CN113274889A - 一种超高分子量聚乙烯滤膜及其制备方法与用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯滤膜及其制备方法与用途，该滤膜包括第一多孔表面、第二多孔表面和位于第一多孔表面和第二多孔表面之间的主体，主体内具有非定向曲折通路；第一外表面上具有若干个长条链状的第一纤维，相邻第一纤维之间环绕形成第一孔洞，相邻第一纤维之间相互连接；第一纤维的平均直径为15‑60nm；滤膜的孔隙率为20％‑60％；构成所述滤膜的聚烯烃组合物中至少包括质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯；该超高分子量聚乙烯滤膜对粒径为1‑30nm的杂质颗粒具有优异的捕集性能，截留效率高；此外还具有较高的拉伸强度，适合应用于光刻胶领域；本发明提供的制备方法，可以方便、快速、有效地制备获得上述超高分子量聚乙烯滤膜。

Description

一种超高分子量聚乙烯滤膜及其制备方法与用途
技术领域
本发明涉及膜材料技术领域，更具体的说是涉及一种超高分子量聚乙烯滤膜及其制备方法与用途。
背景技术
聚合物滤膜，是一种以有机高分子聚合物为原材料，根据一定工艺制成的薄膜，该膜主要起着过滤分离的作用。随着石油工业和科技的发展，聚合物滤膜的应用领域不断扩大，目前已应用的领域有气体分离、海水淡化、超纯水制备、污废处理、人工脏器的制造、医药、食品、农业、化工等各方面；根据高分子聚合物的不同，聚合物滤膜可以分为纤维素类聚合物滤膜，聚酰胺类聚合物滤膜，聚砜类聚合物滤膜，聚烯烃类聚合物滤膜等。
聚烯烃类聚合物滤膜，主要是指聚乙烯滤膜，聚丙烯滤膜等烯烃类滤膜，由于其具有优良的物理与化学性能，应用范围十分广泛；例如超高分子量聚乙烯(UPE)滤膜就通常应用于光刻处理和“湿式蚀刻和清洁”(WEC)应用等领域；目前市面上的聚乙烯滤膜具有不错的过滤精度和拉伸强度，基本能够满足实际应用的需求；但也存在一定的缺点，如过滤速度过小，需要较长的过滤时间，过滤时间成本过大；而影响膜过滤速度的主要影响因素就是膜的孔径及孔隙率；通过提高膜的孔径和孔隙率就可以提高膜的过滤速度，但随着膜的孔径和孔隙率的提高，膜的拉伸强度就会大幅度降低，无法满足实际应用的需求；如何提高聚乙烯滤膜的过滤速度，同时又保证膜的拉伸强度较大，这一问题的存在一直困扰着研究聚乙烯滤膜的研发人员们，同时也限制了聚乙烯滤膜的发展。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯滤膜及其制备方法与用途，该超高分子量聚乙烯滤膜不仅对粒径为1-30nm的杂质颗粒具有优异的捕集性能，截留效率高；同时具有较大的过滤速度，流体通过滤膜所需的时间较短，时间成本较低；此外还具有较高的拉伸强度，能够满足实际应用的需求。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种超高分子量聚乙烯滤膜，所述滤膜包括第一多孔表面、第二多孔表面和位于第一多孔表面和第二多孔表面之间的主体，所述主体内具有非定向曲折通路；所述第一外表面上具有若干个长条链状的第一纤维，相邻第一纤维之间环绕形成第一孔洞，相邻第一纤维之间相互连接；所述第一纤维的平均直径为15-60nm；所述滤膜的孔隙率为20％-60％；构成所述滤膜的聚烯烃组合物中至少包括质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯。
在本发明所提供的超高分子量聚乙烯滤膜的膜体结构中，可以清楚的看到在膜的第一外表面上，存在着若干个第一纤维，第一纤维为长条链状结构，第一外表面上的第一孔洞就是由第一纤维环绕而成；第一纤维的存在一方面保证了膜的机械强度，另一方面形成了一定孔径的第一孔洞，便于截留一定粒径大小的杂质颗粒；
第一纤维的粗细(直径大小)会对膜的机械性能产生较大的影响；当第一纤维的直径过小时，则会导致膜的拉伸强度过低，其机械性能较差，工业实用价值较低，无法满足市场需求；此外由于第一孔洞是通过第一纤维环绕而成，当第一纤维过细时，膜在受到外力作用时，第一孔洞就相对容易变形或收缩，从而影响截留效率，过滤质量无法保证；本发明中第一纤维的平均直径为15-60nm，保证了滤膜的拉伸强度较大，机械性能较好，工业实用价值较高；该超高分子量聚乙烯滤膜在受到外力作用时，第一孔洞不容易变形或收缩，不会对截留效率造成影响，过滤质量有保证，对杂质颗粒具有优异的捕集性能；
其中第一纤维的直径大小可以通过使用扫描电子显微镜对膜结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量，并进行相应计算；在膜的制备过程中，在垂直于膜厚度方向上(如果膜是平板膜形态，则该方向是平面方向；如果膜是中空纤维膜形态，则该方向是垂直于半径方向)，其各项特征如孔径分布，纤维分布是大致均匀的，基本保持一致；由于本发明的聚乙烯滤膜是一种平板膜，在该膜的第一外表面上，其各项特征如第一纤维(其直径)分布是大致均匀的，基本保持一致；所以可以通过在相应平面上部分区域的第一纤维的平均直径大小来反映该平面上整体的第一纤维平均直径大小；在实际进行测量时，可以先用电子显微镜对膜第一外表面进行表征，获得相应的SEM图，而由于膜第一外表面上第一纤维大致是均匀的，因此可以选取一定的面积，例如1μm2(1μm乘以1μm)或者25μm2(5μm乘以5μm)，具体面积大小视实际情况而定，再用相应计算机软件或者手工测出该面积上第一纤维的直径大小，然后进行计算，从而获得该第一外表面上第一纤维的平均直径大小；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考；
膜的孔隙率是指滤膜的膜孔体积占总体积的比例，膜孔包括开孔和闭孔两类；常用的孔隙率测试方法有压汞法，密度法和干湿膜称重法；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考；当膜的孔隙率过高时，会导致膜的拉伸强度过低，其机械性能较差，工业实用价值较低，无法满足市场需求；而当膜的孔隙率过低时，一方面会影响膜的流速，导致膜的过滤速度较慢，过滤时间较长，时间成本较大；另一方面导致膜的纳污量过低，使用寿命过短，在较短的时间内就需要更换滤膜，经济成本大大提高；本发明中聚乙烯滤膜的孔隙率为20％-60％，优选为25-55％；从而使得该滤膜不仅具有较高的拉伸强度，而且具有较快的过滤速度，流速大，还具有较高的纳污量，能够截留较多的杂质颗粒，使用寿命长，经济成本较低。
本发明中超高分子量聚乙烯滤膜各处的材质是均一的，即整个膜均是聚乙烯制得，在材质上不存在变化；超高分子量聚乙烯简称UPE，是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，由超高分子量聚乙烯制得的膜具有较高的耐热性，耐磨性，而且机械性能好；在本发明中，构成所述滤膜的聚烯烃组合物中至少包括质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯，这最终保证了制得的滤膜具有较大的拉伸强度和断裂伸长率，能够满足实际应用的需求，应用范围广，尤其适合应用于光刻胶领域中；
需要说明的是，质均分子量可如下得到：将聚乙烯滤膜的试样加热溶解在邻二氯苯中，利用GPC液相色谱仪在柱温135℃、流速1.0mL/分钟的条件下进行测定。
作为本发明的进一步改进，所述第一纤维是由若干个颗粒状的聚乙烯颗粒连接而成，所述聚乙烯颗粒的平均粒径为8-45nm。作为优选，所述聚乙烯颗粒的平均粒径为15-35nm；
作为本发明的进一步改进，在第一纤维上，相邻聚乙烯颗粒部分相叠合，其叠合的长度占聚乙烯颗粒粒径的2-20％。
其中聚乙烯颗粒的粒径大小可以通过先用电子显微镜对膜第一外表面进行表征，获得相应的SEM图，而由于膜第一外表面上第一纤维，聚乙烯颗粒大致是均匀的，因此可以选取一定的面积，例如1μm2(1μm乘以1μm)或者25μm2(5μm乘以5μm)，具体面积大小视实际情况而定，再用相应计算机软件或者手工测出该面积上第一纤维的直径大小，聚乙烯颗粒的粒径大小，然后进行计算，从而获得该第一外表面上第一纤维的平均直径大小和聚乙烯颗粒的平均粒径大小；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考；
在第一外表面上，第一纤维是由若干个颗粒状的聚乙烯颗粒连接而成，聚乙烯颗粒的平均粒径为8-45nm；从而使得第一纤维具有合适的宽度，继而形成本发明所需要的第一孔洞，第一纤维也能具有不错的机械强度；此外相邻聚乙烯颗粒部分相叠合，其叠合的长度占聚乙烯颗粒粒径的2-20％，进一步提高了第一纤维的机械强度，继而保证滤膜具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，机械性能稳定，能够长时间满足实际应用的需求；同时使得滤膜在受到外力作用时，第一孔洞不容易变形或收缩，保证过滤精度，对杂质颗粒具有优异的捕集能力。
作为本发明的进一步改进，所述第二外表面具有片状结构，相邻片状结构之间形成形成花边状的第二孔洞；所述第二孔洞与主体内具有非定向曲折通路连通；相邻片状结构之间相互连接或者通过条状纤维连接。
作为本发明的进一步改进，所述第一孔洞的平均孔径小于第二孔洞的平均孔径；所述条状纤维的平均长度为0.05-0.25um,平均宽度为0.008-0.021um。
在本发明所提供的聚乙烯滤膜的膜体结构中，可以清楚的看到在滤膜的第二外表面上存在若干个片状结构，其中相邻的片状结构之间会形成第二孔洞，第二孔洞的形状为花边状，即类似花开时的形状；且第二孔洞的平均孔径一般大于第一孔洞的平均孔径，这一方面说明该聚乙烯滤膜是一种不对称膜，第一孔洞的存在是为了保证膜对杂质颗粒具有较高的截留效率，而第二孔洞的存在是保证膜具有较大的流速，过滤速度快，过滤时间短；与此同时在进行过滤时，以聚乙烯滤膜的第二外表面作为进液面，第一外表面作为出液面，还有助于提高膜整体的纳污量，进一步保证膜的使用寿命；
此外，相邻片状结构之间相互连接或者通过条状纤维连接，经过测量发现条状纤维的平均长度为0.05-0.25μm,平均宽度为0.008-0.021μm；条状纤维的存在，有利于保证第二孔洞的稳定性，不容易发生收缩或者坍塌，从而保证滤膜具有稳定的流速，在使用过程中，膜流速变化较小；同时还能进一步提高膜的拉伸强度，满足工业化的需求。
作为本发明的进一步改进，所述滤膜的厚度为1-50μm；所述滤膜的IPA完全泡点为0.5-1.1MPa；所述滤膜的IPA初始泡点为IPA完全出泡点的0.75-0.95。
膜的厚度可以通过使用扫描电子显微镜对膜结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量后计算测得；当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考；当膜的厚度过小时，其膜的机械强度就会较低；同时由于过滤时间过短，就无法进行有效的过滤；当膜的厚度过大时，其过滤时间就会过长，时间成本过大；本发明聚乙烯滤膜的厚度为1-50μm，优选为10-40μm，保证了本发明聚乙烯滤膜不仅具有较高的机械强度，而且能够进行有效的过滤且过滤效率较高，过滤时间较短，时间成本较低，适合应用于光刻胶领域；
聚合物滤膜其中一个重要的性能特征就是泡点，泡点包括初始泡点和完全出泡点；本发明中泡点所用的测试液为IPA(异丙醇)；当滤膜中间开始连续出泡时，读取此时的压力，作为IPA初始泡点；当滤膜全部出泡时，读取此时的压力，作为IPA完全出泡点。泡点的测试方法在本领域中是公知的。例如在ASTM F316-70和ANS/ASTM F316-70(1976年重新批准)中详细解释了这些测试的程序，这些文献在此引入作为参考。泡点的大小与聚合物滤膜上孔洞的孔径大小有关；一般来说，孔洞的孔径越大，IPA泡点就越低；孔洞的孔径越小，IPA泡点越高；本发明中滤膜的IPA完全泡点为0.5-1.1MPa，IPA完全泡点较高，说明了该滤膜上孔洞的孔径较小，能够对粒径为1-30nm的杂质颗粒(例如标准金颗粒杂质)起到很好的捕集作用，保证了过滤的精度，起到了足够的对不希望物质的保留作用；且滤膜的IPA初始泡点为IPA完全出泡点的0.75-0.95，说明了聚乙烯滤膜中不存在特别大的孔，孔洞的孔径相对均匀，进一步保证了滤膜具有较高的截留效率，能够满足实际应用的需求，经济价值大，特别适合应用于光刻胶领域。
作为本发明的进一步改进，在压力为0.03MPa,温度为20℃的条件下，50ml水通过直径为47mm滤膜所需要的时间为400-5000s；所述滤膜的拉伸强度为20-100MPa，断裂伸长率为200％-800％；所述滤膜的结晶温度为100-140℃。
通过对聚乙烯滤膜进行流速测试，在压力为0.03MPa,温度为20℃的条件下，50ml水通过直径为47mm聚乙烯滤膜所需要的时间为400-5000s；说明了聚乙烯滤膜具有较大的流速，流体通过膜所需的时间较短，时间成本较低，经济效益较高，同时也说明了本发明聚乙烯滤膜适合应用于光刻胶领域；
评价膜机械强度大小的重要指标就是膜的拉伸强度和断裂伸长率；在一定条件下，膜的拉伸强度越大，也就说明了该膜的机械强度越好；拉伸强度是指膜所能承受平行拉伸作用的能力；在一定条件下测试时，膜样品受到拉伸载荷作用直至破坏，根据膜样品破坏时对应的最大拉伸载荷和膜样品尺寸(长度)的变化等，就可以计算出膜的拉伸强度和断裂伸长率；拉伸强度，断裂伸长率均可以通过万能拉力试验机测得，拉伸强度的测试方法在本领域中是公知的，例如在ASTM D790或ISO178就详细解释了拉伸强度测试的程序；本发明中聚乙烯滤膜的拉伸强度为20-100MPa，断裂伸长率为200％-800％；说明了本发明聚乙烯滤膜具有较大的拉伸强度和断裂伸长率，其机械性能较好，工业实用价值较高，完全能够满足市场需求；
膜的结晶温度可以通过差示扫描量热仪(DSC)测得，膜的结晶温度不仅会影响膜的机械强度大小，还会影响膜内孔洞的孔径大小及分布；本发明中聚乙烯滤膜的结晶温度为100-140℃，从而保证了本发明中聚乙烯滤膜具有不错的机械强度，其拉伸强度较高，同时还具有理想的膜结构，能够对粒径为1-30nm的杂质颗粒起到很好的捕集作用，保证过滤精度；此外还具有较大的过滤速度，在较多的时间内就能过滤较多的液体。
作为本发明的进一步改进，所述滤膜对粒径为1-30nm杂质颗粒的截留效率大于95％；当去离子水以2L/min流速通过滤膜时压力损失为3-85KPa；所述滤膜在温度为120℃的条件下放置1小时后，其收缩率不大于5％。
通过对聚乙烯滤膜进行截留效率测试，发现本发明的聚乙烯滤膜对粒径为1-30nm杂质颗粒的截留效率达到95％以上(作为优选，本发明的聚乙烯滤膜对粒径为1-30nm标准金颗粒杂质的截留效率达到95％以上)，过滤精度高，能够满足实际应用的需求，具有较大的经济价值；
通过对聚乙烯滤膜进行压力损失测试，先用IPA等有机溶剂将聚乙烯滤膜润湿，然后当去离子水以2L/min流速通过该聚乙烯滤膜时压力损失为3-85KPa，说明了本发明滤膜的压力损失较小，能量使用率高，过滤成本较低，绿色环保；
对聚乙烯滤膜进行耐热性测试，将该膜在温度为120℃的条件下放置1小时后，其收缩率不大于5％，说明了该聚乙烯滤膜的热稳定性较高，在较高温度下，膜孔也不容易收缩或变形，从而保证膜长时间具有较高的截留效率，使用过程中流速变化较小，使用寿命长，同时应用范围十分广泛。
作为本发明的进一步改进，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成铸膜液；其中聚乙烯树脂至少包括一种质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯；所述聚乙烯树脂的堆积密度0.2-0.35g/cm3；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；所述铸膜液中包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：8-25份；化合物A：45-70份；化合物B：15-36份；
S2：将铸膜液在温度为150-260℃的条件下加热熔融混炼，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度200-250℃；
S3：将液膜在15-120℃的温度环境下进行分相固化，分相固化时间为1-60s；形成生膜，生膜厚度为0.5-1.5mm；
S4：然后对生膜进行拉伸处理，拉伸结束后进行第一次热定型；
S5：用萃取液萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；所述萃取液为二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇、丙三醇、四氟乙烷和异丙醇中的至少一种；
S6：对原膜进行第二次热定型，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
作为本发明的进一步改进，所述化合物A为邻苯二甲酸二甲酯、已二酸二辛酯、乙二醇二醋酸酯、碳酸二甲酯、棕榈油、三醋酸甘油酯中的至少一种，所述化合物B为石蜡油、白油、液压油、十氢化萘、蓖麻油提取物、蓖麻油中的至少一种；溶剂体系中化合物A的质量百分比为60％-80％，化合物B的质量百分比为20％-40％。
作为本发明的进一步改进，所述聚乙烯树脂由60-80质量％的质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯与20-40质量％的质均分子量为100-200万且密度为0.92-0.98g/cm3的高密度聚乙烯组成。
作为本发明的进一步改进，在进行分相固化时液膜两侧的温度相同；分相固化结束，先对生膜进行纵向拉伸，纵向拉伸温度为60-150℃，纵向拉伸倍数为1-15倍；接着再进行横向拉伸，横向拉伸温度为80-180℃，横向拉伸倍数为1-15倍。
作为本发明的进一步改进，在进行分相固化时液膜两侧的温度不相同，其中一侧的温度至少比另一侧温度高20℃；
作为本发明的进一步改进，对生膜进行拉伸时，同时对生膜进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为60-150℃，横向拉伸倍数为1-10倍，纵向拉伸倍数为1-10倍，横向拉伸速率为5％/s-100％/s，纵向拉伸速率为5％/s-100％/s。
作为本发明的进一步改进，对生膜进行拉伸处理时，纵向拉伸倍数与横向拉伸倍数之比为0.7-2。
作为本发明的进一步改进，第一次热定型时的温度为60-180℃，时间为5-120s；第二次热定型时的温度比第一次热定型时的温度高5-50℃，时间为5-120s。
本发明基于伴有液-液相分离的热致相分离法来制备超高分子量聚乙烯滤膜，在进行制备时首先是配置混合物料，混合物料包括聚乙烯树脂和相应的溶剂体系，超高分子量聚乙烯简称UPE，它是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，由超高分子量聚乙烯制得的膜具有较高的耐热性，耐磨性，而且机械性能好，拉伸强度较大，应用范围广；本发明中所使用的聚乙烯树脂中至少包括一种质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯，即本发明中可以仅仅使用一种质均分子量超过300万的UPE作为成膜原材料，也可以进行复配，例如使用一种质均分子量超过300万的UPE和一种质均分子量小于300万高密度聚乙烯复配后作为成膜原材料；
作为优选，本发明的聚乙烯树脂由60-80质量％的质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯与20-40质量％的质均分子量为100-200万且密度为0.92-0.98g/cm3的高密度聚乙烯组成；相较于单单选用一种超高分子量聚乙烯,这样由超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复配而成的聚乙烯树脂有利于使铸膜液中的聚乙烯含量更高(即固含量更高)，继而更容易获得孔径较小同时拉伸强度较高的超高分子量聚乙烯滤膜；
堆积密度又称体积密度，简称堆密度；散粒材料(例如聚乙烯树脂颗粒)在堆积状态下单位体积的质量；同等体积下，树脂颗粒的堆积密度越大，其实际质量也越大；那么在同等质量条件下，树脂颗粒的堆积密度越大，其所占的体积也越大；目前常规的聚乙烯树脂颗粒的堆积密度为0.45g/cm3左右，其堆积密度较大；而本发明中聚乙烯树脂的堆积密度0.2-0.35g/cm3，其堆积密度较小，树脂颗粒的堆积密度越小则说明了该树脂颗粒的比表面积越大，而比表面积越大，则使得在相同条件下(相同温度)，相同质量的树脂颗粒越容易溶解在相应的溶剂体系中，即本发明使用的聚乙烯树脂在熔化后，只需要较短的时间就能与溶剂体系相混合形成本发明所需要的铸膜液；而普通的聚乙烯树脂则需要在较长时间内或者在更高温度下才能与溶剂体系混合均匀，这就容易导致聚乙烯分子链段发生断裂，无法获得所需要的高分子量聚乙烯树脂，继而使得最终形成的UPE滤膜的拉伸强度也会较低；此外本发明混合物料中聚乙烯树脂的质量分数为8-25％，即固含量为8-25％，固含量过低，会导致最终的膜的拉伸强度过低，机械强度较差，无法满足实际应用的需求；固含量过高，会导致后续得到的铸膜液的粘度过高，对所用的机械设备要求过高，生产成本过高，无法批量生产；
而溶剂体系是由化合物A和化合物B组成，其中化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂，非溶剂是指当至多加热到这种化合物的沸点时，该化合物并不能溶解聚乙烯树脂形成均相溶液，仅能对聚乙烯树脂起到一定的溶胀作用；本发明中化合物A为邻苯二甲酸二甲酯、已二酸二辛酯、乙二醇二醋酸酯、碳酸二甲酯、棕榈油、三醋酸甘油酯中的至少一种；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂，溶剂是指当至多加热至化合物B的沸点温度时，化合物B能将聚乙烯树脂完全溶解，形成均相溶液；本发明中化合物B为石蜡油、白油、液压油、十氢化萘、蓖麻油提取物、蓖麻油中的至少一种；相较于选用单溶剂作为溶剂体系，本发明通过溶剂和非溶剂的复配作为相应的溶剂体系，这样的溶剂体系存在以下几个优点：1、液膜分相结束形成的生膜中更容易出现小孔，同时形成的小孔更多，孔密度更高，孔径分布也更加均匀，相应的孔隙率也更高；这是因为在液膜因为温度的改变在进行液-液相分离固化(通过热法进行分相固化)的同时，非溶剂与溶剂之间发生了扩散交换，从而进一步提高了分相固化速率，此外在溶剂体系中化合物A的含量大于化合物B的含量，即非溶剂含量大于非溶剂含量，这有利于本发明中分相固化的速率更快，晶核更容易析出，从而形成更容易出现小孔，同时形成的小孔更多，保证孔径分布的均匀性，继而保证截留效率；2、更容易成纤，纤维更容易形成，从而保证聚乙烯膜具有更高的拉伸强度，机械性能好，这是因为由于分相速率的加快，晶核更容易析出，而纤维是沿着晶核生产，从而更容易成纤；3、通过与分相固化时的温度相配合，最后的成膜更容易出现梯度孔，从而形成不对称膜；当然如果需要，可以使用另外的物质诸如抗氧化剂、成核剂、填料和类似物质作为本发明的添加剂，从而进一步提高超高分子量聚乙烯滤膜的某一项性能；本发明中聚乙烯树脂和相应的溶剂体系(包括化合物A和化合物B)在温度为100-140℃的条件下搅拌混合10-24小时，从而形成混合物料；
第二步是将混合物料放入挤出机中在温度为150-260℃的条件下加热熔融混炼，从而保证聚乙烯树脂完全熔融于相应的溶剂体系中，形状均一，稳定的铸膜液；本发明混合物料是放入挤出机中进行加热熔融混炼10-30min；本发明中控制铸膜液的粘度不大于10Wcps，因为粘度如果进一步增大，则对机械设备的要求过高，不利于模头挤出，同时无法获得理想结构的超高分子量聚乙烯滤膜；然后经过模头挤出(模头成型)，形成平板型的液膜，模头挤出温度200-250℃，作为优选，挤出机内的最高温度比模头挤出的温度至少高5℃，这样保证挤出时液膜各个区域的温度基本相同，利于后续的分相固化，继而获得理想的膜结构；
第三步是将液膜在15-120℃的温度环境下进行分相固化；在较高温度时，化合物A和化合物B组成的溶剂体系和聚乙烯树脂之间能够形成单一的均相溶液，而随着体系温度的降低，均相溶液开始发生液液分层，两液相共存，即出现聚合物含量高的一相和聚合物含量较低的另一相，继而就发生分相固化现象；而本发明中溶剂体系是溶剂与非溶剂的组合，那么除了温度的改变导致分相，溶剂与非溶剂之间的扩散交换，也会加快分相固化速率，从而形成小孔膜(分相速率越快，形成的孔洞孔径越小)，即形成本发明所需要的纳米膜；本发明中最终的成膜可以是一种对称膜，也可以是一种不对称膜；如果要使最终的成膜是一种对称膜，那么液膜两侧分相固化的速率是要求基本相同的，即在进行分相固化时液膜两侧的温度相同，那么才能使经过分相固化后的生膜的两个表面上已经出现了一定数量，一定孔径的孔洞，且两个表面上孔洞的孔径大小基本相同，为了进一步获得所需要膜孔孔径且拉伸强度较大的超高分子量聚乙烯滤膜UPE滤膜，本发明对生膜进行拉伸处理，对于两个表面上孔洞孔径大小基本相同的生膜先进行纵向拉伸，纵向拉伸温度为60-150℃，纵向拉伸倍数为1-15倍；接着再进行横向拉伸，横向拉伸温度为80-180℃，横向拉伸倍数为1-15倍；
而如果要保证最终的成膜是一种不对称膜，那么液膜两侧分相固化的速率是要求不同，即一侧高，一侧低，同时为了进一步保证膜具有较高的流速，形成一定数量的较大孔，液膜两侧的温度差至少在20℃以上，温度低的一侧形成小孔面，温度高的一侧形成大孔面；在进行分相固化时，分相固化温度高低以及分相固化的时间等因素的选择是极为关键的，这几个因素决定了分相固化速度的快慢，是否最终能够得到理想膜结构以及膜孔大小的膜；本发明中分相固化的时间为1-60s,时间相对较短，从而利于得到我们需要的理想膜结构的UPE滤膜；液膜分相结束后就形成了生膜，生膜的两个表面上已经出现了一定数量，一定孔径的孔洞，且两个表面上孔洞的孔径大小不同，为了进一步获得所需要膜孔孔径的超高分子量聚乙烯滤膜UPE滤膜，本发明对生膜进行拉伸处理，目前现有的拉伸技术是先进行纵向拉伸，再进行横向拉伸；但经过研究发现，如果按照常规的拉伸技术对生膜进行处理时，生膜上的孔洞容易发生部分坍塌或者变形，最终无法获得所需要膜结构的超高分子量聚乙烯滤膜，因此本发明中通过同步拉伸进行处理，即同时对生膜进行横向拉伸和纵向拉伸，这样拉伸的好处就是不仅获得了本发明所需要的膜孔孔径，提高了膜的拉伸强度，同时孔不容易发生坍塌或变形，利于最终获得本发明所需要膜结构的UPE滤膜；作为优选，纵向拉伸倍数与横向拉伸倍数之比为0.7-2，从而进一步保证膜内孔洞孔径的均匀性，进一步提高膜的截留效率；
拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型的作用是为了拉伸后的生膜进行初步定型，保证膜孔基本不会发生变化，同时消除拉伸产生的内部应力；第一次热定型时的温度为60-180℃，时间为5-120s；接着进行萃取，通过萃取液将溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取液为二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇、丙三醇、四氟乙烷和异丙醇中的至少一种；萃取温度为5-25℃；萃取时间为1-5h；通过选择合适的萃取剂和萃取条件，保证了溶剂体系从生膜中完全脱除，同时萃取所需的时间较短；萃取结束后，对原膜进行第二次热定型，第二次热定型的温度要高于第一次热定型的温度，第二次热定型的作用是一方面消除因萃取产生的内部应力，另一方面对原膜的膜孔进行最终定型，保证膜孔基本不会发生变化，获得所需要膜孔结构的超高分子量聚乙烯滤膜，该滤膜可以是一种对称膜，也可以是一种不对称膜；最终获得的超高分子量聚乙烯滤膜上孔洞孔径分布均匀，对粒径为1-30nm的杂质颗粒具有优异的捕集性能，截留效率高；同时具有较大的过滤速度，流体通过滤膜所需的时间较短，时间成本较低；此外还具有较高的拉伸强度，能够满足实际应用的需求，特别适合应用于光刻胶领域中。
作为本发明的进一步改进，所述超高分子量聚乙烯滤膜用于光刻胶领域。
当超高分子量聚乙烯滤膜为对称膜时，可以选择任意一个外表面作为进液面，非常简单方便实用；
当超高分子量聚乙烯滤膜为不对称膜时，通过以滤膜的大孔面(第二外表面)作为进液面，以滤膜的小孔面(第一外表面)作为出液面，这样不仅能够保证滤膜对光刻胶领域的杂质颗粒具有优异的捕集性能，过滤精度高；同时具有较高的纳污量，较长的使用寿命，经济效益高。
本发明的有益效果：本发明提供的超高分子量聚乙烯滤膜，可以是一种对称膜，也可以是一种不对称膜；有相较于现有的滤膜材料更优化的膜体结构，滤膜包括第一多孔表面、第二多孔表面和位于第一多孔表面和第二多孔表面之间的主体，所述主体内具有非定向曲折通路；第一外表面上具有若干个长条链状的第一纤维，相邻第一纤维之间环绕形成第一孔洞，相邻第一纤维之间相互连接；所述第一纤维的平均直径为15-60nm；滤膜的孔隙率为20％-60％；构成所述滤膜的聚烯烃组合物中至少包括质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯；该超高分子量聚乙烯滤膜对粒径为1-30nm的杂质颗粒具有优异的捕集性能，截留效率高，能够满足实际应用的需求；此外还具有较高的拉伸强度，特别适合应用于光刻胶领域；本发明提供的制备方法，可以方便、快速、有效地制备获得上述超高分子量聚乙烯滤膜。
附图说明
图1为实施例5制备获得的超高分子量聚乙烯滤膜上第一外表面的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为10K×；
图2为实施例5制备获得的超高分子量聚乙烯滤膜上第一外表面进一步放大的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为50K×；
图3为实施例5制备获得的超高分子量聚乙烯滤膜上第二外表面的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为10K×；
图4为实施例5制备获得的超高分子量聚乙烯滤膜上第二外表面进一步放大的扫描电镜(SEM)图，其中放大倍率为50K×；
图5为本发明超高分子量聚乙烯滤膜流速测试的装置示意图；
图6为本发明超高分子量聚乙烯滤膜过滤精度(截留效率)测试的装置示意图；
图7为本发明超高分子量聚乙烯滤膜泡点测试的装置示意图。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
实施例1
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；其中聚乙烯树脂是一种质均分子量为400万的超高分子量聚乙烯；聚乙烯树脂的堆积密度0.26g/cm3；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；化合物A为已二酸二辛酯，化合物B为石蜡油；
所述混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：14份；化合物A：58份；化合物B：28份；
S2：将混合物料在温度为160-250℃的条件下放入挤出机中加热熔融混炼20min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；其中模头挤出温度235℃；
S3：液膜在一侧温度为30℃，另一侧温度为70℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为20s，分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为1.0mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，对生膜同时进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为120℃，横向拉伸倍数和纵向拉伸倍数均为5倍，横向拉伸和纵向拉伸的拉伸速率均为60％/s；拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为130℃，时间为60s；
S5：用萃取液二氯甲烷萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取温度为15℃；萃取时间为3h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为140℃，时间为70s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
实施例2
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；化合物A为邻苯二甲酸二甲酯；所述化合物B为白油；该聚乙烯树脂是由75质量％的质均分子量为450万的超高分子量聚乙烯与25质量％的质均分子量为150万且密度为0.92-0.98g/cm3的高密度聚乙烯组成；聚乙烯树脂的堆积密度0.22g/cm3；
所述混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：20份；化合物A：53份；化合物B：27份；
S2：将混合物料在温度为180-260℃的条件下加热熔融混炼28min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度250℃；
S3：液膜在一侧温度设置为20℃，另一侧温度设置为45℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为5s，分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为0.7mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，对生膜同时进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为80℃，纵向拉伸倍数为1.5倍，横向拉伸倍数2倍，纵向拉伸速率为60％/s，横向拉伸速率为80％/s；拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为100℃，时间为50s；
S5：用萃取液异丙醇萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取温度为20℃；萃取时间为2.5h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为120℃，时间为60s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
实施例3
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；该聚乙烯树脂是由75质量％的质均分子量为400万的超高分子量聚乙烯与25质量％的质均分子量为120万且密度为0.92-0.98g/cm3的高密度聚乙烯组成；聚乙烯树脂的堆积密度0.24g/cm3；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；化合物A为碳酸二甲酯，化合物B为十氢化萘；混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：16份；化合物A：59份；化合物B：25份；
S2：将混合物料在温度为165-250℃的条件下加热熔融混炼24min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度240℃；
S3：液膜在一侧温度设置为28℃，另一侧温度设置为60℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为15s，分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为0.9mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，对生膜同时进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为110℃，纵向拉伸倍数为5倍，横向拉伸倍数3倍，纵向拉伸速率为75％/s，横向拉伸速率为45％/s；拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为125℃，时间为50s；
S5：用萃取液丙三醇萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取温度为10℃；萃取时间为4h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为140℃，时间为80s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
实施例4
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；其中聚乙烯树脂是由80质量％的质均分子量为350万的超高分子量聚乙烯与20质量％的质均分子量为120万且密度为0.92-0.98g/cm3的高密度聚乙烯组成；聚乙烯树脂的堆积密度0.30g/cm3；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；化合物A为三醋酸甘油酯，化合物B为蓖麻油；混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：12份；化合物A：65份；化合物B：23份；
S2：将混合物料在温度为155-245℃的条件下加热熔融混炼18min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度235℃；
S3：液膜在一侧温度设置为40℃，另一侧温度设置为85℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为40s，分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为1.2mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，对生膜同时进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为130℃，横向拉伸倍数和纵向拉伸倍数均为7倍，横向拉伸和纵向拉伸的拉伸速率均为40％/s；拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为135℃，时间为45s；
S5：用萃取液二氯甲烷萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取温度为18℃；萃取时间为3.5h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为140℃，时间为60s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
实施例5
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；其中聚乙烯树脂是一种质均分子量为350万的超高分子量聚乙烯；聚乙烯树脂的堆积密度0.34g/cm3；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；化合物A为棕榈油，化合物B为液压油；
混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：10份；化合物A：60份；化合物B：30份；
S2：将混合物料在温度为150-240℃的条件下加热熔融混炼15min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度230℃；
S3：液膜在一侧温度设置为60℃，另一侧温度设置为110℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为60s，分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为1.4mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，对生膜同时进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为145℃，横向拉伸倍数和纵向拉伸倍数均为9倍，横向拉伸和纵向拉伸的拉伸速率均为30％/s；拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为150℃，时间为30s；
S5：用萃取液乙醇萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取温度为8℃；萃取时间为5h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为160℃，时间为45s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
实施例6
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；其中聚乙烯树脂由60质量％的质均分子量为450万的超高分子量聚乙烯与40质量％的质均分子量为180万且密度为0.92-0.98g/cm3的高密度聚乙烯组成；聚乙烯树脂的堆积密度0.27g/cm3；
化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；化合物A为已二酸二辛酯，化合物B为蓖麻油提取物；
混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：13份；化合物A：62份；化合物B：25份；
S2：将混合物料在温度为165-240℃的条件下加热熔融混炼25min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度230℃；
S3：液膜在一侧温度设置为35℃，另一侧温度设置为35℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为38s；分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为1.1mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，先对生膜进行纵向拉伸，纵向拉伸温度为80℃，纵向拉伸倍数为6倍；接着再进行横向拉伸，横向拉伸温度为120℃，横向拉伸倍数为8倍；拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为135℃，时间为50s；
S5：用萃取液二氯甲烷萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；其中萃取温度为16℃；萃取时间为3h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为150℃，时间为60s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
对比例1
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到化合物B中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；其中聚乙烯树脂是一种质均分子量为400万的超高分子量聚乙烯；聚乙烯树脂的堆积密度0.45g/cm3；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；化合物B为石蜡油；混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：14份；化合物B：86份；
S2：将混合物料在温度为160-250℃的条件下放入挤出机中加热熔融混炼20min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；其中模头挤出温度235℃；
S3：液膜在一侧温度为20℃，另一侧温度为60℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为30s，分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为1.0mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，对生膜同时进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为120℃，横向拉伸倍数和纵向拉伸倍数均为5倍，横向拉伸和纵向拉伸的拉伸速率均为60％/s；拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为130℃，时间为60s；
S5：用萃取液二氯甲烷萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取温度为15℃；萃取时间为3h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为140℃，时间为70s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
对比例2
一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成混合物料；其中聚乙烯树脂是一种质均分子量为350万的超高分子量聚乙烯；聚乙烯树脂的堆积密度0.45g/cm3；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；所述化合物A为三醋酸甘油酯，所述化合物B为蓖麻油；混合物料包括下列重量份物质组成：聚乙烯树脂：12份；化合物A：65份；化合物B：23份；
S2：将混合物料在温度为155-245℃的条件下加热熔融混炼18min，形成铸膜液，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度235℃；
S3：液膜在一侧温度设置为40℃，另一侧温度设置为85℃的环境下进行分相固化，分相固化时间为40s，分相固化结束后，形成生膜；所述生膜的厚度为1.2mm；
S4：然后将生膜进行拉伸处理，对生膜先进行纵向拉伸，纵向拉伸时的温度为130℃，纵向拉伸倍数为7倍，拉伸速率为40％/s；纵向拉伸结束后再进行横向拉伸，横向拉伸温度为130℃，横向拉伸倍数为7倍，拉伸速率为40％/s；横向拉伸结束后进行第一次热定型，第一次热定型时的温度为135℃，时间为45s；
S5：用萃取液二氯甲烷萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；萃取温度为18℃；萃取时间为3.5h；
S6：对原膜进行第二次热定型，第二次热定型时的温度为140℃，时间为60s，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
一：结构表征
用扫描电镜对各实施例以及对比例所获得的超高分子量聚乙烯滤膜进行形貌表征，然后获得所需数据；具体结果如下表:
Figure BDA0003060531920000241
由上表可知，本发明实施例1-6制得的超高分子量聚乙烯滤膜具有合适直径的第一纤维，和一定宽度，一定长度的条状纤维，从而保证超高分子量聚乙烯滤膜具有不错的拉伸强度以及合适的孔径。
Figure BDA0003060531920000242
由上表可知，本发明实施例1-6制得的超高分子量聚乙烯滤膜具有合适的膜厚度和较高的孔隙率；且超高分子量聚乙烯滤膜IPA初始泡点与IPA完全出泡点之间的比值较大，均在0.75以上，说明在超高分子量聚乙烯滤膜内部孔洞的孔径分布均匀，不存在特别大的孔洞，从而使得超高分子量聚乙烯滤膜具有较高的截留效率，对杂质颗粒的捕集能力较强；而相较于实施例1，由于对比例1中溶剂体系中仅仅只有溶剂，没有非溶剂，这导致了在分相时孔洞出现的较少，从而导致膜的孔隙率较低；而相较于实施例4，由于对比例2中分相结束后，进行了异步拉伸，这就导致了孔的坍塌，虽然膜的平均孔径变化不大，但膜孔会变得非常不均匀，膜内会出现孔径差别较大，从而导致该超高分子量聚乙烯滤膜对杂质颗粒的捕集能力较差，无法满足实际应用的需求。
水流速测试(测试装置如图5)
实验步骤步骤一：将IPA润湿后的待测试样装在减压过滤用支架上，关闭减压过滤架上的阀门2，打开阀门1，启动真空泵，调整压力至测试压力0.03MPa后，关闭阀门1。步骤二：将50ml试验液(水)装入减压过滤用支架的塑料量筒中，打开阀门2，从某一刻度开始计时，到另一刻度计时停止；
步骤三：测试完毕，记录秒表显示的数值，当全部试验液都通过超高分子量聚乙烯滤膜时，关闭支架上的阀门2，取出试样。
用万能拉力试验机测试各试样的拉伸强度和断裂伸长率；
试样 流速/s 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％ 结晶温度/℃
实施例1 850 60 520 122
实施例2 4000 85 300 125
实施例3 1750 70 410 123
实施例4 600 55 560 118
实施例5 420 50 600 115
实施例6 700 58 540 120
对比例1 2500 39 580 121
对比例2 2400 24 620 118
由上表可知，本发明实施例1-6制得的超高分子量聚乙烯滤膜具有较大的过滤速度，流体通过该超高分子量聚乙烯滤膜所需的时间较短，时间成本较低，单位时间经济效益较高；同时还具有较高的拉伸强度，便于进行各项加工处理，满足实际应用的需求。而对比例1-2制得的超高分子量聚乙烯滤膜的流速较小，拉伸强度较差，无法满足实际的工业化需求。
过滤精度测试：对各示例所得超高分子量聚乙烯滤膜进行拦截效率的测试。
实验设备：天津罗根颗粒计数器KB-3；实验准备：按图6组装实验装置，确保装置清洁，使用超纯水对装置进行冲洗；取直径47mm的试样，装于蝶形过滤器中，确保组装好的过滤器气密性良好。
实验步骤：
将挑战液倒入到储罐中，注意蝶形过滤器的排气，加压至10kPa，使用洁净的瓶子接取蝶形下游滤液。
用颗粒计数器测试滤液和原液中的颗粒数。
拦截效率：
Figure BDA0003060531920000261
式中：η───拦截效率，％；n0───原液中的颗粒数，5组计数的平均值，个；n1───滤液中的颗粒数，5组计数的平均值，个。
各示例的拦截效率测试结果如下：
Figure BDA0003060531920000262
由上表可知，本发明实施例1-6制得的超高分子量聚乙烯滤膜具有较大的过滤精度，其截留效率均在95％以上，对杂质粒子具有较强的捕集能力，特别适合应用于光刻胶领域中；而对比例1-2制得的超高分子量聚乙烯滤膜的截留效率较差，对杂质颗粒的捕集性能弱，无法满足实际的工业化需求。
压力损失测试：先用IPA将超高分子量聚乙烯滤膜润湿，然后当去离子水以2L/min的流量通过表面面积为100cm2(例如10cm*10cm)的膜时，测试去离子水流经膜前后大小的压力，从而获得对应膜的压力损失。
试样 压力损失/KPa
实施例1 13.2
实施例2 77.1
实施例3 18.7
实施例4 10.1
实施例5 8.6
实施例6 11.8
对比例1 29.5
对比例2 27.8
由上表可知，本发明实施例1-6制得的超高分子量聚乙烯滤膜的压力损失较小，能量使用率高，能量消耗较少，过滤成本较低，非常绿色环保。
将实施例1-6制得的超高分子量聚乙烯滤膜在温度为120℃的条件下放置1小时后，其收缩率均小于5％，说明了该超高分子量聚乙烯滤膜的热稳定性较高，在较高温度下，膜孔也不容易收缩或变形，从而保证膜长时间具有较高的截留效率，使用过程中流速变化较小，使用寿命长，应用范围十分广泛，特别适合应用于光刻胶领域中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：所述滤膜包括第一多孔表面、第二多孔表面和位于第一多孔表面和第二多孔表面之间的主体，所述主体内具有非定向曲折通路；
所述第一外表面上具有若干个长条链状的第一纤维，相邻第一纤维之间环绕形成第一孔洞，相邻第一纤维之间相互连接；所述第一纤维的平均直径为15-60nm；
所述滤膜的孔隙率为20%-60%；
构成所述滤膜的聚烯烃组合物中至少包括质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：所述第一纤维是由若干个颗粒状的聚乙烯颗粒连接而成，所述聚乙烯颗粒的平均粒径为8-45nm。
3.根据权利要求2所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：在第一纤维上，相邻聚乙烯颗粒部分相叠合，其叠合的长度占聚乙烯颗粒粒径的2-20%。
4.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：所述第二外表面具有片状结构，相邻片状结构之间形成形成花边状的第二孔洞；所述第二孔洞与主体内具有非定向曲折通路连通；相邻片状结构之间相互连接或者通过条状纤维连接。
5.根据权利要求4所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：所述第一孔洞的平均孔径小于第二孔洞的平均孔径；所述条状纤维的平均长度为0.05-0.25um,平均宽度为0.008-0.021um。
6.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：
所述滤膜的厚度为1-50μm；
所述滤膜的IPA完全泡点为0.5-1.1MPa；
所述滤膜的IPA初始泡点为IPA完全出泡点的0.75-0.95。
7.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：
在压力为0.03MPa,温度为20℃的条件下，50ml水通过直径为47mm滤膜所需要的时间为400-5000s；
所述滤膜的拉伸强度为20-100MPa，断裂伸长率为200%-800%；
所述滤膜的结晶温度为100-140℃。
8.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜，其特征在于：
所述滤膜对粒径为1-30nm杂质颗粒的截留效率大于95%；
当去离子水以2L/min流速通过滤膜时压力损失为3-85KPa；
所述滤膜在温度为120℃的条件下放置1小时后，其收缩率不大于5%。
9.如权利要求1-8任意一项所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将聚乙烯树脂加入到由化合物A和化合物B组成的溶剂体系中搅拌混合，混合均匀后形成铸膜液；其中聚乙烯树脂至少包括一种质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯；所述聚乙烯树脂的堆积密度0.2-0.35g/cm3；化合物A为聚乙烯树脂的非溶剂；化合物B是聚乙烯树脂的溶剂；
所述铸膜液中包括下列重量份物质组成：
聚乙烯树脂：8-25份；
化合物A：45-70份；
化合物B：15-36份；
S2：将铸膜液在温度为150-260℃的条件下加热熔融混炼，然后经过模头挤出，形成液膜；模头挤出温度200-250℃；
S3：将液膜在15-120℃的温度环境下进行分相固化，分相固化时间为1-60s；
形成生膜，生膜厚度为0.5-1.5mm；
S4：然后对生膜进行拉伸处理，拉伸结束后进行第一次热定型；
S5：用萃取液萃取溶剂体系，使得溶剂体系从生膜中脱除，得到原膜；所述萃取液为二氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇、丙三醇、四氟乙烷和异丙醇中的至少一种；
S6：对原膜进行第二次热定型，制得超高分子量聚乙烯滤膜。
10.根据权利要求9所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：所述化合物A为邻苯二甲酸二甲酯、已二酸二辛酯、乙二醇二醋酸酯、碳酸二甲酯、棕榈油、三醋酸甘油酯中的至少一种，所述化合物B为石蜡油、白油、液压油、十氢化萘、蓖麻油提取物、蓖麻油中的至少一种；溶剂体系中化合物A的质量百分比为60%-80%，化合物B的质量百分比为20%-40%。
11.根据权利要求9所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯树脂由60-80质量％的质均分子量为300万以上的超高分子量聚乙烯与20-40质量％的质均分子量为100-200万且密度为0.92-0.98g/cm3的高密度聚乙烯组成。
12.根据权利要求9所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：在进行分相固化时液膜两侧的温度相同；分相固化结束，先对生膜进行纵向拉伸，纵向拉伸温度为60-150℃，纵向拉伸倍数为1-15倍；接着再进行横向拉伸，横向拉伸温度为80-180℃，横向拉伸倍数为1-15倍。
13.根据权利要求9所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：在进行分相固化时液膜两侧的温度不相同，其中一侧的温度至少比另一侧温度高20℃。
14.根据权利要求13所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：对生膜进行拉伸时，同时对生膜进行横向拉伸和纵向拉伸，横向拉伸与纵向拉伸时的温度为60-150℃，横向拉伸倍数为1-10倍，纵向拉伸倍数为1-10倍，横向拉伸速率为5%/s-100%/s，纵向拉伸速率为5%/s-100%/s。
15.根据权利要求14所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：对生膜进行拉伸处理时，纵向拉伸倍数与横向拉伸倍数之比为0.7-2。
16.根据权利要求9所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的制备方法，其特征在于：第一次热定型时的温度为60-180℃，时间为5-120s；第二次热定型时的温度比第一次热定型时的温度高5-50℃，时间为5-120s。
17.如权利要求1-16所述的一种超高分子量聚乙烯滤膜的用途，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯滤膜用于光刻胶领域。
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