CN118201700A - 用于过滤的干法工艺膜 - Google Patents
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Abstract
一种用于过滤的干法工艺微孔膜，其中，膜的至少一个层具有小于0.035微米、优选在约0.010微米至约0.020微米之间的平均孔径和小于14微米的厚度。该膜可以用于超滤或纳滤工艺。该膜表现出高尺寸稳定性。
Description
领域
本申请致力于适用于过滤工艺的干法工艺膜。此类工艺可能涉及超滤或纳滤。
背景
过滤膜的主要应用是从有用的流体流中除去不需要的物质。工业中的许多气态和液态流体--包括环境空气、饮用水、燃料、液态工业溶剂和加工液、用于制造或加工的工业气体以及具有医疗或制药用途的液体--都使用过滤器进行处理。从流体中除去的不需要的物质包括杂质和污染物，比如颗粒、微生物和溶解的化学物质。过滤膜除杂应用的具体例子包括其用于在制药行业中从治疗溶液中除去颗粒或细菌、处理用在微电子处理以及空气和水净化过程的超纯水性和有机溶剂溶液。这些工艺中经常使用纳滤和/或超滤。期望的是，用于纳滤和超滤的膜表现出下列特性中的一种或多种：机械稳定性、尺寸稳定性、适合商业用途的流速、低污染物等。在以上这些任何或所有方面的改进都是所期望的。
概述
本文描述了用于过滤的干法工艺微孔膜。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.035微米的平均孔径和小于14微米的厚度。在一些实施方式中，单个层的平均孔径可以小于0.03微米、小于0.025微米或小于0.020微米。在一些优选实施方式中，平均孔径可以为约0.010微米至约0.020微米。在一些优选实施方式中，平均孔径可以为约0.010微米至约0.020微米。在一些实施方式中，至少一个层的平均孔径可以小于0.035微米并且该层的厚度可以小于12微米。在一些实施方式中，单个层的平均孔径可以小于0.03微米、小于0.025微米或小于0.020微米。在一些优选实施方式中，平均孔径可以为约0.010微米至约0.020微米。在一些实施方式中，至少一个层的平均孔径可以小于0.035微米并且该层的厚度可以小于10微米。在一些实施方式中，单个层的平均孔径可以小于0.03微米、小于0.025微米或小于0.020微米。在一些优选实施方式中，平均孔径可以为约0.010微米至约0.020微米。
在上文描述的一些实施方式中，该至少一个层可以是含聚丙烯的层。
在上述一些实施方式中，膜可以是单层膜、双层膜、三层膜或多层膜。可以通过将两个或更多个层层压、将两个或更多个层共挤出或者层压和挤出步骤的组合来形成双层、三层或多层膜。
在上述一些实施方式中，膜可以是三层膜，其依次包括含聚丙烯的层、含聚乙烯的层和含聚丙烯的层。在上述一些实施方式中，膜可以是三层膜，其包括含聚乙烯的层、含聚丙烯的层和含聚乙烯的层。
在上文描述的一些实施方式中，膜的厚度小于14微米、小于12微米或小于10微米。
在一些实施方式中，膜是半透明的或透明的。在一些实施方式中，膜可以具有蓝色色调并且是半透明的或透明的。
在上文描述的一些实施方式中，膜在90℃持续1小时的收缩小于25％、小于20％、小于15％、小于10％或小于5％。
在上文描述的一些实施方式中，膜具有400秒至40,000秒的流动时间。可以使用异丙醇(IPA)来测量流动时间，其中流动时间是500ml异丙醇在21℃的温度和0.1MPa的压力下流过具有12.5cm2面积的47mm膜圆盘的时间。
在一些实施方式中，膜可在其至少一面上具有亲水处理或涂层。当使用水或酒精作为溶剂时，这可能有助于过滤。
在另一个方面，描述了超滤或纳滤工艺。该工艺的一个步骤是通过上文描述的膜过滤溶剂。
在另一个要素中，描述了一种过滤元件，其包括如上文所描述的膜和外壳。
附图说明
图1是本文所描述的干法工艺微孔膜的SEM。
说明
本文具体地描述了本公开的各方面的主题，以满足法定要求。然而，描述本身并不旨在限制本专利的范围。相反，发明人已经想到，结合其他当前或未来技术，所要求保护的主题还可以以其他方式来体现，以包括与本文档中描述的步骤类似的不同步骤或步骤的组合。此外，虽然术语“步骤”和/或“模块”可以在本文中用于表示所采用的方法的不同要素，但是，这些术语不应被解释为暗示本文公开的各个步骤之中或之间的任何特定顺序，除非明确描述了各个步骤的顺序。
因此，通过参考以下发明详述、实施例和附图，可以更容易地理解本文所描述的实施方式。但是，本文所描述的元件、装置和方法并不限于发明详述、实施例和附图中呈现的具体实施方式。应当认识到，本文的示例性实施方式仅是本发明原理的说明。在不背离本发明精神和范围的情况下，对本领域的技术人员来说，多种修改和调整将是显而易见的。
此外，本文所公开的所有范围应被理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，所阐明的“1.0至10.0”的范围应被视为包括以1.0或更大的最小值开始并以10.0或更小的最大值结束的任何和所有子范围，例如1.0至5.3，或4.7至10.0，或3.6至7.9。
除非另有明确说明，本文所公开的所有范围也被认为包括该范围的端点。例如，“5和10之间”或“5至10”或“5-10”的范围通常应被认为包括端点5和10。
此外，当短语“直至”与量或数量一起使用时，应当理解，该量至少是可检测的量或数量。例如，以“直至”指定量的量存在的材料可以从可检测量直至且包括该指定量存在。
另外，在所公开的任何实施方式中，术语“基本上”、“大约”和“约”可以被替换为“在指定的[百分比]内”，其中百分比包括0.1％、1％、5％和10％。
本文描述了用于过滤的干法工艺微孔膜。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.035微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.030微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.025微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.020微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.015微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.010微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。在一些实施方式中，膜的至少一个层具有小于0.005微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。在一些优选实施方式中，膜的至少一个层具有约0.010微米至约0.020微米的平均孔径和下列厚度：小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。
在上文所描述的一些实施方式中，该至少一个层可以是含聚丙烯的层。含聚丙烯的层可以是这样的层，其包含下列、由或基本上由下列组成：聚丙烯均聚物、共聚物或其组合。含聚丙烯的层可包含下列、由或基本上由下列组成：50％或更多的聚丙烯均聚物、共聚物或其组合。
在上述一些实施方式中，膜可以是单层膜、双层膜、三层膜或多层膜。多层膜可以具有四个或更多个层。可以通过将两个或更多个层层压、将两个或更多个层共挤出或者层压和挤出步骤的组合来形成双层、三层或多层膜。
在一些实施方式中，膜可以具有下列总厚度：小于20微米、小于19微米、小于18微米、小于17微米、小于16微米、小于15微米、小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。
例如，在一种实施方式中，膜可以是单层膜，其中膜的至少一个层具有小于0.035微米(优选在0.010微米和0.020微米之间)的平均孔径，具有7微米的厚度，并且总的膜厚度为7微米。膜可以是双层的，其中膜的至少一个层具有小于0.035微米(优选在约0.010微米和0.020微米之间)的平均孔径，具有4微米的厚度，并且总的膜厚度为8微米。
在上述一些实施方式中，膜可以是三层膜，其依次包括含聚丙烯的层、含聚乙烯的层和含聚丙烯的层。在上述一些实施方式中，膜可以是三层膜，其包括含聚乙烯的层、含聚丙烯的层和含聚乙烯的层。含聚乙烯的层可以是这样的层，其包含聚乙烯均聚物、共聚物或其组合，由或基本上由聚乙烯均聚物、共聚物或其组合组成。含聚乙烯的层可包含下列、由或基本上由下列组成：50％或更多的聚乙烯均聚物、共聚物或其组合。
如本领域的技术人员所理解的，干法工艺膜是这样形成的一种膜，其不使用溶剂或油来形成孔。在一些实施方式中，通过使用颗粒成孔剂形成的膜也可以被排除在干法工艺膜中。这类膜可包括β-成核双轴取向聚丙烯(BNBOPP)膜。干法工艺膜具有本领域的技术人员可识别的独特的均匀孔结构。例如，参见图1，其显示了单轴拉伸的干法工艺膜。如图1可见，干法工艺薄膜具有细长或狭缝状的孔。双向拉伸干法工艺膜的孔径可能太大，不能用于超滤或纳滤应用。
在上文所描述的一些实施方式中，膜在90℃持续1小时的收缩小于25％、小于20％、小于15％、小于10％或小于5％、小于4％、小于3％、小于2％或小于1％。低收缩率表明高尺寸稳定性，这是至关重要的。在过滤应用中或在过滤器组装期间膜的收缩可能导致膜撕裂、撕破或改变其他特性，使得膜的性能不再足够和/或可预测。通过下列方式测量收缩率：测量膜(L1)，将膜不受限制地置于90℃的烘箱中一小时，在烘箱后测量膜(L2)，并使用下列公式(1)计算收缩率。
(L1-L2/L1)×100(1)
使用IPA的流动时间可以为400秒或以上，在下列范围内：约400秒至约40,000秒、500秒至约40,000秒、600秒至约40,000秒、700秒至约40,000秒、800秒至约40,000秒、900秒至约40,000秒、1,000秒至约40,000秒、2,000秒至约40,000秒、3,000秒至约40,000秒、4,000秒至约40,000秒、5,000秒至约40,000秒、6,000秒至约40,000秒、7,000秒至约40,000秒、8,000秒至约40,000秒、9,000秒至约40,000秒、10,000秒至约40,000秒，在下列范围内：约11,000秒至约40,000秒、17,000秒至约40,000秒、20,000秒至约40,000秒、25,000秒至约40,000秒、30,000秒至约40,000秒或35,000秒至约40,000秒。流动时间可以是使用IPA(异丙醇)的流动时间，其中流动时间是500ml的异丙醇(IPA)在21℃的温度和0.1MPa的压力下流过47mm膜圆盘(其具有12.5cm2的面积)的时间。
实施例
实施例1为含聚丙烯的干法工艺单层膜，具有7微米的总厚度。
实施例2是干法工艺三层膜，其包括三个含聚丙烯的层，总厚度为6微米。具有最小孔径的含聚丙烯的层约2微米厚，孔径为22nm。
实施例3为孔径为20nm的干法工艺膜。
比较例1是含聚丙烯的干法工艺单层膜，具有7微米的总厚度。
比较例2是干法工艺三层膜，其依次包括含聚丙烯的层、含聚乙烯的层和含聚丙烯的层。膜的总厚度为20微米，含PP的层的厚度加起来达14微米。PP的平均孔径为35nm。
| 特性 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 |
| 基重 | g/m2 | 3.6 | 3.1 | ＜5 | 3.3 | 3.5 |
| MD收缩率90℃ | ％ | 3 | 4 | ＜5 | 17 | 1 |
| 厚度 | μm | 7 | 6 | 小于10 | 7 | 7 |
| 限制层孔径 | Nm | 23 | 22 | 10nm和20nm之间 | 23 | 40 |
比较例2存在的问题是对于纳滤或超滤工艺来说孔太大。比较例1具有高收缩率，这使其由于尺寸稳定性低而不适合使用。膜在应用中或组装期间的收缩可能导致膜撕裂、撕破或改变其他特性，使得其性能不再足够和/或可预测。实施例1和2具有用于纳滤或超滤工艺(包括气体或液体的过滤)的高尺寸稳定性(例如，低收缩)和足够小的孔。
Claims (53)
1.一种用于过滤的干法工艺微孔膜，其中，膜的至少一个层具有小于0.035微米的平均孔径和小于14微米的厚度。
2.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.030微米。
3.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.025微米。
4.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.020微米。
5.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径为10nm至20nm。
6.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其具有小于12微米的厚度。
7.如权利要求6的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.030微米。
8.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.025微米。
9.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.020微米。
10.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径在10nm和20nm之间。
11.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其具有小于10微米的厚度。
12.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.030微米。
13.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.025微米。
14.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径小于0.020微米。
15.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，平均孔径为10nm至20nm。
16.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，至少一个层是含聚丙烯的层。
17.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，至少一个层是含聚丙烯的层。
18.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，至少一个层是含聚丙烯的层。
19.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是单层膜。
20.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是单层膜。
21.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是单层膜。
22.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是双层膜。
23.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是双层膜。
24.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是双层膜。
25.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层或多层膜。
26.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层或多层膜。
27.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层或多层膜。
28.如权利要求25所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层的，依次具有含聚丙烯的层、含聚乙烯的层和含聚丙烯的层。
29.如权利要求26所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层的，依次具有含聚丙烯的层、含聚乙烯的层和含聚丙烯的层。
30.如权利要求27所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层的，依次具有含聚丙烯的层、含聚乙烯的层和含聚丙烯的层。
31.如权利要求25所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层的，依次具有含聚乙烯的层、含聚丙烯的层和含聚乙烯的层。
32.如权利要求26所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层的，依次具有含聚乙烯的层、含聚丙烯的层和含聚乙烯的层。
33.如权利要求27所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是三层的，依次具有含聚乙烯的层、含聚丙烯的层和含聚乙烯的层。
34.如权利要求25所述的干法工艺微孔膜，其中，膜具有小于14微米、小于12微米或小于10微米的总厚度。
35.如权利要求28所述的干法工艺微孔膜，其中，膜具有小于14微米、小于12微米或小于10微米的总厚度。
36.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，在90℃下1小时的收缩小于25％、小于20％、小于15％、小于10％或小于5％。
37.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，在90℃下1小时的收缩小于25％、小于20％、小于15％、小于10％或小于5％。
38.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，在90℃下1小时的收缩小于25％、小于20％、小于15％、小于10％或小于5％。
39.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其具有使用IPA的400秒至40,000秒的流动时间。
40.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其具有使用IPA的400秒至40,000秒的流动时间。
41.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其具有使用IPA的400秒至40,000秒的流动时间。
42.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其具有使用IPA的11,000秒至40,000秒的流动时间。
43.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其具有使用IPA的11,000秒至40,000秒的流动时间。
44.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其具有使用IPA的11,000秒至40,000秒的流动时间。
45.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是透明的或半透明的。
46.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是透明的或半透明的。
47.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，其中，膜是透明的或半透明的。
48.如权利要求1所述的干法工艺微孔膜，在其至少一面上包含亲水处理或涂层。
49.如权利要求6所述的干法工艺微孔膜，在其至少一面上包含亲水处理或涂层。
50.如权利要求11所述的干法工艺微孔膜，在其至少一面上包含亲水处理或涂层。
51.一种超滤工艺或纳滤工艺，其包括通过如权利要求1所述的膜过滤溶剂。
52.如权利要求51所述的工艺，其中，溶剂是水性溶剂、醇或有机溶剂。
53.一种过滤元件，其包括如权利要求1所述的干法工艺膜和外壳。
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