Herstellung lösemittelbeständiger Membranen

Der Einsatz von Membranen in Trennprozessen bietet in Zeiten stätig steigender Energiekosten eine interessante Alternative zu klassischen thermischen Trennmethoden. Der Einsatz von Membranen hat sich der Behandlung von Wasser gut etabliert und im Anwendungsbereich organischer Lösemittel entwickelt sich zurzeit ein immer größer werdender Markt.

Grund für die bisherige nicht flächendeckende Anwendung von Membranen ist unter anderem, dass nicht für jedes Lösemittel beständige Membranen erhältlich sind. Obwohl es ein breit gefächertes Angebot an lösemittelbeständige Materialien gibt, sind die Anforderungen an die Chemikalienbeständigkeit für Membranwerkstoffe aufgrund der hohen Porosität ungleich höher als für Bulkmaterialien.

Die Synthese geeigneter Polymere sowie der Entwicklung und Charakterisierung der Membranen ist Ziel dieses Forschungsprojektes.

Polybenzimidazol Derivate

Polybenzimidazol (PBI) gehört zu den Hochleistungspolymeren und hat für Polymere einen außerordentlich großen Anwendungstemperaturbereich. Mit einer Dimensionsstabilität von -196 bis 345 °C und einer dazu exzellente Chemikalien- und Wasserdampfbeständigkeit kann es in Bereichen außerhalb der klassischen Polymeranwendung eingesetzt werden. Häufige wird es zu Fasern gesponnen und für Feuerschutzausrüstung verwendet. Gegenüber Feuerschutzausrüstung aus Aramid haben solche aus PBI den Vorteil dass, die Faser auch nach der Exposition mit einer Flamme nicht versprödet oder schrumpft und so seine schützenden Eigenschaften beibehält.

Hergestellt werden PBIs aus einem aromatischen Tetramin und einer aromatischen Dicarbonsäure oder deren Ester. Kommerziell erhältlich ist das Isophthalsäure PBI Celazole. Doch grundsätzlich sind PBIs aus jeglicher aromatischen Dicarbonsäure zugänglich. Damit erweitert sich das Eigenschaftsspektrum dieser Hochleistungspolymerklasse erheblich.

Mit der steigenden Forschungsaktivität an der Brennstoffzelle wächst der Bedarf an einem extrem resistenten Polymer. Brennstoffzellmembranen aus PBI sind eine Alternative zum momentanen Stand der Technik Nafion. Besonders die Möglichkeiten des Einsatzes bei niedrigen Luftfeuchten und Temperaturen über 100°C machen PBI Membranen attraktiv.

Der Preis für die extreme Chemikalienbeständigkeit ist jedoch eine schlechte Löslichkeit des Polymers in klassischen Lösungsmitteln sowie eine hohe Sprödigkeit. Die Synthese und Charakterisierung von für verschiedenste Einsatzgebiete maßgeschneiderten Polybenzimidazolen ist Ziel dieses Projektes.