专利名称:一种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的微孔膜，特别涉及一种微孔膜经过修饰改良的微孔膜及其制备方法。
背景技术：
以高分子材料为基体的微孔膜是一种用途十分广泛的过滤介质，它能截留微粒、胶体、生物体等，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，由于其具有敏锐的筛分过滤特征，已在生物、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，其发展趋势是开发综合性能可靠、制造方法简单、生产成本低廉的微孔膜。
目前广泛使用的聚四氟乙烯微孔膜以双向拉伸方法制造，由该种方法制得的微孔膜膜孔呈网络形状，但孔径分布普遍很宽，只能运用于服装防水和一般的除尘处理，无法满足工业过程中绝对的除细菌要求。而能制造出满足工业中绝对除细菌要求的聚四氟乙烯微孔膜的过程，则设备投资大，技术要求高，生产合格率低，即使如此所制得的聚四氟乙烯微孔膜的孔径分布仍然比较宽泛。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种微孔膜及其制备方法，以克服现有技术存在的孔径分布普遍宽，无法满足工业过程中绝对的除细菌要求和制造设备投资大、生产合格率低的缺陷。
本发明的构思是这样的本发明设想，以现有的微孔膜作为微孔膜的基本骨架，以由高分子膜材料溶解于溶剂中并在其混合物中加入添加剂所形成的铸膜液作为微孔膜的修饰液，将修饰液涂布于基本骨架上，用最常用的相转化方法使修饰液中高分子膜材料凝固形成与所说的微孔膜膜孔结构相似的微孔结构(例如网络状微孔结构)，从而使此种微孔膜不仅具有绝对的过滤性能，而且制造方法简单、生产成本低廉。
根据上述构想，发明人提出了如下的技术方案一种微孔膜，由作为基体的微孔膜和与其复合的修饰微孔膜组成，为一种毛细管模型微孔膜。
微孔膜的厚度为20～2000μm，其中过滤控制层的厚度为5～200μm，支撑层的厚度为0～1500μm，过滤微孔的孔径为0.050～1.0μm。
所说的基体微孔膜的材料包括高分子聚合物或无机材料。
所说的高分子聚合物包括聚砜类(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，优选的为聚四氟乙烯。
所说的无机材料包括金属(镍、铜、不锈钢等)，陶瓷，玻璃中的一种。
所说的修饰微孔膜的材质包括聚砜类(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、聚三氟乙烯等)或聚丙烯腈中的一种或一种以上，优选的为聚偏氟乙烯和磺化聚醚砜。
本发明微孔膜的制备包括如下步骤(1)修饰铸膜液的配制首先将修饰用膜材料溶解在溶剂中，并加入添加剂形成修饰铸膜材料/溶剂/添加剂的三元修饰铸膜液，密闭静置脱泡；所说的铸膜液中修饰膜材料的质量浓度为1.0％～20％，优选的浓度为4.0～12％；所说的修饰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修饰铸膜液浇注或转移或浸润在干净的多孔材料(编织材料、无纺材料、烧结材料)或基体微孔膜上，用手工或机械方法制成一定厚度(10～3000μm)的铸膜液，在溶剂无蒸发时或部分蒸发后，涂装了修饰铸膜液的基体微孔膜或涂装了修饰铸膜液的多孔材料与基体微孔膜复合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，即获得本发明的修饰微孔膜。
在本发明优选的技术方案中，可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(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℃。
采用上述方法所制备的修饰微孔膜，由于基体微孔膜的膜孔得到其他高分子材料的修饰而使微孔膜的孔径变得十分均匀并且大大减小，因此微孔膜的过滤效率很高，过滤的阻力也不大，可以在较低压力如0.01Mpa下进行操作，在气体过滤中对0.01μm的物质和液体过滤中对0.1μm的物质均有良好的分离效率，可用于工业生产中粉尘去除与回收、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、脱气等方面。
图1为用本发明方法制得的以聚偏氟乙烯为修饰材料的聚四氟乙烯微孔膜的表面电镜照片。
图2为聚四氟乙烯基膜表面电镜照片。
图3为结构示意图。
具体实施方式
实施例1
将100克二甲基亚砜/二甲基乙酰胺(各50％)置于广口瓶中，加入450.8克安定化的丁酮、15.0克丙三醇，并加入30.0克聚偏氟乙烯，配成5.04％(铸膜材料质量)的修饰铸膜液，密闭静置脱泡。
将铸膜室的湿度控制在相对湿度45％，铸膜室温度控制在25℃，将修饰铸膜液浸润在厚度为65um的干净聚脂无纺布上，并且用刮刀控制厚度为230μm，蒸发30秒后，将厚度为25μm、以无水乙醇为介质检测的第一泡点压力为0.035MPa的聚四氟乙烯基体微孔膜分别从两面(各一层)复合至上述浸润了铸膜液的无纺布上，经过76的橡胶的压实后，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5分钟后，将滤膜放入热水中进行二次凝胶，热处理温度为86.5℃，凝胶10分钟后取出干燥，即得本发明所说的微孔膜。
按照常规的膜性能评价方法，该膜以无水乙醇为介质检测的扩散流(DF)第一泡点压力为0.135MPa，油雾法(DOP)检测膜的过滤精度为0.01μm、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1100ml/min·cm2；在0.1MPa压力下，对含有109P.diminuta菌的水溶液进行过滤，截留率为99.99％以上，压力降为0.02MPa时25℃的纯水通量为6.4ml/min·cm2。
其电镜照片如图1，结构示意图如图3，由图1和图3可见，经过本发明方法修饰的聚四氟乙烯微孔膜膜孔为网络形状并且基体网络孔和修饰网络孔相互贯通呈法向交联结合状态。由图3可见，所获得的微孔膜包括聚四氟乙烯基膜1、与基膜1复合的修饰膜2和与其通过黏结层3相连接的无纺布增强层4。
实施例2如实施例1中所述，采用磺化度为5.25％(质量)的聚醚砜为修饰铸膜液的膜材料，铸膜液浓度为5.82％(质量)，溶剂采用二甲基乙酰胺，凝胶浴为20℃的含6.50％乙醇(质量)的水浴，热处理温度为85℃的纯水。所制的膜以纯水为介质检测的扩散流(DF)第一泡点压力为0.386MPa，在0.1Mpa压力下25℃的纯水通量为32.8ml/min·cm2。
权利要求
1.一种微孔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)修饰铸膜液的配制首先将聚醚砜、磺化聚醚砜和聚偏氟乙烯中的一种或一种以上溶解在溶剂中，并加入添加剂形成修饰铸膜材料/溶剂/添加剂的三元修饰铸膜液，密闭静置脱泡；所说的添加剂选自丙三醇和丁酮中的一种或其混合物；所说的溶剂选自二甲基乙酰胺和二甲基亚砜中的一种或其混合物；(2)相转化法成膜在铸膜室中将上述修饰铸膜液浇注或转移或浸润在多孔材料或基体微孔膜上，用手工或机械方法制成铸膜液，在溶剂无蒸发时或部分蒸发后，涂装了修饰铸膜液的基体微孔膜或涂装了修饰铸膜液的多孔材料与基体微孔膜复合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，得到修饰微孔膜；所说的多孔材料选自聚酯无纺布，所说的基体微孔膜多孔材料选自聚四氟乙烯膜。
2.根据权利要求
1所述的微孔膜的制备方法，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，所说的凝胶浴为醇、酸、酯、胺或盐中的一种的水溶液，醇、酸、酯、胺或盐的质量含量为0.50％～100％。
3.根据权利要求
1所述的微孔膜的制备方法，其特征在于，铸膜室的相对湿度为10％～90％，铸膜室温度为0℃～110℃。
4.根据权利要求
1所述的微孔膜的制备方法，其特征在于，所说的修饰铸膜液中修饰铸膜材料的质量浓度为1.0％～20％；所说的修饰铸膜液中添加剂的质量浓度为0.10％～75％。
专利摘要
本发明公开了一种微孔膜及其制备方法。本发明以现有的微孔膜作为微孔膜的基本骨架，以由高分子膜材料溶解于溶剂中并在其混合物中加入添加剂所形成的铸膜液作为微孔膜的修饰液，将修饰液涂布于基本骨架上，用相转化方法使修饰液中高分子膜材料凝固形成与所说的微孔膜膜孔结构相似的微孔结构(例如网络状微孔结构)，从而使此种微孔膜不仅具有绝对的过滤性能，而且制造方法简单、生产成本低廉。本发明的微孔膜的过滤效率很高，过滤阻力低，可以在较低压力如0.01MPa下进行操作，在气体过滤中对0.01μm的物质和液体过滤中对0.1μm的物质均有良好的分离效率，可用于工业生产中粉尘去除与回收、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、脱气等领域。
文档编号B01D67/00GKCN1277598SQ03128943
公开日2006年10月4日 申请日期2003年5月30日
发明者马炳荣, 龚志宏, 王革锋, 何秋良, 龚鑫萍 申请人:上海一鸣过滤技术有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan