CN1597071A - 一种多元孔结构微孔膜及其制备方法 - Google Patents

一种多元孔结构微孔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多元孔结构微孔膜及其制备方法，所述微孔膜，由作为支撑材料的玻璃纤维无纺布或毡和相转化方法形成的高分子微孔膜组成，为一种多元孔结构微孔膜，包括膜表面的第一过滤层、膜中间的第二过滤层和膜的另外一个表面的第三过滤层。第一过滤层其孔结构为类圆孔，第二过滤层其孔结构为絮状孔。第三过滤层其孔结构为网络形状(网络孔)，第三过滤层为膜的过滤控制层。微孔膜由于具有类圆孔、絮状孔、网络孔的三层梯度过滤，因此微孔膜的过滤效率很高，而这种逐步缩小的膜孔结构和特别大的孔隙率又使膜在过滤时的流体流动阻力很小，可以在很低的压力和压力降下实现气体的绝对无菌过滤。

Description

一种多元孔结构微孔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料微孔膜及其制备方法。
背景技术
微孔膜是一种精密过滤介质，具有敏锐的筛分过滤特征，己在生物、制药、化工、电子、环保、科学实验等高科技领域气体、液体的净化、除菌、分离、提浓、纯化处理中得到广泛应用，可实现粉尘去除与回收、除浊、生物体去除与收集、微粒与胶体去除与回收、浓缩、蒸馏、萃取、脱气...等工艺过程，其发展趋势是开发使用性能可靠、综合成本低廉的微孔膜。
例如目前在气体净化、除菌中广泛使用的聚四氟乙烯微孔膜以双向拉伸方法制造，聚偏氟乙烯微孔膜以相转化方法制造，这些微孔膜的合格品过滤精度可靠，但是过滤时的流动阻力比较大，在使用中为了达到要求不得不大幅增加过滤面积或提高动力，造成资源长期的浪费。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种多元孔结构的微孔膜及其制备方法，以克服现有技术存在的膜过滤时的流动阻力大的缺陷。
本发明的技术构思是这样的：
以玻璃纤维无纺布或毡作为微孔膜的支撑材料，以高分子材料/溶剂/添加剂形成微孔膜的铸膜液，将铸膜液涂布于支撑材料上，用最常用的相转化方法使铸膜液中的高分子材料凝固形成具有多元孔结构的微孔膜，从而使此种微孔膜不仅具有绝对的过滤性能，而且在过滤时的流动阻力大幅降低。
根据上述技术思路，发明人提出了如下的技术方案：
一种微孔膜，由作为支撑材料的玻璃纤维无纺布或毡和相转化方法形成的高分子微孔膜组成，微孔膜的厚度为50～5000um，为一种多元孔结构微孔膜，包括膜表面的第一过滤层、膜中间的第二过滤层和膜的另外一个表面的第三过滤层。
所说的第一过滤层其孔结构为类似圆洞(类圆孔)；
所说的第二过滤层其孔结构为类似云絮(絮状孔)；
所说的第三过滤层其孔结构为网络形状(网络孔)，第三过滤层为膜的过滤控制层。
所说的高分子材料包括聚砜类(聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚砜酰胺等)、聚酰胺类(尼龙6、尼龙66、芳香聚酰胺等)，聚氟类(聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯等)或聚丙烯腈中的一种或一种以上，优选的为聚偏氟乙烯。
本发明微孔膜的制备包括如下步骤：
(1)铸膜液的配制：首先将高分子材料溶解在溶剂中，并加入添加剂形成高分子材料/溶剂/添加剂的三元铸膜液，密闭静置脱泡；
所说的铸膜液中高分子材料的质量浓度为1.0％～20％，优选的浓度为4.0～12％；
所说的铸膜液中添加剂的质量浓度为0.10％～75％，优选的质量浓度为0.50～50％；
所说的添加剂包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯脂、聚乙烯吡咯烷酮或氯化锂、氯化钙、硝酸锂、硝酸钙或乙醇、乙二醇、丙三醇、丙酮、丁酮或硫酸、硝酸、盐酸或磷酸中的一种及其混合物。
所说的溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮、丁酮、甲酸或乙酸中的一种及其混合物。
(2)相转化法成膜：在铸膜室中将上述铸膜液用手工或机械方法浇注或浸润在干净的玻璃纤维无纺布或毡上，在溶剂无蒸发时或部分蒸发后，浸入凝胶浴中使其凝胶成膜，凝胶浴温度为-15℃～150℃，待凝胶5～600分钟后，即获得本发明的具有多元孔结构的微孔膜。
在本发明优选的技术方案中，可将所获得的微孔膜置于温度为50℃～145℃的热水中进行二次凝胶热处理，热处理时间为5～600分钟后，取出经充分清洗后放入保存液(水)中或干燥。
所说的凝胶浴为一种溶液，为醇、酸、脂、胺或盐中的一种或一种的水溶液，质量含量为0.50％～100％。
铸膜室的相对湿度为10％～90％，铸膜室温度为0℃～110℃。
由于本发明所配制的铸膜液(高分子溶液)呈负吸附结构，因此与凝胶浴始终接触的膜的一表层经过传质后形成的膜孔为网络状结构，而膜的另外一表层在传质中采用间歇控制的方法，即经历了凝胶—溶胀—凝胶的过程，使膜形成类圆孔的膜孔结构，在膜的两表层中间，由于膜两表层的形成，传质过程发生了变化，加之玻璃纤维无纺布或毡纤维结构的影响和铸膜液(高分子溶液)呈负吸附结构的特性，膜的中间形成了多层的絮状膜孔结构。
采用上述方法所制备的微孔膜，由于具有类圆孔、絮状孔、网络孔的三层梯度过滤，因此微孔膜的过滤效率很高，而这种逐步缩小的膜孔结构和特别大的孔隙率又使膜在过滤时的流体流动阻力很小，可以在很低的压力和压力降下实现气体的绝对无菌过滤。
附图说明
图1为以聚偏氟乙烯为膜材料，用本发明方法制得的微孔膜的第一过滤层的电镜照片。
图2为第二过滤层的电镜照片。
图3为第三过滤层的电镜照片。
图4为结构示意图。
具体实施方式
将100克二甲基乙酰胺置于广口瓶中，加入550克安定化的丙酮、15.0克丙三醇，并加入30.0克聚偏氟乙烯，配成4.32％(铸膜材料质量)的铸膜液，密闭静置脱泡。
将铸膜室的湿度控制在相对湿度55％，铸膜室温度控制在20℃，将铸膜液浸润在厚度为165um的干净玻璃纤维无纺毡上，并且用刮刀刮去多余的铸膜液，蒸发30秒后，浸入含有5％(体积)水的乙醇浴中成膜，凝胶浴温度为10℃，待凝胶3分钟后，再浸入纯水中二次成膜，凝胶浴温度为25℃，待凝胶10分钟后将滤膜放入热水中进行热处理，热处理温度为86.5℃，时间为18分钟，而后取出干燥，即得本发明所说的微孔膜。
按照油雾法(DOP)检测膜对湿度为60％的气体的过滤精度为0.01um、截留效率为99.99995％。在0.1MPa压力下，压力降为0.01MPa时的空气通过量为26.4Nm3/min·m2
其电镜照片如图1，结构示意图如图2，由图1和图2可见，用本发明方法制造的微孔膜存在三种截然不同的膜孔形貌，其中第一过滤层2在膜的表面，其孔结构为类圆孔，第二过滤层3在膜的中间，其孔结构为絮状孔，第三过滤层4在膜的另外一个表面，其孔结构为网络孔，支撑体1设置在所说的膜的两侧。

Claims (10)

1.一种多元孔结构微孔膜，其特征在于，为一种多元孔结构微孔膜，由作为支撑材料的玻璃纤维无纺布或毡和高分子微孔膜组成，包括膜表面的第一过滤层、膜中间的第二过滤层和膜的另外一个表面的第三过滤层。
2.根据权利要求1所述的多元孔结构微孔膜，其特征在于，所说的第一过滤层其孔结构为类圆孔；
所说的第二过滤层其孔结构为絮状孔；
所说的第三过滤层其孔结构为网络孔。
3.根据权利要求1所述的多元孔结构微孔膜，其特征在于，微孔膜的厚度为50～5000um。
4.根据权利要求1、2或3所述的多元孔结构微孔膜，其特征在于，所说的高分子材料包括聚砜类、聚酰胺类、聚氟类或聚丙烯腈中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1、2或3所述的多元孔结构微孔膜，其特征在于，所说的高分子材料为聚偏氟乙烯。
6.根据权利要求1～5任一项所述的多元孔结构微孔膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)首先将高分子材料溶解在溶剂中，并加入添加剂形成高分子材料/溶剂/添加剂的三元铸膜液，密闭静置脱泡；
所说的添加剂包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯脂、聚乙烯吡咯烷酮或氯化锂、氯化钙、硝酸锂、硝酸钙或乙醇、乙二醇、丙三醇、丙酮、丁酮或硫酸、硝酸、盐酸或磷酸中的一种及其混合物；
所说的溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮、丁酮、甲酸或乙酸中的一种及其混合物。
(2)在铸膜室中将上述铸膜液用手工或机械方法浇注或浸润在玻璃纤维无纺布或毡上，在溶剂无蒸发时或部分蒸发后，浸入凝胶浴中使其凝胶成膜，即获得本发明的具有多元孔结构的微孔膜。
所说的凝胶浴为一种溶液，为醇、酸、脂、胺或盐中的一种或一种以上的水溶液。
铸膜温度为0℃～110℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所说的铸膜液中高分子材料的质量浓度为1.0％～20％；铸膜液中添加剂的质量浓度为0.10％～75％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，凝胶浴温度为-15℃～150℃，凝胶5～600分钟，
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所说的凝胶浴为一种溶液，为醇、酸、脂、胺或盐中的一种或一种以上的水溶液，质量含量为0.50％～100％。
10.根据权利要求6～9任一项所述的方法，其特征在于，将所获得的修饰微孔膜置于温度为50℃～145℃的热水中进行二次凝胶热处理，热处理时间为5～600分钟后，取出经充分清洗后放入保存液中或干燥。
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