发明内容
针对现有技术的上述不足,本发明要解决的技术问题是提供一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜,它不仅能使口罩满足五防,即防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘的功能,同时使口罩具有富氧功能,使口罩成为一种具有特别显著的保健和医疗功能的用品。
本发明的技术方案是:一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜,其支撑层是由多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层,所述的多孔超薄膜载体层是一层或多层;在所述的多孔超薄膜载体层的表面覆盖均质无孔聚合物超薄膜层,所述的均质无孔聚合物超薄膜层是由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守溶解扩散模型的聚合物制成的均质无孔致密层;所述的均质无孔聚合物超薄膜层的氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6;所述的均质无孔聚合物超薄膜层的厚度为0.001-5微米。所述的均质无孔聚合物超薄膜层的最佳厚度为0.05-1微米。
所述的均质无孔聚合物超薄膜层由以下物质中的一种,但不限于以下物质,为原料制备而成:
(1)美国杜邦,即DuPont,公司生产的Teflon AF2400粉末树脂;它是缩写为PDD的无定形的2,2-二(三氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯),即2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole,与缩写为TFE的四氟乙烯,即tetrafluoroethylene,的共聚物;此共聚物中含87%摩尔的PDD和13%摩尔的TFE;共聚物的化学结构式如下:
式中:x=89,y=11;
(2)美国杜邦,即DuPont,公司生产的Teflon AF1600粉末树脂;它是缩写为PDD的无定形的2,2-二(三氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯),即2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole,与缩写为TFE的四氟乙烯,即tetrafluoroethylene,的共聚物;此共聚物中含65%摩尔的PDD和35%摩尔的TFE;共聚物的化学结构式与如上式相同,但式中:x=65,y=35;
(3)比利时苏威公司生产的Hyflon AD80X粉末树脂;它是一种无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯,即2,2,4-trifluoro-5-trifluoromethoxy-1,3-dioxole与缩写为TFE的四氟乙烯,即tetrafluoroethylene,的共聚物,此共聚物中含85%摩尔的无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯,dioxole;
(4)比利时苏威公司生产的Hyflon AD60X粉末树脂,它是一种无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯,即2,2,4-trifluoro-5-trifluoromethoxy-1,3-dioxole与缩写为TFE的四氟乙烯,即tetrafluoroethylene,的共聚物,此共聚物中含60%摩尔的无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯,dioxole;
(5)含硅聚合物或其中的聚二甲基硅氧烷;
(6)硅橡胶或其中的聚醚嵌段酰胺,Polyether block amide,缩写为PEBA。
所述的多孔超薄膜载体层由以下三大类物质中的一种为原料制备而成:[1]不对称孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层;[2]均匀孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层;[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层。
所述的[1]不对称孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层的厚度和孔隙率分别为0.03-0.26毫米和20%-80%;所述的多孔超薄膜载体层中的不对称孔,从与所述均质无孔聚合物薄膜层(5)的交接面到所述的多孔超薄膜载体层的外表面,其平均孔径从0.001-0.01微米扩大到0.1-10微米。
所述的[2]均匀孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层,其厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.03-0.26毫米、20%-90%和0.01-2微米。
所述的[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层(6)的接触所述均质无孔聚合物薄膜层(5)的第一层多孔超薄膜载体层的厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.01-0.05毫米、40%-80%和0.01-0.06微米,所述的[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层(6)的第二层的多孔超薄膜载体层的厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.1-0.15毫米、40%-80%和0.1-10微米。
所述的多孔超薄膜载体层是以下物质中的一种、或两种、或两种以上为原料制成:聚四氟乙烯,Polytetrafluoroethylene,缩写为PTFE;聚醚砜,Polyethersulfone,缩写为PES;聚偏二氟乙烯,Polyvinylidene Fluoride,缩写为PVDF;聚醚,Polyetherimide,缩写为PEI;丙烯酸共聚物,Acrylic Copolymer;聚酰亚胺,Polyimides,缩写为PI;聚多芳基化合物,Polyarylates;聚碳酸酯,Polycarbonates,缩写为PC;聚芳基醚或芳基醚,Poly aryl ethers或aryl ethers;聚芳基酮或芳基酮,Poly aryl ketones或aryl ketones;聚丙烯,Polypropylene,缩写为PP;透气性好的多孔性无纺布;所述多孔性无纺布材料包括,但不限于以下材料:多孔性聚酯无纺布,即Polyester无纺布;或者多孔性聚砜无纺布,即Polysulfone无纺布;或者多孔性尼龙无纺布,即Nylon无纺布。
一种具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜在口罩中的应用,所述的聚合物超薄膜复合膜用于口罩,将其置于或活动插入在口罩体中央时,所述均质无孔聚合物超薄膜层与口罩体的外侧面相邻,所述的多孔超薄膜载体层与所述的口罩体的内侧面相邻。所述的聚合物超薄膜复合膜的面积占所述的口罩体面积的40%至90%。
本发明的用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜是一种现有技术中没有的能适用于在口罩中使用的复合膜。本发明选用现有技术中已有的高氧气渗透率或对氧气高选择性的,渗透遵守溶解扩散模型的聚合物为原料,制作成聚合物超薄膜复合膜,使口罩既能阻止尘粒(包括PM2.5)、病毒、病菌、污染物、烟尘,还能提供富氧功能。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。如附图1所示的聚合物超薄膜复合膜3是由多孔超薄膜载体层6为支撑,其上覆盖有均质无孔聚合物超薄膜层5,此均质无孔聚合物超薄膜层5即是所述的由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守(或适用)溶解扩散模型的聚合物制成的均质无孔致密层,由于它的致密性,能阻挡尘粒(包括PM2.5)、病毒、病菌、污染物、烟尘等,由于均质无孔聚合物超薄膜层5的氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6,它还能提供富氧功能。附图2中显示,多孔超薄膜载体层6由两层组成,即6-1和6-2两层。附图3是本发明的复合膜置于口罩体中剖视结构示意图,聚合物超薄膜复合膜3由均质无孔聚合物超薄膜层5和多孔超薄膜载体层6紧密结合而成。多孔超薄膜载体层6可以是一种超薄膜载体原料物质组成的一层,也可以是两种超薄膜载体原料物质依次紧密叠加而成。本发明中不仅要求所选择的所述多孔超薄膜载体层6有足够的机械强度,而且所选择的多孔超薄膜载体层6必须有较高的透气率。所选择的多孔超薄膜载体层6的透气率至少是聚合物超薄膜复合膜3中的均质无孔聚合物超薄膜层5的透气率的20倍以上。需要说明的是,图示中为了分清层次,将空腔4边沿和聚合物超薄膜复合膜3边沿留有较大空隙,其实它们应该是相互邻接得紧密的(以下同)。附图4、5是使用本发明的复合膜的两种口罩的实施例结构,附图4中口罩带2和口罩体1之间是连接成半环形的,口罩体1的中央设置有空腔4,聚合物超薄膜复合膜3嵌合在空腔4内。空腔4上沿开设有插入口9,插入口9设置在口罩体1的上侧,它也可以设置在口罩体1的其它各侧。在插入口9处可以设置或不设置尼龙搭扣类开合结构。附图5是口罩另一实施例结构示意图。本实施例中口罩体1是向外凸出的凸形曲面的,口罩带2是直条形的,其一端与口罩体1相连接,在本例中,空腔4的上方和左方开有插入口9,插入口9位于口罩体1的外侧面7上,插入口9处设置有尼龙搭扣类开合结构10。
附图6是描述分子通过孔渗透模型膜的示意,多孔膜1a上有永久性的小孔2a,需要分离的分子3a穿过永久性的小孔2a从多孔膜1a的一面运动到另一面。附图7是描述分子通过溶解扩散模型膜的示意,无孔聚合物致密膜1b上没有永久性的小孔,需要分离的分子2b首先在膜表面吸附,然后溶解在膜材料中,再因渗透物在膜材料中的浓度梯度经扩散而通过膜,然后吸附在膜表面的另一面,最后渗透物经脱附而通过膜。附图8是示意性表达渗透物分子的大小和主要膜分离过程的理论模型,1c是遵从溶解扩散模型的无孔聚合物致密膜,2c是遵从孔渗透模型的多孔膜,3c是两种膜(即无孔聚合物致密膜和多孔膜)均适用的过渡范围。4c是气体分离和渗透汽化膜,5c是反渗透膜,它们都是遵从溶解扩散模型的无孔聚合物致密膜。6c是陶瓷膜和碳膜,7c是纳滤膜,它们有一部分是属于遵从溶解扩散模型的无孔聚合物致密膜,有一部分是过渡范围的膜。8c是微孔努森扩散(Knudsen diffusion)膜,9c是超滤膜,它们大部分是遵从孔渗透模型的多孔膜,也有一部分是过渡范围的膜。10c是微滤膜,它们是遵从孔渗透模型的多孔膜。
本申请中的所述均质无孔聚合物超薄膜层5是本申请人用现有技术的已知的聚合物原料制备而成,这里所述的“无孔”并非是指这种均质无孔聚合物超薄膜层5是任何物质都完全不能透过的意思,而是指这种均质无孔聚合物超薄膜层5没有人们普通所称的物理上永久固定的孔。因此,任何大于1纳米的渗透物分子都不可能穿过均质无孔聚合物超薄膜层5,所以,带有均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物超薄膜复合膜3具有100%地制止空气中的尘粒(包括PM2.5的微尘颗粒)、病毒、病菌、和烟尘的穿透的能力。渗透物质透过均质无孔聚合物超薄膜层5过程的机制遵循溶解扩散模型(the solution-diffusionmodel)。
现有技术中,膜最重要的特性是他们有能力控制不同物质的渗透速率。根据膜材料的结构和分离过程的原理,膜可划分为两类,与之相应的有两种模型被用来描述这两类膜的物质渗透过程的两种机制。一个模型是孔渗透模型(thepore-flow model),遵从这一模型的膜中渗透物因压力差(或者分压压力差)为渗透驱动力流过膜中大小不一的小孔(这里的小孔是物理上永久固定的孔)。另一种模型是溶解扩散模型(the solution-diffusion model),遵从这一模型的膜的渗透物首先在膜表面吸附,然后溶解在膜材料中,再因渗透物在膜材料中的浓度梯度经扩散而通过膜,然后吸附在膜表面的另一面,最后渗透物经脱附而通过膜。所述的均质无孔聚合物超薄膜层5即是这种遵从溶解扩散模型的膜,通过这种膜的时候,不同物质的分离是由不同物质在膜中的溶解度和扩散速率的差异来决定的。
渗透物在均质无孔聚合物超薄膜层5中的传输过程是由溶解扩散模型和菲克定律(Fick’s law)来描述,在均质无孔聚合物超薄膜层5中的聚合物的自由体积(the free volume of the polymer)是由聚合物分子的热运动引起的聚合物链之间的狭小的空间组成。这些聚合物的自由体积与渗透物因浓度梯度穿越均质无孔聚合物超薄膜层5中的聚合物的运动规模大约在同一时间上出现和消失。目前人们公认的知识认为,对于渗透物分子的大小来讲,是均质无孔聚合物超薄膜层5瞬态产生的聚合物自由体积作为渗透物的穿越空间,遵从溶液扩散模型和菲克定律。与其不同的另一类多孔膜,具有永久小孔,遵从孔渗透模型和达西定律,它们之间的过渡范围是在5-10埃(0.5-1纳米)内。(参见文献:R.W.Baker,“Membrane Technology and Applications”第三版,2012,由John Wiley&Sons Ltd出版。)由此可见,任何大于1纳米的渗透物分子都不可能穿过均质无孔聚合物超薄膜层5。因此,带有均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物超薄膜复合膜3具有100%地阻止空气中的尘粒(包括PM2.5的微尘颗粒)、病毒、病菌、和烟尘穿透的能力,即可选用任何氧气渗透率高的无孔聚合物作为聚合物超薄膜复合膜3的材料,这种材料能用于口罩来阻绝尘粒和病菌等。
如上所述,空气中的物质(比如尘粒(包括PM2.5的微尘颗粒)、病毒、病菌、烟尘、氧气、氮气、污染物分子等)透过或者穿透所述均质无孔聚合物超薄膜层5的机制遵从溶解扩散的传递机理,其透过或者穿透所述均质无孔聚合物超薄膜层5的具体过程可描述如下:
1、所述空气中的物质首先与所述均质无孔聚合物超薄膜层5的表面发生碰撞接触。
2、所述空气中的物质与空气接触的所述均质无孔聚合物超薄膜层5表面发生碰撞后,所述空气中的物质吸附在与空气接触的所述均质无孔聚合物超薄膜层5表面上。
3、所述空气中的物质吸附在与空气接触的所述均质无孔聚合物超薄膜层5表面上后,所述空气中的物质溶解于所述均质无孔聚合物超薄膜层5内。
4、溶解于所述均质无孔聚合物超薄膜层5内的所述空气中的物质,经浓度差而扩散到所述均质无孔聚合物超薄膜层5的另一表面。
5、吸附在所述均质无孔聚合物超薄膜层5的另一表面的所述空气中的物质经脱附进入所述多孔超薄膜载体层6内。
下面对本发明的用于口罩的聚合物超薄膜复合膜3的富氧功能及其依据的原理进行简单的描述。如上所述,所述均质无孔聚合物超薄膜层5遵循溶解扩散的物质(包括分子)的传递机理,气体通过均质无孔聚合物超薄膜层5传输的渗透系数(the permeability coefficient)P可表示为:
P=D×S 【1】其中D是一个平均的扩散系数,其单位为cm2/s;S是溶解度系数,其单位为cm3(STP)/(cm3)(torr),其中STP代表着Standard Temperature and Pressure,即标准温度(0℃)与标准压力(100kPa),也被称为标准状态。渗透系数P的单位为cm3(STP)/(cm)(torr)(s)。
所述均质无孔聚合物超薄膜层5对于气体A和气体B的选择性可定义为气体A和气体B渗透系数的比率(αA,B):
【2】
将方程【1】代入方程【2】,所述均质无孔聚合物超薄膜层5对于气体A和气体B的选择性(αA,B)可表示为:
【3】
因此,如方程式【3】中所定义的选择性是两个参数相乘。第一项参数,(DA/DB),是气体A和气体B扩散系数的比率,并通常被称为流动性或扩散选择性。此参数反映了渗透气体相对于所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物中链的流动性和相对于所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物分子间的链的间距的大小以及相对于所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物分子内的链的间距的大小。第二项参数,(SA/SB),是吸附或溶解性的比率,它反映了气体在所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物中的相对吸附或溶解性。在一般情况下,越易冷凝的气体,其吸附越高。
所述均质无孔聚合物超薄膜层5对于空气中的氧气和氮气的选择性可遵循前述的方程式【2】,即:
【4】
正如前述,尽管污染空气中含有尘粒(包括PM2.5的微尘颗粒)、病毒、病菌、烟尘和污染物分子等,但其主要成份仍为氧气和氮气组成,其中氮气对人体来讲为惰性气体,而氧气才是人们生存所需的气体。因此,应用目前现有技术生产的口罩,其透气率与人们每次呼吸时的空气量成正比,也就与人们每次呼吸时吸入的氧气量成正比。当人们不戴口罩时,其透气率为100%。如果空气中含氧浓度为21%,如图9所示,当人们不戴口罩时每次呼吸时吸入的氧气量设定为0.21个单位时(即该状态可用于比较口罩透气性能参数的基准线),当人们戴的口罩的透气率为90%,如果空气中含氧浓度仍为21%,这时每次呼吸时吸入的氧气量将降低为0.189个单位。然而当戴上带聚合物超薄膜复合膜3的口罩,不仅有防尘粒(包括防PM2.5的微尘颗粒)、防病毒、防病菌、防烟尘和防污染物的功能,而且还兼具富氧功能。当所述均质无孔聚合物超薄膜层5的氧气对氮气的渗透系数的比率为2.0时,如果所述口罩体1的透气率也为90%,空气中含氧浓度仍为21%,这时每次呼吸时吸入的氧气量为0.312个单位。与不戴口罩时相比(即每次呼吸时吸入的氧气量为0.21个单位),当戴上本发明的复合复合膜制备的兼具富氧功能的口罩后,每次呼吸时吸入的氧气量远远大于不戴口罩时,每次呼吸时吸入的氧气量比不戴口罩时多出48%以上,且每次呼吸时吸入的为无尘(包括无PM2.5)、无病毒、无病菌、无污染、无烟尘的清新健康的空气;与现有技术制造的透气率为90%的口罩相比,每次呼吸时吸入的氧气量将多出65%以上。以不戴口罩为比较基准,图9显示了在各种条件下,包括目前现有技术的口罩和带本发明的聚合物超薄膜复合膜3的口罩。图9显示了对于均质无孔聚合物超薄膜层5的αO2,N2分别为1.5、2.0、2.5、和3.0的透气率及每次呼吸时吸入的氧气量的关系。
本发明的用于口罩的聚合物超薄膜复合膜3是一种具有柔软性和一定韧性的膜,它既具有与空腔4相嵌合的韧性,又有与口罩体形状相随相配合的柔软性。随着使用时间的不断推移,所述的聚合物超薄膜复合膜3的性能(无论是透气性还是过滤效率)保特不变。所述的聚合物超薄膜复合膜3仅因机械损坏而可能导致其性能降低。如果没有机械损坏或者没有其它物理破坏(即完好地保护聚合物超薄膜复合膜3),从原理和寿命实验中表明,聚合物超薄膜复合膜3的使用寿命至少5年。当需要清洗口罩体1时,将聚合物超薄膜复合膜3取出(注意不要对膜造成机械损坏!),清洗完口罩体后,再将聚合物超薄膜复合膜3插入口罩体1中的空腔4中,口罩又可以继续使用,其功能完全与新口罩相同。
当本发明的聚合物超薄膜复合膜3用于医用口罩时,如果重复使用聚合物超薄膜复合膜3时,再次使用之前必须对所述聚合物超薄膜复合膜3进行消毒(即杀菌、杀病毒)处理。由于所述聚合物超薄膜复合膜3具有极强的化学和物理稳定性,所以,所述聚合物超薄膜复合膜3可通过各种物理或者化学以及物理和化学并用的方式进行消毒(即杀菌、杀病毒)处理而不影响其性能。所述聚合物超薄膜复合膜3进行消毒(即杀菌、杀病毒)处理的方式包括但不限于以下方式:将所述聚合物超薄膜复合膜3浸泡在浓度为75%的酒精中;或将所述聚合物超薄膜复合膜3浸泡在福尔马林中;或将所述聚合物超薄膜复合膜3浸泡在pH为2到3的含有亚铁离子(Fe+2)催化剂的双氧水中;或将所述聚合物超薄膜复合膜3暴露在高强度的紫外线中;或将所述聚合物超薄膜复合膜3暴露在臭氧中;或将所述聚合物超薄膜复合膜3暴露在高强度的紫外线和臭氧中。
本申请人用不同的聚合物材料和载体材料制作了所述聚合物超薄膜复合膜3,并对其中A样品和B样品的氧气和氮气的透气渗透率、富氧性能、病毒阻碍性能进行了试验,下面简要描述相关试验的情况。
A样品的聚合物超薄膜复合膜3,采用所述Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料,选择高度不对称的亚微米级聚砜作为所述多孔超薄膜载体层6。所述高度不对称的亚微米级聚砜的孔径分布特征表现在:1、与所述均质无孔聚合物超薄膜层5的表面接触的平均孔径为0.05微米,2、平均孔径为0.05微米的厚度仅为约10微米、3、外表面的平均孔径为5.0微米,4、总厚度为约120微米,孔隙率为约60%。因此,所选择的高度不对称亚微米级聚砜具有足够的机械强度和透气性能,尤其是其优秀的高度不对称亚微米级的孔径分布特质非常适合作为制造聚合物超薄膜复合膜3。由上述实施例中生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以高度不对称的亚微米级聚砜作为所述多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜A。复合膜A中的Teflon AF2400均质无孔聚合物超薄膜层5的厚度约为0.5微米。
所述复合膜A随机用直径为90毫米的穿孔机冲压出3个样品,并且用标签分别标明为样品1A、样品2A、和样品3A。对样品1A、样品2A、和样品3A进行氧气和氮气的透气性的试验,实验结果列入表1。表1的测试结果表明所述复合膜A的质量优良且非常均匀,对氧气的择择性为2.0(即αO2,N2=2.0)。
表1、A样品聚合物超薄膜复合膜的氧气和氮气的透气渗透率试验
B样品的聚合物超薄膜复合膜3,采用Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料,选择聚四氟乙烯多孔聚合物作为均质无孔聚合物超薄膜层5的多孔超薄膜载体层6-1,再采用聚酯无纺布作为所述聚四氟乙烯多孔聚合物的支撑衬底6-2。所述聚四氟乙烯多孔聚合物和所述聚酯无纺布支撑衬底通过层压粘合方式制成多孔超薄膜载体层6。所述多孔超薄膜载体层6材料的特征是:1、所述聚四氟乙烯多孔聚合物为载体层的平均孔径为0.02微米、厚度为40-60微米、孔隙率为60%;2、所述聚酯无纺布支撑衬底可为所述聚四氟乙烯多孔聚合物载体层,它们组合而成的多孔超薄膜载体层6提供极高的透气性和足够强的机械强度,厚度为80-120微米。如此生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以聚四氟乙烯多孔聚合物和聚酯无纺布为多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜B。复合膜B中的Teflon AF2400均质无孔聚合物超薄膜层5的厚度约为0.05微米。
将所述复合膜B中随机用直径为90毫米的穿孔机冲压出3个样品,并且用标签分别标明为样品1B、样品2B、和样品3B。用检测超薄膜聚合物复合膜的氧气和氮气的透气性的试验装置进行试验,所述复合膜B的样品1B、样品2B、和样品3B的氧气和氮气的透气渗透率的实验结果列入表2。如表2中列出的测试结果表明按如上所述的工艺方法制造的所述复合膜的质量优良且非常均匀,对氧气的择择性为2.0(即αO2,N2=2.0)。
表2、B样品聚合物超薄膜复合膜的氧气和氮气的透气渗透率试验
表1和表2数据的具体测试方法、过程和步骤描述如附图10所示:
1、将复合膜A的样品1A按图10所示的安装在测试箱67中,所述均质无孔聚合物超薄膜层5与原料气管道66相通,所述复合膜A的多孔超薄膜载体层6与用于支撑复合膜的托网69相接触,并与渗透气出口70相通,在所述均质无孔聚合物超薄膜层5的一侧将用一O形圈进行密封。
2、将图10所示的三通阀64设置成氧气管道61与原料气管道66相通,然后打开氧气瓶60并将氧气瓶60上的压力调节器的表压(即与外界的大气压力差)设置为60kPa,然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5kPa,然后打开图10所示的气体阀73,让氧气瓶60中的氧气充分替换原料气管道66和测试箱67中的原料气空间,然后关闭气体阀73。
3、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5.0kPa,通过图10所示的气体流速计量器75测量在稳定状态下的所述复合膜的氧气渗透率。
4、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72分别设置为10.0、15.0、20.0、25.0、和30.0kPa,通过图10所示的气体流速计量器75分别测量在设置的每一个表压下的稳定状态下的所述复合膜的氧气渗透率。
5、关闭氧气瓶60,然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为小于1kPa,然后将慢慢打开气体阀73。
6、将图10所示的三通阀64设置成氮气管道63与原料气管道66相通,然后打开氮气瓶62并将氮气瓶62上的压力调节器的表压(即与外界的大气压力差)设置为60kPa,然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5kPa,然后打开图10所示的气体阀73,让氮气瓶60中的氮气充分替换原料气管道66和测试箱67中的原料气空间,然后关闭气体阀73。
7、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5.0kPa,通过图10所示的气体流速计量器75测量在稳定状态下的所述复合膜的氮气渗透率。
8、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72分别设置为10.0、15.0、20.0、25.0、和30.0kPa,通过图10所示的气体流速计量器75分别测量在设置的每一个表压下的稳定状态下的所述复合膜的氮气渗透率。
9、关闭氮气瓶60,然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为小于1kPa,然后将慢慢打开气体阀73,最后将测试箱67拆卸并仔细拿出所述复合膜的样品,并可对其进行其它检测和分析。
重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的氧气和氮气的透气性的试验装置的具体测试方法的过程和步骤,可获得所述复合膜A的样品2A和3A的氧气和氮气的透气渗透率。
重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的氧气和氮气的透气性的试验装置的具体测试方法的过程和步骤,可获得所述复合膜B的样品1B、2B和3B的氧气和氮气的透气渗透率。
所述复合膜的富氧性能可应用如图11所示的用于检测超薄膜聚合物复合膜的富氧性能的试验装置进行直接测试。所述富氧性能的试验装置的主要部件包括空气瓶80,空气压力调节器81,测试箱83,气体压力表87,尾气压力调节器88,气体流速控制器89,气体流速计量器93,和气体测氧仪94。空气瓶80中的空气纯度将大于99.99%,其空气组成为20.98%(摩尔)的氧气和79.02%(摩尔)的氮气。气体压力表87上所显示的压力为表压(即P–Pa,其中P为气体压力,Pa为大气压力)或者称为与外界的大气压力差。用于所述复合膜富氧性能测试箱83中的复合膜的直径为190毫米,复合膜透气性有效测试直径为168毫米,其外径11毫米将用于复合膜周边的密封。因此,复合膜透气性有效测试面积为22156平方毫米(或者221.56平方厘米)。
在上述方案中,从如上所述复合膜A中随机用直径为190毫米的穿孔机冲压出3个样品,并且用标签分别标明为样品4A、样品5A、和样品6A。以下就具体测试方法的过程和步骤描述如下:
1、将所述复合膜A的样品4A按图11所示的安装在复合膜富氧性能测试部件83中,所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层与空气管道82相通,所述复合膜的载体层与用于支撑复合膜的细网状片85相接触并与复合膜富氧性能测试部件的渗透气出口91相通,在所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的一侧将用一O形圈进行密封;
2、打开图11所示的空气瓶80并将空气瓶80上的压力调节器的表压(即与外界的大气压力差)设置为60kPa,然后将空气管道82上的空气压力调节器81根据气体压力表87设置为大于30kPa,然后将图11所示的尾气压力调节器88根据气体压力表87设置为30kPa,然后将图11所示的气体流速控制器89的气体流速设置为标准状态下的每分钟10升,让空气瓶80中的空气充分替换空气管道82和复合膜富氧性能测试部件83以及复合膜富氧性能测试部件的尾气出口86的气体;
3、将空气管道82上的空气压力调节器81和尾气压力调节器88根据气体压力表87进行设置,最终经调节将气体压力表87控制为30kPa,通过如图11所示的气体流速计量器93和气体测氧仪94分别测量在稳定状态下的所述复合膜的空气渗透率和含氧量(或者透过复合膜气体的氧浓度);
4、关闭空气瓶80,然后将空气管道82上的空气压力调节器81根据气体压力表87设置为小于1kPa,然后将试验装置内的所有空气排放出,最后将复合膜富氧性能测试部件83拆卸并仔细拿出所述复合膜的样品,并可对其进行其它检测和分析。
重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的富氧性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤,可获得所述复合膜A的样品5A和样品6A的空气渗透率和含氧量(或者透过复合膜气体的氧浓度)。对所述复合膜的样品4A、样品5A、和样品6A的空气渗透率和含氧量(或者透过复合膜气体的氧浓度)的实验结果列入表3。如表3中列出的测试结果表明按如上所述的工艺方法制造的所述复合膜A具有富氧性能,可将含氧量为21%(摩尔)的空气增加到含氧量为35%(摩尔)的富氧气体。
表3、A样品的富氧性能测试试验
在上述方案中,从如上所述复合膜B中随机用直径为190毫米的穿孔机冲压出3个样品,并且用标签分别标明为样品4B、样品5B、和样品6B。重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的富氧性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤,可获得所述复合膜B的样品4B、样品5B、和样品6B的空气渗透率和含氧量(或者透过复合膜气体的氧浓度)。对所述复合膜B的样品4B、样品5B、和样品6B的空气渗透率和含氧量(或者透过复合膜气体的氧浓度)的实验结果列入表4。如表4中列出的测试结果表明按如上所述的工艺方法制造的所述复合膜B具有富氧性能,可将含氧量为21%(摩尔)的空气增加到含氧量为35%(摩尔)的富氧气体。
表4、B样品的富氧性能测试试验
本申请人还对所述复合膜的病毒阻碍性能应用如图12所示的用于检测超薄膜聚合物复合膜的病毒阻碍性能的试验装置进行直接测试。所述病毒阻碍性能的试验装置的主要部件包括空气瓶80a、空气流速控制器82a、含有试验病毒的缓冲溶液83a、气雾发生器85a、病毒阻碍性能的测试箱87a、透过复合膜的渗透气导管95a、病毒收集液96a、病毒收集液的容器97a、气体流速计量器98a、二级生物安全柜100a。如图12所示,空气瓶80a中的空气纯度将大于99.99%,其空气组成为21.06%(摩尔)的氧气和78.94%(摩尔)的氮气。气体压力表90a上所显示的压力为表压(即P–P
a,其中P为气体压力,P
a为大气压力)或者称为与外界的大气压力差。用于所述复合膜病毒阻碍性能的测试箱87a中的复合膜的直径为60毫米,复合膜病毒阻碍性能试验的有效测试直径为48毫米,其外径6毫米将用于复合膜周边的密封。因此,复合膜病毒阻碍性能试验的有效测试面积为1808平方毫米(或者约18平方厘米)。如上所述,试验病毒为噬菌体
,缓冲溶液为杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水(即Dulbecco’sphosphate-buffered saline),噬菌体
在杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水中的浓度大于10
7空斑形成单位(又称蚀斑形成单位,即Plaque Forming Unit/ml)。病毒收集液96a为杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水。该复合膜病毒阻碍性能的试验是在二级生物安全柜100a内进行的。
在上述方案中,从如上所述实施例中制造的所述复合膜A中随机用直径为60毫米的穿孔机冲压出3个样品,并且用标签分别标明为样品7A、样品8A、和样品9A。以下就具体测试方法的过程和步骤描述如下:
1、将所述复合膜的样品7A按图12所示的安装在复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a中,所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层与含试验病毒的空气导管86a相通,所述复合膜的载体层与用于支撑复合膜的细网状片93a相接触并与复合膜病毒阻碍性能的测试部件的渗透气出口94a和透过复合膜的渗透气导管95a相通,在所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的一侧将用一O形圈进行密封;
2、打开图12所示的空气瓶80a并将空气瓶80a上的压力调节器的表压(即与外界的大气压力差)设置为400kPa,然后将空气管道81a上的空气流速控制器82a的空气流速设置为标准状态下的每分钟6升,然后将复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含有试验病毒的尾气出口导管89a上的空气压力调节器91a根据气体压力表90a调节为表压100kPa;
3、在系统到达稳定状态之后,将含大于10
7空斑形成单位噬菌体
浓度的杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水以每分钟10微升的流量经气雾发生器85a注入空气管道81a中,并通过含试验病毒噬菌体
的空气导管86a经复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含试验病毒噬菌体
的空气进口88a进入复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a,试验病毒噬菌体
与复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a中的所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的表面接触并因所设置的100kPa压差而存在穿透所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的势能,并由透过所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的氧气和氮气经透过复合膜的渗透气导管95a而富集于病毒收集液病96a中,透过的氧气和氮气经气体流速计量器98a后通过透过复合膜的渗透气的出口99a排出,排出的气体将先通过800℃的高温管道杀菌后排放大气。其余含试验病毒噬菌体
的空气经复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含有试验病毒的尾气出口导管89a并通过空气压力调节器91a由复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含有试验病毒的尾气出口92a排出,排出的气体将先通过800℃的高温管道杀菌后排放大气。为了充分检测如上所述实施例中制造的所述复合膜的病毒阻碍性能,测试时间为24小时;
4、完成测试后,首先停止含大于10
7空斑形成单位噬菌体
浓度的杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水经气雾发生器85a注入空气管道81a中,与此同时,关闭空气瓶80a,然后将空气压力调节器91a根据气体压力表90a调节为表压小于1kPa,然后将试验装置内的所有空气经含有试验病毒的尾气出口92a排放出,排放出的气体将先通过800℃的高温管道杀菌后排放大气。最后将病毒收集液的容器97a封闭后转移到生物分析检测室进行病毒噬菌体
的浓度分析。在生物安全防护的条件下,拆卸复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a,并仔细拿出所述复合膜的样品,并可对其进行其它检测和分析;
5、对收集液的容器97a中的收集液进行扫描电子显微镜分析。
对于所述复合膜的样品7A进行如上所述的病毒阻碍性能的测试,经对收集液的容器97a中的收集液进行扫描电子显微镜分析,在所有的分析样品中均没有检测出病毒噬菌体
。该分析结果表明复合膜的样品7A对于病毒噬菌体
的阻碍率大于99.9%。
重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的病毒阻碍性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤,可获得所述复合膜的样品8A和样品9A的病毒阻碍性能。所述复合膜的样品8A和样品9A的病毒阻碍性能的试验结果,分析结果表明复合膜的样品8A、和样品9A对于病毒噬菌体的阻碍率均大于99.9%
在上述方案中,从如上所述实施例中制造的所述复合膜B中随机用直径为60毫米的穿孔机冲压出3个样品,并且用标签分别标明为样品7B、样品8B、和样品9B。
重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的病毒阻碍性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤,可获得所述复合膜B的样品7B、样品8B、和样品9B的病毒阻碍性能。所述复合膜B的样品7B、样品8B、和样品9B样品的病毒阻碍性能的试验结果,分析结果表明复合膜的样品7B、样品8B、和样品9B对于病毒噬菌体的阻碍率均大于99.9%。
附图13、14、15、16、17、18分别显示了本申请人的一系列试验数据,它们是不同的佩戴者佩戴带有本发明的复合膜的口罩后对血中氧浓度随时间变化的试验数据,用于本发明中测量人体血液中的氧浓度的仪器是由美国CrucialMedical Systems公司生产的型号为CMS-50D的指尖脉搏血氧仪。从附图13、14、15、16、17、18显示,当佩戴有本发明复合膜的口罩后,除了具有防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘的功能外,人们还可以吸入清新健康的富氧,进而起到保健和医用的作用。
如图13所示,试验者为59岁的男性亚裔,当不戴口罩时,感觉疲劳、头晕、头疼等不适症状,所测的血中氧浓度为92%到93%。该试验者戴上所述复合膜口罩后,所测的血中氧浓度5分钟后升至96%(血中氧浓度大于95%为健康范围)。约10分钟后,疲劳、头晕、头疼等不适症状的感觉大大降低。30分钟后,疲劳、头晕、头疼等不适症状的感觉完全消失,直到试验结束(即120分钟)。试验结束后的当天,试验者再无疲劳、头晕、头疼等不适症状的感觉。
如图14所示,试验者为82岁的女性亚裔,当不戴口罩时,感觉胸闷、气不畅,头晕、头疼等不适症状,所测的血中氧浓度为91%到93%。该试验者戴上所述复合膜口罩后,所测的血中氧浓度5分钟后升至96%(血中氧浓度大于95%为健康范围)。约15分钟后,胸闷、气不畅,头晕、头疼等不适症状的感觉大大降低。40分钟后,胸闷、气不畅,头晕、头疼等不适症状的感觉完全消失,直到试验结束(即120分钟)。试验结束后的当天和第二天,试验者再无胸闷、气不畅,头晕、头疼等不适症状的感觉。
图15到图18为有代表性的人群在不戴口罩时和戴上所述复合膜口罩后所测的血中氧浓度的试验数据。试验结果表明戴上所述复合膜口罩后的血中氧浓度都有不同程度的升高。
如图18所示,试验者为48岁的男性亚裔,戴上所述复合膜口罩后在运动中所测的血中氧浓度和脉搏的试验数据。试验结果表明戴上所述复合膜口罩后在运动中所测的血中氧浓度略有升高。
作为实施例之一,图19是用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜的一种制备方法和设备,本申请人将其称为微流延浸涂连续生产方法,所述的生产方法按以下步骤进行:
本发明应用Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料,TeflonAF2400是高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守(或适用)溶解扩散模型的聚合物。高度不对称的亚微米级聚砜作为多孔超薄膜载体层6。所述高度不对称的亚微米级聚砜的孔径分布特征表现在:1、高度不对称的亚微米级聚砜作为多孔超薄膜载体层6,即是用作Teflon AF2400溶液进行微浸涂的表面,即是与所述均质无孔聚合物超薄膜层5接触的表面,其平均孔径为0.05微米,2、平均孔径为0.05微米的厚度仅为10微米,3、多孔超薄膜载体层6外表面的平均孔径为5.0微米,4、多孔超薄膜载体层6总厚度为120微米,孔隙率为60%。因此,所选择的所述高度不对称亚微米级聚砜具有足够的机械强度和透气性能,尤其是其优秀的高度不对称亚微米级的孔径分布特质非常适合作为制造超薄膜聚合物涂层的载体层。根据如上所选制造聚合物超薄膜复合膜3的材料,以连续生产方式制备聚合物超薄膜复合膜3,其具体生产步骤、过程和方法描述如下:
1、将Teflon AF2400溶解在由美国3M公司生产的Fluorinert FC-75的溶剂中,形成1wt%的Teflon AF2400溶液。Fluorinert是3M公司的商标品牌名称,FC-75是碳氟化合物,其化学式为C8F16O,是四氢呋喃的衍生物。FC-75是TeflonAF2400的溶剂之一,它的沸点是102℃;
2、将作为多孔超薄膜载体层6的高度不对称的亚微米级聚砜衬底薄片卷入到物料滚筒10a上,并置于所述传输系统中形成生产线;
3、如图19所示,在含所述1wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物涂层溶液的微浸涂槽17中,所述高度不对称亚微米级聚砜的多孔超薄膜载体层6通过所述微浸涂辊19的匀速转动与所述聚合物浸涂溶液的微浸涂槽17中的所述1wt%的Teflon AF2400的聚合物浸涂溶液18的表面接触,经微浸涂方法在所述高度不对称亚微米级聚砜的多孔超薄膜载体层6上形成1wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物浸涂层。所述聚合物溶液涂层滚筒即微浸涂辊19的直径为26-36厘米,在所述微浸涂槽17中,微浸涂辊19浸入聚合物溶液浸涂溶液18中的表面是微浸涂辊19的表面的16%-36%;所述微浸涂辊19的转速为0.5-1rpm;
4、如图19所示,将涂有所述1wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物浸涂溶液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片20传送到所述烘干系统中烘干,使所述1wt%的Teflon AF2400溶液在所述高度不对称亚微米级聚砜的多孔超薄膜载体层6衬底表面形成均质无孔聚合物超薄膜层5,经后续空气吹扫冷却护膜器46的处理即得聚合物超薄膜复合膜3,最后所述聚合物超薄膜复合膜3卷入到带电机驱动卷取辊的成品滚筒50。
在本实施例中,如图19所示,所述三级真空烘箱24、25、26的各级真空烘箱的温度是通过电缆52与计算机辅助控制系统51相联而控制的;所述三级真空烘箱24、25、26的真空度是经各级的真空烘箱的真空度控制阀28c、30c、32c通过电缆52与计算机控制系统51相联而控制的。用于三级真空烘箱的各级真空烘箱的氮气吹扫速度由氮气流量控制器40控制,各级真空烘箱氮气吹扫流速均为2L(STP)/min,所用氮气由氮气瓶39提供,所用氮气的纯度大于99.9%。第一级真空烘箱24的温度、第二级真空烘箱25的温度、和第三级真空烘箱26的温度分别控制在60±2℃、80±2℃、和106±2℃;第一级真空烘箱24的真空度、第二级真空烘箱25的真空度、和第三级真空烘箱26的真空度分别控制在460Torr(即mmHg),180Torr、和60Torr;第一级真空烘箱24的滞留时间、第二级真空烘箱25的滞留时间、和第三级真空烘箱26的滞留时间分别控制在30分钟、40分钟、和60分钟。设置三级真空烘箱的长度为逐级加长,从而使薄片物料在各级真空烘箱中的滞留时间符合要求。
在本实施例中,如图19所示,三级真空烘箱24、25、26的各级真空烘箱蒸发的FC-75溶剂经真空管道33和冷凝器34冷凝而收集到回收溶剂的储瓶35,回收的FC-75溶剂36可重复使用,达到既经济又环保的循环可持续发展的工艺过程。
在本实施例中,如图19所示,聚合物超薄膜复合膜3的护膜系统的处理是应用空气吹扫冷却护膜器46经室温下的无湿度、清洁的空气吹扫降温,可用于除去聚合物超薄膜复合膜3经干燥系统处理后仍然残留的任何FC-75溶剂,并且将聚合物超薄膜复合膜3的温度降到接近室温后转输到带电机驱动卷取辊的成品滚筒50。用于空气吹扫的所述无湿度、清洁的空气是由无油空气压缩机42经空气管道43、空气干燥器44、和空气过滤器45处理后通过空气吹扫冷却护膜器的空气进口47进入空气吹扫冷却护膜器46,空气吹扫聚合物超薄膜复合膜3后由空气吹扫冷却护膜器的空气出口48排出,再经空气出口管道49排放。空气吹扫的流速为60L/min。
由上述实施例中生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以高度不对称的亚微米级聚砜作为所述多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜A。
作为另一实施例之一,本发明应用Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料,Teflon AF2400是高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守(或适用)溶解扩散模型的聚合物。所述聚四氟乙烯多孔聚合物作为所述的均质无孔聚合物超薄膜层5的多孔超薄膜载体层6-1,再采用聚酯无纺布作为所述聚四氟乙烯多孔聚合物的支撑衬底6-2。这一复合多孔超薄膜载体层6是通过所述聚四氟乙烯多孔聚合物6-2和所述聚酯无纺布支撑衬底6-1通过层压粘合方式而制成。所述复合的多孔超薄膜载体层6的特征表现在:1、由两层多孔聚合物材料叠加制成多孔超薄膜载体层(6),2、接触所述均质无孔聚合物薄膜层(5)的第一层多孔超薄膜载体层为聚四氟乙烯多孔聚合物6-1,即是用作Teflon AF2400溶液进行微浸涂的表面,即是与所述均质无孔聚合物超薄膜层5接触的表面,其平均孔径为0.02微米,平均孔径为0.02微米的厚度为40-60微米,孔隙率为60%,3、所述聚酯无纺布支撑衬底6-2可为所述聚四氟乙烯多孔聚合物6-1的载体层。所述复合多孔超薄膜载体层6提供了非常优秀的用作Teflon AF2400溶液进行微浸涂的表面、极高的透气性和足够强的机械强度,其厚度为80-120微米。因此,所选择的所述复合多孔超薄膜载体层6具有足够的机械强度和透气性能,尤其是其与所述均质无孔聚合物超薄膜层5接触的表面的优秀的超亚微米级的孔径分布特质非常适合作为制造超薄膜聚合物涂层的载体层。根据如上所选制造聚合物超薄膜复合膜3的材料,以连续生产方式制备聚合物超薄膜复合膜3,其具体生产步骤、过程和方法描述如下:
1、将Teflon AF2400溶解在由3M公司生产的Fluorinert FC-75的溶剂中,形成0.6wt%的Teflon AF2400溶液。Fluorinert是3M公司的商标品牌名称,FC-75是碳氟化合物,其化学式为C8F16O,是四氢呋喃的衍生物。FC-75是TeflonAF2400的溶剂之一,它的沸点是102℃;
2、将作为多孔超薄膜载体层6的所述复合多孔超薄膜载体层原料薄片卷入到物料滚筒10a上,并置于所述传输系统中形成生产线;
3、如图19所示,在含所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物涂层溶液储池17中,所述复合多孔超薄膜载体层6通过所述微浸涂辊19的匀速转动与所述聚合物浸涂溶液储池17中的所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液18的表面接触,经微浸涂方法在所述复合多孔超薄膜载体层6上形成0.6wt%的TeflonAF2400溶液的聚合物浸涂层。所述聚合物溶液涂层滚筒即微浸涂辊19的直径为26-36厘米,在所述聚合物涂层溶液储池17中,微浸涂辊19浸入聚合物溶液浸涂液18中的表面是微浸涂辊19的表面的8%-16%;所述微浸涂辊19的转速为1-5rpm;
4、如图19所示,将涂有所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物浸涂溶液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片20传送到所述烘干系统中烘干,使所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液在所述复合多孔超薄膜载体层6衬底表面形成均质无孔聚合物超薄膜层5,经后续空气吹扫冷却护膜器46的处理即得聚合物超薄膜复合膜3,最后所述聚合物超薄膜复合膜3卷入到带电机驱动卷取辊的成品滚筒50。
在本实施例中,如图19所示,所述三级真空烘箱24、25、26的各级真空烘箱的温度是通过电缆52与计算机辅助控制系统51相联而控制的;所述三级真空烘箱24、25、26的真空度是经各级的真空烘箱的真空度控制阀28c、30c、32c通过电缆52与计算机控制系统51相联而控制的。用于三级真空烘箱的各级真空烘箱的氮气吹扫速度由氮气流量控制器40控制,各级真空烘箱氮气吹扫流速均为2L(STP)/min,所用氮气由氮气瓶39提供,所用氮气的纯度大于99.9%。第一级真空烘箱24的温度、第二级真空烘箱25的温度、和第三级真空烘箱26的温度分别控制在60±2℃、80±2℃、和106±2℃;第一级真空烘箱24的真空度、第二级真空烘箱25的真空度、和第三级真空烘箱26的真空度分别控制在460Torr(即mmHg),180Torr、和60Torr;第一级真空烘箱24的滞留时间、第二级真空烘箱25的滞留时间、和第三级真空烘箱26的滞留时间分别控制在30分钟、40分钟、和60分钟。设置三级真空烘箱的长度为逐级加长,从而使薄片物料在各级真空烘箱中的滞留时间符合要求。
在本实施例中,如图19所示,三级真空烘箱24、25、26的各级真空烘箱蒸发的FC-75溶剂经真空管道33和冷凝器34冷凝而收集到回收溶剂的储瓶35,回收的FC-75溶剂36可重复使用,达到既经济又环保的循环可持续发展的工艺过程。
在本实施例中,如图19所示,聚合物超薄膜复合膜3的护膜系统的处理是应用空气吹扫冷却护膜器46经室温下的无湿度、清洁的空气吹扫降温,可用于除去聚合物超薄膜复合膜3经干燥系统处理后仍然残留的任何FC-75溶剂,并且将聚合物超薄膜复合膜3的温度降到接近室温后转输到带电机驱动卷取辊的成品滚筒50。用于空气吹扫的所述无湿度、清洁的空气是由无油空气压缩机42经空气管道43、空气干燥器44、和空气过滤器45处理后通过空气吹扫冷却护膜器的空气进口47进入空气吹扫冷却护膜器46,空气吹扫聚合物超薄膜复合膜3后由空气吹扫冷却护膜器的空气出口48排出,再经空气出口管道49排放。空气吹扫的流速为60L/min。
由上述实施例中生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以复合多孔超薄膜载体层6-1、6-2作为所述多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜B。