CN101766959B - 小孔径核孔滤膜及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种小孔径核孔滤膜及其生产方法，用于解决现有的生产工艺不能生产出孔径介于φ0.03～φ2μm之间的柱状核孔滤膜的问题。该方法包括以下步骤：以高能硫离子辐照薄膜，形成柱状损伤区；在氧气浓度不低于2/5的含氧的环境下，将上述离子辐照后的薄膜紫外辐照1～2小时；将紫外辐照后的薄膜在通风环境下陈化1～2月；将陈化后的薄膜放入带超声波装置的碱性蚀刻槽蚀刻，蚀刻时持续以超声波振荡碱性蚀刻液，蚀刻后制得孔径为φ0.03～φ2μm的柱状核孔滤膜。而且该方法简单，成本低，可以大量普及并实现产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种小孔径核孔滤膜及其生产方法。
背景技术
核孔滤膜(又称核孔膜)是一种用于精密过滤和筛分粒子的新型过滤膜，在医学、环境、半导体工业等领域作为过滤膜早已得到应用。
传统的核孔膜的生产工艺是：利用高能重离子辐照形成一个损伤区，然后经过适当的化学蚀刻后形成孔洞。其中，在对辐照后的薄膜进行化学处理时，由于蚀刻速度比(该蚀刻速度比为径迹蚀刻速度与体蚀刻速度的比值)通常在3-10倍之间，因此，传统方法生产的滤膜孔径一般在φ2～φ10μm之间，当要求生产的孔径直径小于2μm时，通常只能生产带有较大角度的锥形孔，很难生产柱状孔，从而导致核孔滤膜的实际使用性能受到很大影响，也导致在使用过程中存在较大的局限性，制约了该种高性能分离材料的广泛使用。
发明内容
本发明公开一种小孔径核孔滤膜及其生产方法，以解决现有的生产工艺不能生产出孔径介于φ0.03～φ2μm之间的柱状核孔滤膜的问题。
本发明公开的小孔径核孔滤膜的生产方法包括以下步骤：
以高能硫离子辐照薄膜，形成柱状损伤区；
在氧气浓度不低于2/5的含氧的环境下，将上述离子辐照后的薄膜再紫外辐照1～2小时；
将紫外辐照后的薄膜在通风环境下陈化1～2月；
将陈化后的薄膜放入带超声波装置的碱性蚀刻槽蚀刻，蚀刻时持续以超声波振荡碱性蚀刻液，蚀刻后制得孔径为φ0.03～φ2μm的柱状核孔滤膜。
本发明还公开一种小孔径核孔滤膜，其中，所述核孔滤膜的厚度介于12～20μm之间，核孔为φ0.03～φ2μm的柱状核孔，并以以下步骤生产而成：
以高能硫离子辐照薄膜，形成柱状损伤区；其中所述薄膜的厚度介于12～20μm之间；
在氧气浓度不低于2/5的含氧的环境下，将上述离子辐照后的薄膜紫外辐照1～2小时；
将紫外辐照后的薄膜在通风环境下陈化1～2月；
将陈化后的薄膜放入带超声波装置的碱性蚀刻槽蚀刻，蚀刻时持续以超声波振荡碱性蚀刻液，蚀刻后制得孔径为φ0.03～φ2μm的柱状核孔滤膜。
本发明中，在径迹蚀刻速度Vt和体蚀刻速度Vg恒定的条件下，核孔的形状为锥顶相向的双圆锥，径迹的蚀刻过程中，表现为双圆锥的半径不断增大，当核孔导通时，有关系式：
H＝2Vt*tb；
D＝2Vg*tb；
H/D＝Vt/Vg
上述公式中，*为乘运算，H为膜的厚度，D为导通时的表面孔径，tb为导通时间；有上述公式可知，要制备小孔径的核孔滤膜，关键是获取足够大的蚀刻速度比(即Vt/Vg)，且蚀刻速度比越大，则可以制造出孔径越小的核孔；而且当蚀刻速度比足够大时，核孔的形状可以近视看作圆柱孔，从而使得上述的双圆锥最终形成规则的柱状孔。
本发明中，一方面，选用硫璃子来辐照薄膜，并用NaOH溶液来进行蚀刻，相比于以其他重离子来辐照薄膜而言，辐照后的产物可以更快速地溶解并与蚀刻溶液反应，便于操作且提高了蚀刻速度比；一方面，在含氧浓度高于2/5的含氧环境下，通过紫外辐照进行初次的敏化处理，而且由于该环境中氧气的浓度高于空气中的氧气浓度(21％)的二倍以上，使得硫离子辐照后的大量产物可以在该环境中快速地分解或氧化成易溶解的--OH、COO、CO、和/或COOH等亲水性原子团，至少也可提高蚀刻速度比5～10倍，而且在一定的范围内，该蚀刻速度比随氧气浓度的增高而增高，与此同时，还可以缩短紫外辐照的时间，进而提高单位时间内的产量；而且，陈化时，空气中的氧气会进一步加强紫外线敏化的作用；另一方面，在蚀刻过程中，利用超声波对固体径迹做二次敏化处理，可进一步提高蚀刻速度比至少3～5倍；从而使得本发明的蚀刻速度比至少高于传统蚀刻速度比的15～50倍；并以此制得孔径为φ0.03～φ2μm的柱状核孔滤膜；而且该方法简单，成本低，可以大量普及并实现产业化。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明的小孔径核孔滤膜的生产方法作详细说明：
步骤1：采用高能直线加速器对硫离子进行加速，加速后的硫离子经离子速流管道进入低真空辐照室，并直接辐照在预先放置在辐照室内的薄膜上，该薄膜具体为12～20μm之间的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯，化学式为COC6H4COOCH2CH2O)塑料薄膜(在其他的应用实例中，该塑料薄膜也可以以其他材料进行替代)。其中，硫离子在穿透PET塑料薄膜的过程中，因电离作用，形成柱状损伤区(即径迹)。
步骤2：在氧气浓度始终不低于在2/5的有氧环境下，以产生250-390nm光波长的800W～1200W的高压汞灯辐照硫离子辐照后的薄膜1～2小时，使得硫离子辐照后的产物在含氧的环境中分解或氧化成易溶解的--OH、COO、CO、和/或COOH等亲水性原子团，
步骤3：将紫外辐照后的薄膜存放40-50天，其中，存放环境的温湿度相对稳定，并具有一定的通风条件，使得空气中的氧气进一步加强步骤2中紫外线敏化的作用。
步骤4：将陈化后的薄膜放入带超声波装置并置有6mol/L的NaOH溶液的碱性蚀刻槽中蚀刻15～30分钟，且蚀刻时持续以超声波振荡碱性蚀刻液。在其他的应用实例中，还可以根据蚀刻溶液的浓度对蚀刻时间进行相应的调整。
以上述步骤生产的一批核孔滤膜，用透射电镜测量核孔滤膜的孔径，得出该批核孔滤膜的孔径都为φ0.03～φ2μm的柱状孔，合格率为100％；而且在生产过程中，还对后续批次生产的核孔滤膜进行抽检，合格率也为100％。且通过调整化学参数，可生产出系列介于φ0.03～φ2μm之间具有精确孔径的柱状核孔滤膜。
Claims (4)
1.一种小孔径核孔滤膜，其特征在于，所述核孔滤膜的厚度介于12～20μm之间，核孔为φ0.03～φ2μm的柱状核孔，并以以下步骤生产而成：
以高能硫离子辐照薄膜，形成柱状损伤区，其中，所述以高能硫离子辐照薄膜具体为：采用高能直线加速器对硫离子进行加速，加速后的硫离子经离子速流管道进入低真空辐照室，并直接辐照在预先放置在辐照室内的薄膜上，所述薄膜的厚度介于12～20μm之间；
在氧气浓度不低于2/5的含氧的环境下，将上述离子辐照后的薄膜紫外辐照1～2小时，其中，所述将离子辐照后的薄膜紫外辐照1～2小时具体为：以产生250-390nm光波长的高压汞灯辐照硫离子辐照后的薄膜1～2小时；
将紫外辐照后的薄膜在通风环境下陈化1～2月；
将陈化后的薄膜放入带超声波装置的碱性蚀刻槽蚀刻，蚀刻时持续以超声波振荡碱性蚀刻液，蚀刻后制得孔径为φ0.03～φ2μm的柱状核孔滤膜，其中，所述将陈化后的薄膜放入带超声波装置的碱性蚀刻槽蚀刻具体为：将陈化后的薄膜放入带超声波装置并置有6mol/L的NaOH溶液的碱性蚀刻槽中蚀刻15～30分钟。
2.根据权利要求1所述的小孔径核孔滤膜，其特征在于，所述薄膜为PET塑料薄膜。
3.一种制备如权利要求1所述的小孔径核孔滤膜的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
以高能硫离子辐照薄膜，形成柱状损伤区，其中，所述以高能硫离子辐照薄膜具体为：采用高能直线加速器对硫离子进行加速，加速后的硫离子经离子速流管道进入低真空辐照室，并直接辐照在预先放置在辐照室内的薄膜上；
在氧气浓度不低于2/5的含氧的环境下，将上述离子辐照后的薄膜紫外辐照1～2小时，其中，将所述将离子辐照后的薄膜紫外辐照1～2小时具体为：以产生250-390nm光波长的高压汞灯辐照硫离子辐照后的薄膜1～2小时；
将紫外辐照后的薄膜在通风环境下陈化1～2月；
将陈化后的薄膜放入带超声波装置的碱性蚀刻槽蚀刻，蚀刻时持续以超声波振荡碱性蚀刻液，蚀刻后制得孔径为φ0.03～φ2μm的柱状核孔滤膜，其中，所述将陈化后的薄膜放入带超声波装置的碱性蚀刻槽蚀刻具体为：将陈化后的薄膜放入带超声波装置并置有6mol/L的NaOH溶液的碱性蚀刻槽中蚀刻15～30分钟。
4.根据权利要求1或2所述的小孔径核孔滤膜的生产方法，其特征在于，所述薄膜具体为厚度介于12～20μm之间的PET塑料薄膜。
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