Entwicklung und Charakterisierung eines metallischen Substrats für ...

Aufbau von Polymermembranen
Grundlagen
Eine Polymermembran wird in der Regel ebenfalls stufenweise gradiert aufgebaut (Abb.
2.10). Für das Substrat und die einzelnen Schichten werden häufig verschiedene Polymere
eingesetzt. Als Substrat wird ein poröses Vliesmaterial eingesetzt. Da auf diesem Vliesmaterial
noch keine fehlerfreie Schicht des selektiven Polymers abgeschieden werden kann,
wird eine Zwischenschicht in Form einer porösen Trägermembran aufgebracht. Die Porengröße
der Trägermembran liegt zwischen 1 nm und 100 nm und weist üblicherweise eine Dicke
von ca. 40 μm auf. Der Gasfluss sollte durch die poröse Trägermembran nicht zu stark
vermindert werden. Daher darf die Porengröße nicht zu klein gewählt werden. Gleichzeitig
sollte das selektive Polymer bei der Beschichtung nicht in die poröse Trägermembran
eindringen, da dies die Dicke der selektiven Schicht vergrößert und so die Permeation
herabsetzt. Um die Porenpenetration zu verhindern, muss der Durchmesser des Polymerknäuels
größer sein als die größte Pore [106]. Weist das Polymer eine breite Verteilung
des Molekulargewichts auf, so dringen die kleineren Moleküle des Polymers in die Poren
ein. Es wird daher auf ein hohes Molekulargewicht des Polymers der selektiven Schicht
Wert gelegt. Des Weiteren muss zwischen den Materialien der selektiven Schicht und der
Trägermembran eine ausreichende Adhäsion vorliegen [107, S. 19].
Defekte in der selektiven Schicht sind, wie bei allen Gastrennmembranen, sehr problematisch.
J. M. S. Henis und M. K. Tripodi haben für dieses Problem bei Polymermembranen
eine wirksame Lösung gefunden [108–110]. Die Membran wird zusätzlich mit einer
dünnen Schicht aus Polydimethylsiloxan beschichtet. Dieses Polymer besitzt eine sehr hohe
Permeabilität (N2-Permeabilität = 245 Barrers = 8, 2 × 10 −14 molmm −2 s −1 Pa −1 [111])
und kann daher Fehlstellen verschließen, ohne die Permeabilität der Gastrennmembran
deutlich zu reduzieren, wodurch ein freier Gasstrom durch die Membran verhindert wird
und trotzdem gleichzeitig eine hohe Selektivität erreicht wird.
Abbildung 2.10: Aufbau einer Dünnfilm-
Kompositmembran (nach [103, S. 411])
Die selektive Schicht kann auf die Trägerschicht z. B. durch Schleuderbeschichtung, Grenzflächenpolymerisation,
Plasmapolymerisation und Tauchbeschichtung aufgebracht wer-
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