CN103908901A - 沙漏型孔道核孔滤膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核孔滤膜的制备方法,特别涉及一种沙漏型孔道形状的核孔滤膜。一种沙漏型孔道核孔膜及其制备方法,其主要包括以下步骤:采用高能加速器提供的重离子对PET或PC薄膜进行辐照,形成潜径迹;选择有NaOH蚀刻液,对辐照后的聚合物薄膜进行预蚀刻,然后放入一定温度的恒温箱中进行退火,最后再用NaOH溶液进行蚀刻。这种沙漏型孔道核孔滤膜,包括在聚合薄膜上有重离子辐照蚀刻形成的核孔,核孔孔道剖面类似于沙漏型状。聚合薄膜为PET或PC聚酯薄膜,厚度为10-30μm。外孔孔径范围2-10μm,内孔孔径范围0.2-3μm。沙漏型孔道与柱状、锥状的孔型对比,它除了保持原有的过滤精度外,可以提高过滤速度;同时提高核孔滤膜的纳污能力,使得核孔滤膜不容易堵塞,从而提高核孔滤膜的过滤性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种核孔滤膜的制备方法,特别涉及一种沙漏型孔道形状的核孔滤膜。这种方法制备的核孔滤膜可以应用到医用过滤、食品包装、电子产品保护、电池隔膜等滤膜行业领域。
背景技术
核孔滤膜也称核孔膜或重离子微孔膜,属于筛分型过滤膜,具有孔形规则、孔径可控和孔径均匀的优点。目前,核孔滤膜主要应用于医用过滤膜、防伪、电池隔膜、生物检测膜等领域。
现有核孔滤膜的孔道形状主要有柱形、双锥形和单锥形,其生产过程主要包括是原膜辐照和蚀刻加工两个工序。核孔滤膜由于孔径均匀,在精密过滤方面具有明显的优势。其不足之处在于有两点:第一、核孔滤膜的过滤速度小。随着孔径变小,核孔滤膜过滤速度下降很快。而滤膜产品大多对过滤速度有着明确的要求,过滤速度小影响着产品的性能。目前,国内核孔滤膜主要产品的孔径大致在3-5μm。第二点、核孔滤膜容易堵塞,对原液浊度有一定的要求,通常需要和其他纤维滤膜组合使用。这极大地影响了核孔滤膜的使用条件和使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沙漏型孔道核孔滤膜。对新的孔道形状,提出可行的制备方法,借助新的孔道形状提高核孔滤膜的过滤速度和抗污染能力,从而提高核孔滤膜的过滤性能。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种沙漏型孔道核孔滤膜,其主要特点在于包括在聚合薄膜上有重离子辐照蚀刻形成的核孔,核孔孔道剖面为盅底内孔相连通的两个盅形,呈沙漏型;外孔孔径范围2-10μm,内孔孔径范围0.2-3μm。
所述的沙漏型孔道核孔滤膜,所述的聚合薄膜为PET或PC聚酯薄膜,厚度为10-30μm。
一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其主要特点在于步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的重离子对PET或PC薄膜进行辐照,离子能量5-50MeV/u;薄膜厚度为10-30μm,辐照的注量为1×105-5×107/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行第一次蚀刻,蚀刻液为5-9Mol/L的NaOH,其中溶剂采用甲醇和水的混合溶液,甲醇含量为10%-80%,蚀刻温度为15℃-25℃。蚀刻时间为5-40分钟;
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干;
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热温度为100-200℃,并保持0.5-2小时,然后自然冷却;
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为15℃-25℃;蚀刻时间为5-40分钟;
(6)将蚀刻后的薄膜进行清洗晾干。
所述沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,所述的高能加速器提供的离子为Kr、Ar、Xe、Bi离子。
所述的沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,步骤(3)和步骤(5)中所述的溶剂还包括水溶液或含量10%-80%的异丙醇、乙二醇、丙三醇分别与水的混合溶液。
本发明设计了一种沙漏型孔道并公开了它的制备方法。沙漏型孔道制备方法的特点,是先将辐照后的薄膜预蚀刻,然后进行退火处理,再进行蚀刻。预蚀刻让靠近薄膜两侧的离子径迹蚀刻通,处于中间段未蚀刻的离子径迹在退火过程中消失。第二次蚀刻过程中,由于中间段离子径迹缺失,使得原本沿径迹方向的蚀刻速率和体蚀刻速率接近;各向均匀地蚀刻,产生倒角的效果,最终得到沙漏型的孔道形状。沙漏型孔道与柱状、锥状的孔型对比,它除了保持原有的过滤精度外,可以提高过滤速度;同时提高核孔滤膜的纳污能力,使得核孔滤膜不容易堵塞,从而提高核孔滤膜的过滤性能。
本发明的有益效果是:第一、提高核孔滤膜的过滤速度。对比几种不同孔道(柱形、锥形、沙漏型)轮廓线,沙漏型孔道呈流线形,更利于提高气体或液体的过滤速度。若采用沙漏型孔道,经过计算模拟发现过滤速度可以提高2倍以上。过滤速度明显提高,使得小孔径的核孔滤膜产品成为可能。第二、提高核孔滤膜的纳污能力。沙漏型孔道纳污能力比柱形和锥形要强很多。同时沙漏型孔道更利于反复冲洗,颗粒不容易堵塞。提高核孔滤膜的抗污染能力,有利于推广核孔滤膜的应用领域,增加核孔滤膜的使用寿命,从而使得核孔滤膜产品更具竞争力。
附图说明:
图1为沙漏型孔道核孔滤膜结构示意图;
图2为实验制备的沙漏型孔道核孔滤膜的电镜照片。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实例作进一步详述:
实施例1:见图1,一种沙漏型孔道核孔滤膜,其包括在聚合薄膜3上有重离子辐照蚀刻形成的核孔,核孔孔道剖面为盅底内孔相连通的两个盅形,呈沙漏型;薄膜为PET,厚度为10μm。核孔孔道为沙漏型,外孔1的孔径为4μm,内孔2的孔径为2μm。
实施例2:一种沙漏型孔道核孔滤膜,其包括有在聚合薄膜3上有重离子辐照核孔,薄膜为PET,厚度为30μm。核孔孔道剖面为盅底内孔相连通的两个盅形,呈沙漏型,外孔1的孔径为3μm,内孔2的孔径为1μm。
实施例3:一种沙漏型孔道核孔滤膜,其包括有在聚合薄膜3上有重离子辐照核孔,薄膜为PC,厚度为10μm。核孔孔道剖面为盅底内孔相连通的两个盅形,呈沙漏型;外孔1的孔径为3μm,内孔2的孔径为0.4μm。
实施例4:一种沙漏型孔道核孔滤膜,其包括有在聚合薄膜3上有重离子辐照核孔,薄膜为PC,厚度为30μm。核孔孔道剖面为盅底内孔相连通的两个盅形,呈沙漏型,外孔1的孔径为3μm,内孔2的孔径为1μm。
实施例5:一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的Kr离子对PET薄膜进行辐照,离子能量9.5MeV/u;薄膜厚度为12μm,辐照的注量为106/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行蚀刻进行第一次蚀刻,蚀刻液为9Mol/L的NaOH,其中溶剂采用甲醇和水的混合溶液,甲醇含量50%,蚀刻温度为20℃;蚀刻时间为20分钟。
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干。
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热到150℃,并保持2个小时,然后自然冷却。
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为20℃。蚀刻时间为30分钟。
(6)将蚀刻后的薄膜进行清洗晾干。
实施例5:一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的Xe离子对PET薄膜进行辐照,离子能量9.5MeV/u;薄膜厚度为12μm,辐照的注量为106/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行蚀刻进行第一次蚀刻,蚀刻液为5Mol/L的NaOH溶液,蚀刻温度为60℃。蚀刻时间为2分钟。
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干。
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热到180℃,并保持2个小时,然后自然冷却。
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为60℃。蚀刻时间为30分钟。
实施例6:一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的Ar离子对PET薄膜进行辐照,离子能量9.5MeV/u;薄膜厚度为12μm,辐照的注量为106/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行蚀刻进行第一次蚀刻,蚀刻液为5Mol/L的NaOH溶液,蚀刻温度为60℃。蚀刻时间为2分钟。
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干。
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热到180℃,并保持2个小时,然后自然冷却。
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为60℃。蚀刻时间为30分钟。
实施例7:一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的Kr离子对PET薄膜进行辐照,离子能量9.5MeV/u;薄膜厚度为12μm,辐照的注量为106/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行蚀刻进行第一次蚀刻,蚀刻液为9Mol/L的NaOH,其中溶剂采用异丙醇和水的混合溶液,异丙醇含量50%,蚀刻温度为20℃;蚀刻时间为20分钟。
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干。
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热到150℃,并保持2个小时,然后自然冷却。
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为20℃。蚀刻时间为30分钟。
(6)将蚀刻后的薄膜进行清洗晾干。
实施例8:一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的Kr离子对PET薄膜进行辐照,离子能量9.5MeV/u;薄膜厚度为12μm,辐照的注量为106/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行蚀刻进行第一次蚀刻,蚀刻液为9Mol/L的NaOH,其中溶剂采用乙二醇和水的混合溶液,乙二醇含量50%,蚀刻温度为20℃;蚀刻时间为20分钟。
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干。
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热到150℃,并保持2个小时,然后自然冷却。
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为20℃。蚀刻时间为30分钟。
(6)将蚀刻后的薄膜进行清洗晾干。
实施例9:一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的Kr离子对PET薄膜进行辐照,离子能量9.5MeV/u;薄膜厚度为12μm,辐照的注量为106/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行蚀刻进行第一次蚀刻,蚀刻液为9Mol/L的NaOH,其中溶剂采用丙三醇和水的混合溶液,丙三醇含量50%,蚀刻温度为20℃;蚀刻时间为20分钟。
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干。
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热到150℃,并保持2个小时,然后自然冷却。
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为20℃。蚀刻时间为30分钟。
(6)将蚀刻后的薄膜进行清洗晾干。
验证例:一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的Bi离子对PET薄膜进行辐照,离子能量9.5MeV/u;薄膜厚度为12μm,辐照的注量为106/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行蚀刻进行第一次蚀刻,蚀刻液为9Mol/L的NaOH,其中溶剂采用甲醇和水的混合溶液,甲醇含量50%,蚀刻温度为20℃。蚀刻时间为14分钟30秒。
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干。
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热到180℃,并保持2个小时,然后自然冷却。
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为120℃。蚀刻时间为25分钟。
(6)将蚀刻后的薄膜进行清洗晾干。
验证例所制备的沙漏型孔道核孔滤膜的电镜照片见图2。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种沙漏型孔道核孔滤膜,其特征在于包括在聚合薄膜上有重离子辐照蚀刻形成的核孔,核孔孔道剖面为盅底内孔相连通的两个盅形,呈沙漏型;外孔孔径范围2-10μm,内孔孔径范围0.2-3μm。
2.如权利要求1所述的沙漏型孔道核孔滤膜,其特征在于所述的聚合薄膜为PET或PC聚酯薄膜,厚度为10-30μm。
3.一种沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其特征在于步骤包括有:
(1)采用高能加速器提供的重离子对PET或PC薄膜进行辐照,离子能量5-50MeV/u;薄膜厚度为10-30μm,辐照的注量为1×105-5×107/cm2;离子完全穿透薄膜,形成柱状的潜径迹;
(2)放入蚀刻液中进行第一次蚀刻,蚀刻液为5-9Mol/L的NaOH,其中溶剂采用甲醇和水的混合溶液,甲醇含量为10%-80%,蚀刻温度为15℃-25℃;蚀刻时间为5-40分钟;
(3)完成步骤(2)后,将薄膜清洗晾干;
(4)将晾干后的薄膜置入恒温箱中退火,加热温度为100-200℃,并保持0.5-2小时,然后自然冷却;
(5)再次放入步骤(2)所述的蚀刻液中进行蚀刻,蚀刻温度为15℃-25℃;蚀刻时间为5-40分钟;
(6)将蚀刻后的薄膜进行清洗晾干。
4.如权利要求3所述沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其特征在于所述的高能加速器提供的离子为Kr、Ar、Xe、Bi离子。
5.如权利要求3所述的沙漏型孔道核孔滤膜的制备方法,其特征在于步骤(3)和步骤(5)所述的溶剂还包括水溶液或含量10%-80%的异丙醇、乙二醇、丙三醇分别与水的混合溶液。
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