinigungen zu entfernen, während ein Tempern bei niedrigeren Temperaturen und Atmosphärendruck längere Zeiten beansprucht. Das Tempern bei höheren Temperaturen, z. B. 300°C länger als etwa 20 Minuten, kann dazu führen, daß das Blatt spröde wird. Es wird bevorzugt, ein Vakuum mit einem absoluten Druck von etwa 66,5-166 mbar bei einer Temperatur von 150°C für etwa 3 Stunden anzuwenden.

Trotz der Tatsache, daß das Sorbensmaterial so gut eingebunden ist, daß das Blattmaterial eine merkliche Zugfestigkeit zeigt und ohne Verlust des Sorbens geschnitten, gerieben oder gebogen werden kann, tritt relativ wenig oder gar kein Verlust an Sorbenseigenschaften ein. Die wirksame Oberfläche des Sorbens bleibt trotz Inkorporierung in der PTFE-Matrix praktisch unverändert. Zum Beispiel weist eine Probe aus Kohlenstoff mit einer wirksamen Oberfläche von 917 m² pro g, inkorporiert in der PTFE-Dispersion aus 32-35 Gew.-% Feststoffen mit 80% Kohlenstoff, eine wirksame Oberfläche von 734 m²/g Blattmaterial auf. Die wirksame Oberfläche wurde durch Stickstoffadsorption bestimmt.

Proben aus PTFE-Dispersion-Kohlenstoff-Blattmaterial wurden verschieden organischen Dämpfen ausgesetzt, die Dämpfe mit CS₂ extrahiert und durch Gaschromatographie analysiert. Die Daten der Tabelle I geben die Fixierung des organischen Dampfes an.

Tabelle I

Monitoren, die diese Sorbensblätter als Sammelschichten verwenden, können zur Prüfung auf Methylethylketon, Benzol, Ethanol, Heptan, Toluol, Chlorbenzol, Trichlorethylen, Schwefeldioxid, Chlor, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Chlorwasserstoff und andere Materialien aus der Umwelt eingesetzt werden. Der Monitor wird der Umgebung eine vorgegebene Zeitlang ausgesetzt und im allgemeinen in Höhe der Atmungszone des Trägers postiert, wenn er als Personenmonitor verwendet wird. Nach der Exponierungsperiode werden die gesammelten Dämpfe mit einem Eluiermittel wie Schwefelkohlenstoff aus der Sammelschicht desorbiert. Ein Alliquot des das gesammelte Material enthaltenden Eluiermittels wird unter Anwendung üblicher Techniken, wie Gaschromatographie, analysiert.

Andererseits können die Sorbensblätter räumlich getrennt von der Sammelschicht angeordnet und zur Schwächung des in die Kammer gerichteten Gasstroms des Monitors verwendet werden. In dieser Stellung kann das Blatt als selektive Barriere zur Entfernung bestimmter Dampfkomponenten dienen, die die Analyse stören könnten, und die zu analysierenden Dämpfe zur Sammelschicht hindurchtreten lassen. Zum Beispiel verwendet ein Quecksilberdampfmonitor, wie er in der US-PS 39 24 219 beschrieben ist, einen Goldfilm als Sammel(Nachweis)schicht für den Quecksilberdampf. Die Gegenwart von Chor in einer Umweltprobe kann die genaue Messung der Menge Quecksilberdampf beeinträchtigen. Demgemäß ist es erwünscht, das Chlor auszufiltern, bevor es die Goldfilm-Sammelschicht erreicht. Dies kann geschehen, indem man ein Filter aus einem porösen PTFE-Zeolith-Kompositblatt vorlegt, in welchem der Zeolith mit einem Überschuß an 10%igem N-Phenyldiisopropanolamin in Ethanol umgesetzt und nachfolgend unter Formung des Blattes verarbeitet worden ist. Das Blatt filtert selektiv Chlor aus, während es den Durchtritt von Quecksilberdampf gestattet.

Beispiel 1

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

Die folgenden Blätter wurden hergestellt:

Der verwendete Kohlenstoff (Aktivkohle) wurde zuvor gemahlen und klassiert, um restliche Feinteilchen zu entfernen, und dann bei 600°C unter Stickstoff 1 Stunde oder zur Entfernung möglicher Spuren an organischen Verunreinigungen wärmebehandelt. Die endgültige Teilchengröße wurde bestimmt und lag überwiegend zwischen 7 und 31 µm. Das eingesetzte PTFE ist eine wäßrige PTFE-Dispersion mit 34,4% Feststoffen. In jedem Fall wurde das entionisierte Wasser zur Dispersion von PTFE zugegeben. Das verdünnte PTFE wurde dann zum Kohlenstoff gegeben. Das Gemisch wurde gerührt und dann mit Hand unter Bildung einer homogenen Paste verknetet.

Die Kohlenstoff-PTFE-Wasser-Paste wurde dann in ein sich selbsttragendes Blatt überführt durch Verarbeiten auf einer zweiwalzigen Kautschukmühle mit Metallwalzen, die auf eine Temperatur von 80°C eingestellt waren. Die Walkprozedur war wie folgt:

1. Der Abstand zwischen den beiden Metallwalzen 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 Druchgangs 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. Der Walzenabstand wurde dann in kleinen Schritten ohne weiteres Falten oder Drehen des Blattes reduziert, bis die Blattendstärke erreicht war.
5. Die Filme wurden dann in einem Vakuumofen 3 Stunden bei 150°C und einem Vakuum mit einem absoluten Druck von 66,7 mbar getrocknet. Die Blätter waren alle etwa 0,3 mm stark.

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

(1.) Volumen und Dichte

Die Plättchen wurden auf einer Analysenwaage ausgewogen und die Stärke mit einem Mikrometer gemessen. Plättchenvolumen und Dichte wurden berechnet. Das Kohlenstoffgewicht in jedem Plättchen wurde durch Multiplizieren des Plättchengewichts mit den Prozent Kohlenstoff-Trockengewicht im Ansatz berechnet.

(2.) Adsorptionskapazität

Die Adsorptionskapazität wurde getestet, indem die Plättchen in eine Kammer mit gesättigtem Tetrachlorkohlenstoffdampf (CCl₄) 1 Stunde bei Raumtemperatur gesetzt und die Gewichtszunahme bestimmt wurde. Die CCl₄-Aktivität wurde berechnet durch Dividieren der Gewichtszunahme durch die Plättchenstärke. Die Gewichtszunahme in g wurde auch durch das Gewicht in g des Kohlenstoffs in jedem Plättchen dividiert.

(3.) Porosität

Die Porosität wurde mit einem Densometer gemessen. Der aufgezeichnete Wert war die Zeit (in Sekunden), die zum Durchtritt von 10 m³ Luft durch eine Fläche von 6,45 cm² des Blattes bei einem Differentialdruck von 2,94 kPa erforderlich war.

(4.) Auswascheffizienz

Die Plättchen wurden in einzelne flache Behälter mit Deckel gesetzt. Eine Spritze wurde benutzt, um 2,0 µl Methylethylketon (MEK) zu jedem Plättchen, zu geben, der Deckel zugeklappt und die verschlossenen Behälter über Nacht stehen gelassen. Am nächsten Tag wurden 1,5 ml Schwefelkohlenstoff (CS₂) in die Behälter gegeben. Nach 30 Minuten wurden 2 µl Proben der Flüssigkeit abgenommen und in einen Gaschromatograph gespritzt. Proben einer Standardlösung aus 2,0 µl MEK in 1,5 ml CS₂ wurden ebenfalls injiziert (2 µl). Die Auswascheffizienz (% MEK-Aufnahme) wurde durch Vergleich der MEK-Peakfläche der unbekannten und der Standardprobe bestimmt.

(5.) Zugfestigkeit

Die Blattzugfestigkeit wurde in einem dazu verfügbaren Prüfgerät 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 MPa angegeben.

Die erhaltenen Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt:

Tabelle I

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 PTFE-Sorbens-Kompositblattes.

Eine homogene Paste wurde aus 40 g Aktivkohle, 29 g 42%iger wäßriger Polytetrafluorethylen-Dispersion und 80 ml entionisiertem Wasser gebildet. Sich selbsttragende Blätter wurden genau wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der letzte Abstand des Kautschukwalkwerks variiert wurde, um verschiedene Blattstärken zu erreichen. Die Proben wurden unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Prozeduren getestet.

Die obigen Daten zeigen, daß nur die Dampfkapazität (CCl₄ adsorbiert) und Gurley-Porosität wesentlich durch die Filmstärke beeinflußt werden. Daher kann die Blattstärke benutzt werden, um diese Eigenschaften gegebenenfalls für speziell vorgesehene Anwendungen einzustellen.

Die Beispiele 3 bis 7 zeigen, daß verschiedene Sorbensmaterialien in den Kompositblättern verwendet werden können.

Beispiel 3

Eine Probe aus Aktivkohle wurde gemahlen und durch ein 0,037 mm-Sieb gesiebt, um eine Teilchengröße zu erhalten, die vorwiegend zwischen 5-25 µm lag. Die Aktivkohle wurde dann 1 Stunde auf 600°C erhitzt. Eine homogene Paste aus 80 g Kohlenstoff, 60 g wäßriger PTFE-Dispersion (34,4% Feststoffe) und 160 g entionisiertem Wasser wurde hergestellt und zu einem 0,38 mm-Blatt durch wiederholtes Hindurchführen durch ein Zweiwalzen-Kautschukwalkwerk mit Stahlwalzen bei 80°C wie in Beispiel 1 ausgeformt. Das Blatt wurde dann in einem Ofen bei 150°C 3 Stunden unter Wasserstrahlvakuum (etwa 66,7 mbar) 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 Menge 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 Tagen 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 einem porösen Styrol-Divinylbenzol-Copolymer mit einer wirksamen Oberfläche im Bereich von 300-400 m²/g wurde mit einem Mörser und Pistill gemahlen und dann durch ein Sieb mit lichter Maschenweite von 0,105 mm gesiebt. Eine homogene Paste wurde aus 5 g der vorstehend erwähnten Chromatographie-Perlen aus einem Copolymerisat aus Styrol und Divinylbenzol, 3,75 g PTFE, 7 ml entionisiertem Wasser und 2 ml Methanol hergestellt. Das Methanol war notwendig, um die Chromatographie-Perlen zu benetzen. Die Paste wurde dann wie in Beispiel 1 kalandert, um ein sich selbsttragendes Blatt von etwa 0,38 mm Stärke zu erhalten, und 3 Stunden bei 150°C in einem Vakuumofen bei einem absoluten Druck von etwa 66,7 mbar getrocknet. Die Sorbensaktivität wurde bestimmt durch Vergleich des in dem Blatt absorbierten Benzolgewichts mit dem Stammabsorbensmaterial, d. h. wie in Beispiel 3. Die Absorptionskapazität des Blattes war 0,769 g Benzol/g Chromatographie-Perlen, verglichen mit einer Aktivität von 0,750 g Benzol/g Chromatographie-Perlen.

Beispiel 5

Eine Probe aus Kieselgel (Handelsqualität) wurde mit Mörser und Pistill gemahlen, durch ein 0,105 mm-Sieb gesiebt und zu einem PTFE-Kompositblatt verarbeitet. Der Ansatz enthielt 20 g gesiebtes Kieselgel und 15 g PTFE. Kein zusätzliches Wasser war notwendig. Das Kompositblatt wurde wie in Beispiel 1 beschrieben ausgeformt. Nach Trocknen bei 150°C für drei Stunden im Vakuumofen wurde die Sorbensaktivität des Films mit derjenigen des Stammsorbensmaterials in einer mit gesättigtem Ethanoldampf gefüllten Kammer bei Raumtemperatur verglichen. Die Aktivität der PTFE-gebundenen Folie war 0,204 g Ethanol/g Kieselgel, verglichen mit 0,265 g Ethanol/g Kieselgel für das Stammaterial.

Beispiel 6

Eine Probe von aktivierter Tonerde (Handelsqualität) wurde wie in Beispiel 5 gemahlen und gesiebt. Eine homogene Paste wurde aus 20 g aktiviertem Aluminiumoxid, 15 g PTFE-Dispersion und 7 ml entionisiertem Wasser gebildet. Die Paste wurde wie in Beispiel 1 kalandert, jedoch waren weniger Kalandrierdurchgänge erforderlich, um eine geeignete Zugfestigkeit zur Handhabung zu erreichen. Das Blatt wurde 3 Stunden bei 150°C in einem Vakuumofen getrocknet. Die Sorbensaktivität des Blattes wurde verglichen mit derjenigen des Stammsorbens in der Kammer mit gesättigtem Ethanoldampf. Die Ergebnisse wurden etwas dadurch beeinträchtigt, daß sowohl die Folie als auch das Stammsorbens schnell Feuchtigkeit aus der Luft adsorbierten. Die Sorbensaktivität des Blattes ergab sich mit 0,117 g Ethanol/g aktiviertes Aluminiumoxid, verglichen mit 0,071 Ethanol/g aktiviertes Aluminiumoxid für das Stammsorbens. Überraschenderweise war die Sorbensaktivität des Blattes sogar größer als die des Stammaterials.

Beispiel 7

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Sorbensteilchen größerer Teilchengröße zur Bildung von PTFE-Kompositblättern.

8 g eines porösen Polymerisats des 2,6-Diphenyl-p-phenylenoxids (0,25 × 0,177 mm) wurden mit 5,9 g PTFE (eine 34%ige Suspension von PTFE-Mikroteilchen in Wasser, das mit 4% Tensid stabilisiert war) und genügend Extrawasser zu einer homogenen Paste geformt. Die Paste wurde dann zu einem Blatt von 0,50 mm Stärke durch wiederholtes Hindurchschicken durch ein aus Stahlwalzen bestehendes Zweiwalzenwalkwerk, das auf 50°C gesetzt war, ausgeformt. 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 PTFE-Kohlenstoff-Kompositblatt, das einen inerten Füllstoff enthält.

60 g Kohlenstoff (Teilchengröße 37 bis 15 µm) wurden mit 20 g Kaolin, einem anorganischen Tonfüllstoff, und 20 g PTFE-Feststoffen (PTFE wie in Beispiel 7) gemischt. Genügend Wasser wurde zugesetzt, um die Feststoffe 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°C gesetzt, ausgeformt. Das Material wurde dreimal von einer Anfangsstärke von 0,5 cm auf eine Endstärke von 0,5 mm gewalkt. Das Blatt wurde nach den ersten beiden Malen gefaltet und in die Walzen unter einem 90°-Winkel eingelegt. Das erhaltene Blatt wurde in einem Muffelofen unter einem Stickstoffstrom bei 300°C 20 Minuten getrocknet, um das Wasser und das im PTFE enthaltene Tensid zu entfernen. Das erhaltene Blatt war geschmeidig, fest und frei von Auswerfungen.

Beispiel 9

Dieses Beispiel erläutert ein PTFE-Kompositblatt zur Verwendung als selektive Barriere in einem Quecksilbermonitor, um störendes Chlor auszufiltern.

Ein PTFE-Zeolith-Kompositblatt wurde durch gleichförmiges Mischen von 40 g Molekularsiebmaterial, 16,5 g PTFE (wie Beispiel 7, 59,7% Feststoffe) und 60 g entionisiertem Wasser hergestellt. Die erhaltene homogene Paste wurde bei 80°C wie in Beispiel 1 zu einem 0,43 mm-Blatt kalandert und das Blatt bei Raumtemperatur luftgetrocknet.

Im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung als selektive Barriere und die entsprechend notwendigen guten Porositätseigenschaften wurde die Blattporosität unter Verwendung eines Gurley-Prüfgeräts gemessen. Bei einem Differentialtestdruck von 2,94 kPa waren 16,5 sec. erforderlich, um 10 cm³ Luft durch 6,45 cm² der Probe durchzuschicken. Dies ist sehr günstig, verglichen mit 35 Gurley-Sekunden für ein Vergleichsblatt des Handels, und zeigt, daß die Porosität des PTFE-Zeolith-Kompositblattes annehmbar ist.

Dann wurde das Blatt mit einer überschüssigen Lösung aus 10%igem N-Phenyldiisopropanolamin in Ethanol gesättigt und überschüssige Lösung abgestreift.

Nach Trocknen wurde das kombinierte Blatt als Chlorgasfilter wie folgt getestet. In einer Kammer wurden 10 ppm Chlorgas auf einer Seite des Testfilms umlaufen gelassen. Eine Goldfolie als Nachweisschicht, wie in der US-PS 39 50 980 beschrieben, wurde benutzt, um die Zeit bis zum Chlordurchbruch zu bestimmen. Die Durchbruchzeit wurde durch Messen der Änderung des elektrischen Widerstands des Goldfilms bestimmt und betrug mehr als 90 min. Dies zeigt einen über 15stündigen Schutz bei einem Chlor-Schwellengrenzwert von 1 ppm an.

In Einklang mit der Notwendigkeit zum Ausfiltern des Chlors, während Quecksilberdampf durchtritt, wurde das Blatt dann auf die Außenfläche eines Monitors (Handelsprodukt) unmittelbar unterhalb und benachbart zu dem im Produkt verwendeten Barrierefilm befestigt. Der Monitor wurde mit 0,1 mg Hg/m³ Luft 8 Stunden lang exponiert und die Änderung im Widerstand der Goldfolie betrug 7,3%, verglichen mit 8,9% für Standardkontrollproben ohne selektive Barriere. Dies zeigt die Eignung der Folie als quantitative Chlorbarriere, die vom Quecksilberdampf passiert wird.

Beispiel 10

Dieses Beispiel erläutert ein Melamin-PTFE-Kompositblatt für eine selektive Barriere zum Ausfiltern von Chlorgas bei Durchgang von Quecksilberdampf.

Ein Melamin-Blatt (99% Melamin) wurde durch gleichmäßiges Mischen von 30 g PTFE (34,4% Feststoffe) mit 40 g kleinteiligem Melamin und 5 g entionisiertem Wasser hergestellt. Das Material wurde wie in Beispiel 8 zu einem 0,43 mm-Blatt verarbeitet.

Der Gurley-Porositätstest des Beispiels 1 zeigt eine akzeptable Filmporosität von 75 Gurley-Sekunden. Der Chlor-Widerstandstest des Beispiels 8 zeigte, daß das Blatt Chlor für mehr als 295 Minuten blockierte. Die Quecksilberdampfdurchlässigkeit ergab sich zu 26% des Standards nach der in Beispiel 8 angewendeten Methode.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Menge mindestens einer Komponente in einem Flüssigkeits- oder Gasgemisch, mit Gehäusegliedern, die eine flache Kammer mit einem offenen Ende bilden, einer innerhalb der Kammer angeordneten Sammelschicht zum Sammeln der Komponente und mindestens einer räumlich von der Sammelschicht getrennten und über dem offenen Ende der Kammer angeordneten porösen Schicht zur Schwächung des Flüssigkeits- oder Gasstromes in die Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelschicht ein poröses Polytetrafluorethylen-Kompositblatt aufweist, das eine wirksame Menge eines kleinteiligen Sorbens für die zu messende Komponente enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen-Kompositblatt 5 bis 50 Gew.-% Polytetrafluorethylen enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen-Kompositblatt 50 bis 95 Gew.-% des kleinteiligen Sorbens enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen-Kompositblatt 75 bis 85 Gew.-% des kleinteiligen Sorbens enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße des Sorbens kleiner als 45 µm ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorbens aus der Gruppe: Kohlenstoff, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid (Tonerde und Kieselerde), ausgewählt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen-Kompositblatt außerdem bis zu etwa 50 Gew.-% eines Nichtsorbens-Füllstoffs enthält.

8. Vorrichtung zur Messung der Menge mindestens einer Komponente aus einem Flüssigkeits- oder Gasgemisch, mit Gehäusegliedern, die eine flache Kammer mit einem offenen Ende bilden, einer innerhalb der Kammer angeordneten Sammelschicht zum Sammeln der Komponente und mindestens einer von der Sammelschicht räumlich getrennten und über dem offenen Ende der Kammer angeordneten porösen Schicht zur Schwächung des Flüssigkeits- oder Gasstromes in die Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Schwächungsschichten ein poröses Polytetrafluorethylen-Kompositblatt aufweist, das eine wirksame Menge eines Sorbens für mindestens eine Komponente enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorbens ein mit überschüssigem N-Phenyldiisopropanolamin umgesetzter Zeolith ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorbens Melamin ist.