RU1806148C - Способ получени микропористых полимерных фильтров - Google Patents

Abstract

Использование: получение пористых изотропных пленок из растворов полиамида . Сущность изобретени : растворение полиамида в смеси следующего состава, мае.ч.: полиамид 18-20; этиловый спирт 40,1-66,4; муравьина  кислота 30,1-11.1; вода 7,0-7,7 формование раствора на подложку выдержку на воздухе, коагул цию в воде при 4-12°С. 5-15 мин с последующей промывкой водой при 4-25°С и сушкой при 21-50°С. 1 з.п. ф-лы, 1 табл, ю с

Description

Изобретение относитс  к химической промышленности, в частности дл  изготовлени  изделий из алифатического полиамида , и касаетс  получени  пористых пленок из растворов полиамида. Такие пленки используютс  в химической, пищевой, медицинской промышленности, в производстве полупроводниковых приборов и радиоэлектронной аппаратуры в качестве мембаран- ных фильтров и мембран дл  процессов фильтрации,ультрафильтрации и обратного осмоса.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  уменьшение анизотропности пористой структуры мембран.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что способ включает растворение полиамида в смеси муравьиной кислоты и воды, формование раствора на подложку, выдержку на воздухе, коагул цию и сушку, при этом, в смесь дли растворени  полиамида дополнительно ввод т этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Полиамид18-20 Этиловый спирт 40,1-66,4 Муравьина  кислота 30,1-11,1 Вода 7,0-7,7 Коагул цию осуществл ют в воде 4- 12°С 5-15 мин с последующей промывкой водой при 4-25°С и сушкой при 21-50°С, или в смесь дл  растворени  полиамида дополнительно ввод т карбамид при соотношении полиамид:карбамид, равном 18-20;2,0-К2,2 соответственно.

При использовании в качестве растворител  смеси муравьиной кислоты и этилового спирта в соотношении 30,1+40,1 получают анизотропную структуру мембран , с лимитирующим размером пор на поверхности пленки, обращенной косадителю (0,2 мкм. см. табл.1, причем 1). При увеличении содержани  муравьиной кислоты, в выше за вл емых пределах, в смеси со

00

о о

Ј

00

00

спиртом, происходит усиление анизотропное™ структур, резкое уменьшение пор. вплоть до образовани  непористой структуры .

При использовании в качестве раство- рител  только этилового спирта или смеси этилового спирта и муравьиной кислоты выше за вл емого предела 66,4+11,1 получают анизотропную структуру мембран, но с лимитирующим размером пор на стороне пленки соприкасающейс  с подложкой, а также увеличение среднего размера пор, поэтому варьиру  соотношение этилового спирта и муравьиной кислоты получаем пленки с меньшей анизотропностью, чем со- ответственно сказываетс  на их фильтраци- онных характеристиках,

Сущность изобретени  заключаетс  в совместном использовании этилового спирта и муравьиной кислоты, что дает неожидан- ный положительный эффект, заключающийс  в понижении анизотропности структуры, повышающей проницаемость фильтра, при со- хранении размера пор 0,22 мкм, что приводит к интенсификации процесса филь- трации при высокой степени очистки. В качестве дополнительного положительного эффекта можно рассматривать то, что при введении в этиловый спирт муравьиной кислоты улучшаютс  растворимость полиамида, повышаетс  гомогенизаци  поливочного раствора и его устойчивость во времени.

Растворы нэ основе этилового спирта хорошо изучены и позвол ют получать хорошего качества ультрафильтрационные мем- браны с минимальным размером пор 0,.4 мкм. Однако эти растворы склонные к расслоению, особенно с повышенным процентным содержанием полиамида, а именно из них 18-22% растворов, и получа- ют пленки с указанным выше размером пор, поэтому их обычно нагревают до 80°С перед формованием пленок.

Растворы на основе муравьиной кислоты устойчивы во времени, не расслаиваютс  при комнатной температуре, сохран ют свою консистенцию в течение мес ца и более , что делает их более привлекательными дл  массового производства. Однако пленки получаемые из этих растворов более плотные. Вода дл  этих растворов  вл етс  жестким осадителем, поэтому чтобы улучшить фильтрационные характеристики получаемых пленок, в воду ввод т различные добавки, в том числе и этиловый спирт, как в прототипе, В за вл емом способе указанное соотношение этилового спирта и муравьиной кислоты позвол ет сохранить поливочные растворы в течение мес ца при комнатной температуре, кроме того позво-

л ет получать пленки с хорошими фильтра- ционными характеристиками, использу  в качестве осадител  воду.

Известно, что дл  получени  высокопористых структур более выгодно, по-видимому проводить формование при услови х, когда скорость диффузии осадител  больше скорости диффузии растворител .

Если сравнить коэффициенты диффузии воды, спирта и муравьиной кислоты (с.оответ- ственно 2,4 10 . 1,05 1,07 ), то увидим, что в пленку будет диффундировать вода, а не спирт, содержащийс  в осади- тельной ванне прототипа.

Роль этилового спирта в данном случае - уменьшать скорость диффузии воды во времени, чем и см гчаетс  данна  осади- тельна  ванна.

В нашем случае вода активно диффундирует в слой полимерного материала, вымыва  муравьиную кислоту и этиловый спирт, причем, в первую очередь этиловый спирт, а затем муравьиную кислоту, т.к. он имеет меньшую плотность. Постепенно скорость диффузии падает, т.к. над поверхностью пленки образуетс  слой, содержащий этиловый спирт и муравьиную кислоту, она останавливаетс  при достижении концентрационного равновеси . Этим процессом и обусловлена получаема  анизотропность структуры пленок, указанна  выше.

Возможно использование полиамида, в сочетании с карбамидом в соотношении (18-20)+(2-2,2), раствор ющимс  в смеси этилового спирта и муравьиной кислоты (40,1-66,4)(30,1-11,1). Указанное сочетание дает такой же положительный эффект, как и в первом случае, кроме того сама система полиамид и карбамид, образует пленки с повышенной пористостью, что сказываетс  на фильтрационных характеристиках.

Услови  осуществлени  за вл емого способа.

Рекомендуемые концентрации полиамида и карбамида св заны с размером пор 0,2 мкм. Если концентраци  полиамида будет ниже 18%, то структура пленки будет более рыхла  и увеличиваетс  размер пор, повышение более чем 20%, приведет к уменьшению пористости и размеру пор, Увеличение карбамида свыше 2,2% приведен к разрыхлению структуры, увеличению размера пор. Меньшее же количество (2,0) уменьшит пористость структуры (см. таблицу 1, поливочный раствор 11).

Выдержка поливочного раствора на воздухе св зана с формированием верхнего сло  пленки, чтобы создать наиболее благопри тные услови  (при данном содержании полимера в растворе), температура раствоpa , воздуха, подложки должна быть одинакова и колебани  2СН22°С существенно не вли ют на структуру пленки, если отклонени  состав т больше, то изменитс  размер пор, структура и пористость пленки.

Все приведенные параметры технологии получени  микропористых полимерных фильтров соответствуют получению пленок с размером пор 0,24-«-0,18 мкм. Отклонение от указанных диапазонов приведет к изменению их структуры.

Способ получени  микропористых полимерных фильтров осуществл етс  следующим образом.

П р и м е р 1. Приготовленный раствор 1, содержащий 18 мае.ч. полиамида марки А-6-110, этилового спирта 40,1 мас.ч,, муравьиной кислоты 30.1 мас.ч., а также воды 7,0 мас.ч., с помощью фильеры нанос т на стекл нную подложку, 30 мин. выдерживают на воздухе при температуре 20°С, затем пластина с покрытием погружаетс  на 5 минут в воду при 12°С, по истечении указанного времени, пленка промываетс  холодной водой 4°С до полного удалени  растворител . В конце процесса отмывки пленка отслаиваетс  от подложки и выбираетс  на сушильный барабан, температура которого 21°С. Полученна  пленка  вл етс  микропористым полимерным фильтром со средним размером пор 0,22 мкм и проницаемостью по дистиллированной воде при давлении 0,1 МПа - 3,75 мл/мин см2,

Примеры 1, 2 (см. таблицу 1) представл ют услови  получени  фильтров согласно за вл емому способу Примеры 2,. 3, 4, 5 осуществл лись аналогично .примеру 1.

Пример 3 отражает средние значени  условий получени  фильтров, пример 4 - значени  параметров получени  фильтров соответствующих ниже границы, пример 5- значени  выше верхней границы за вленных параметров.

Как видно из таблицы, при одном и том же размере пор, водопроницаемость полиамидных фильтров, полученных по предлагаемому способу.не уступает известным, но и превосходит их.

Технологи  получени  мембран, содержащих кроме полиамида еще карбамид, отличаетс  от вышеприведенных примеров только тем, что состав поливочного раствора другой, т.е. раствор 11 содержит 18 мас.ч. полиамида, 2 мас.ч. карбамида, 40,1 мас.ч. этилового спирта, 30,1 мас.ч. муравьиной кислоты и 7 мас.ч. воды. Полученна  из

этого раствора пленка имеет несколько меньший средний размер пор (0,20 мкм), но проницаемость при этом равна пленке, полученной из раствора (1)- 3,67 мл/мин см2.

Это объ сн етс  повышенной пористостью данных пленок из-за присутстви  карбамида . Эффект уменьшени  анизотропности в обеих пленках идентичен.

Использование предлагаемого способа

получени  микропористых полимерных фильтров позвол ет упростить технологию получени , использовать доступные реактивы и оборудование, создать предпосылки экономически выгодного производства отечественных ультрафильтрационных мембран на уровне требований международных стандартов, интенсифицировать процесс фильтрации, повысить степень очистки жидких и газообразных сред от высокодисперсных частиц и микроорганизмов, расширить область применени  полиамидных мембран , повысить их устойчивость к спиртовым растворам, а также повысить гомогенизацию и устойчивость раствора во времени

при изготовлении фильтров, понизить анизотропность пористой структуры мембраны . Кроме того сочетание фильтрационных и прочностных характеристик, способность к автоклавированию дает возможность широкого использовани  этих мембран в народном хоз йстве.

Claims (2)

1. Способ получени  микропористых полимерных фильтров, включающий растворение полиамида в смеси муравьиной кислоты и воды, формование раствора на подложку, выдержку на воздухе, коагул - циюисушку.отличающийс  тем,что, с целью уменьшени  анизотропности пористой структуры мембраны, в смесь дл  растворени  полиамида дополнительно ввод т этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: полиамид18-20

этиловый спирт40,1-66,4 муравьина  кислота 30,1-11,1 вода 7,0-7,7 коагул цию осуществл ют в воде при 4 - 12°С 5-15 мин с последующей промывкой при 4-25°С и сушкой при 21-50°С.

2. Способ по п.1,отличающийс 

тем, что в смесь дл  растворени  полиамида

дополнительно ввод т карбамид при соотношении полиамид; карбамид, равном 1820:2 ,0-2,2 соответственно.

Характеристики фильтров, полученных по предлагаемому способу по сравнению с прототипом .

Продолжение таблицы