Diffusion von Wasserdampf durch Azetyl- und Nitrozellulosemembranen

Zusammenfassung

• 1. Zwecks Erforschung des Verhaltens von Membranen aus hochpolymeren Verbindungen gegenüber Dämpfen (und Gasen) wurde die Methodik der Messung der Diffusionsgeschwindigkeit von Dämpfen durch Membranen und der Feststellung ihrer Sorption durch letztere beschrieben.

• 2. Es wurde die Wirkung der Membranendicke, des Charakters ihrer Oberfläche, der Temperatur und des Dampfdrucks auf die Geschwindigkeit untersucht. Parallel wurde die Sorption von Wasserdampf durch Membranen verschiedener Dicke festgestellt und eine Isotherme der Sorption gewonnen.

• 3. Bei der Diffusion von Wasserdampf durch die untersuchten Membranen erfolgt zu Beginn des Prozesses eine völlige Sorption der Dämpfe; dann erfolgt der „Durchgang“ der Dämpfe durch die Membran (der Augenblick des Erscheinens der Dämpfe auf der anderen Seite der Membran) und im weiteren nimmt die Geschwindigkeit des Überganges der Dämpfe durch die Membran zu, bis nach einer bestimmten Zeit (t₀) eine konstante Größe erreicht ist. Von diesem Zeitpunkt ab tritt eine lineare Abhängigkeit zwischen der Zeit (t) und der Menge der durch die Membran diffundierten Dämpfe (m) ein. Hierbei ist die Menge der vom Beginn des Versuches an diffundierten Dämpfe gleich m=K₁t−α, wo K₁ undα für die Membranen die charakteristischen Konstanten sind.

• 4. Die Untersuchung der Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit der Dämpfe durch Membranen vom Dampfdruck hat gezeigt, daß diese Geschwindigkeit gleichzeitig sowohl durch die Differenz des Dampfdrucks beiderseits der Membran als auch durch das Sorptionsvermögen der Membran gegenüber den Dämpfen bedingt ist, dabei ist der K₁-Wert unter unseren Versuchsbedingungen in folgender Weise mit diesen Größen verknüpft: K₁=K₂[p·n/n+N]+B, wo K₂ und B die individuellen Konstanten, p Dampfdruck und n/n+N den Molenbruch des Wassers, der den Wassergehalt in der Membran bestimmt, bedeuteten.

• 5. Aus dem Fick'schen Gesetz wurde, unter der Annahme, daß in der ersten Zeit der Sorption kein Aufquellen zu verzeichnen sei, abgeleitet, daß zwischen der Zeit des „Durchgangs“ der Dämpfe durch die Membran und der Dicke (h) der letzteren folgende einfache Abhängigkeit besteht: t (des Durchgangs)=ϕ h+A, woϕ und A die Konstanten sind.

• 6. Die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserdampfs durch die Membran in zwei entgegengesetzten Richtungen ist verschieden.

• 7. Die Abhängigkeit der Konstante der Diffusionsgeschwindigkeit durch die Membran (K₁) von der Temperatur untersteht der Arrheniusschen Gleichung für die Abhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten homogener Reaktionen von der Temperatur.

• 8. Das Sorptionsvermögen von Nitro- und Azetylzellulose gegenüber Wasserdämpfen ist bei verschiedenen Dampfdrucken verschieden und nimmt bei Steigerung des Drucks zu, ohne die Grenze zu erreichen.