一体式微纳过滤膜及其制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明属于微纳加工技术领域，特别涉及一种一体式微纳过滤膜及其制造方法。【【背景技术】】
[0002]全球日益严重的环境污染如空气污染、水源污染等，使人们对各种过滤膜的需要越来越大，尤其是能够过滤微米至纳米尺度颗粒的过滤膜。目前的各种过滤膜存在的主要问题是，由于滤膜的过滤孔不是直通孔而严重降低了滤膜的过滤通量。
【
【发明内容】
】
[0003]本发明的目的在于提供一种一体式微纳过滤膜及其制造方法，该过滤膜为一体式两层膜结构，包括底层的多孔支撑膜和溶敷于其上具有微纳直通孔的滤芯膜。
[0004]为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案:
[0005]—体式微纳过滤膜，为一体式两层膜结构，包括底层的多孔支撑膜和溶敷于多孔支撑膜上具有微纳直通孔的滤芯膜；所述多孔支撑膜上具有微米级第一孔洞阵列；所述滤芯膜上具有第二孔洞阵列；所述第二孔洞阵列中的孔洞设置于第一孔洞阵列中对应的孔洞中；所述第二孔洞阵列的孔洞直径小于第一孔洞阵列的孔洞直径。
[0006]进一步的，所述第一孔洞阵列的孔洞直径为1um — 500um。
[0007]进一步的，第二孔洞阵列的孔洞直径为0.1um-2.0um。
[0008]进一步的，滤芯膜的材质为聚合物树脂。
[0009]进一步的，所述聚合物树脂为常温下为液态的热固化型树脂或光固化型树脂。
[0010]进一步的，所述聚合物树脂为热固化型聚酰亚胺、硅橡胶或紫外光固化型聚酰亚胺。
[0011]进一步的，多孔支撑膜为聚丙烯无纺布、尼龙或不锈钢多孔网。
[0012]进一步的，多孔支撑膜的材质为聚合物、无机金属或非金属。
[0013]进一步的，将聚合物树脂溶液涂敷到多孔支撑膜表面的方法采用浸没提拉法涂胶、离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法。
[0014]进一步的，聚合物树脂为热固化型聚酰亚胺P1、硅橡胶PDMS或紫外光固化型聚酰亚胺PI。
[0015]—体式微纳过滤膜的制备方法，包括以下步骤:
[0016](I)将具有微米级孔洞阵列的多孔支撑膜的表面及孔洞内清洁干净；
[0017](2)将聚合物树脂溶液涂敷到多孔支撑膜表面，并在多孔支撑膜的孔洞内形成均匀的聚合物树脂液膜；
[0018](3)采用外加扰动，使得多孔支撑膜的孔洞内的聚合物树脂液膜破裂；
[0019](4)破裂的聚合物树脂液膜在表面张力的作用下进一步收缩，最终在液膜中心形成微米或纳米尺度的孔洞；
[0020](5)重复进行步骤(2) —(4)，不断缩小聚合物树脂液膜的孔洞尺寸，直到符合滤膜孔洞的尺寸要求，此时得到的聚合物树脂液膜即为滤芯膜；
[0021](6)使具有微米或纳米尺度孔洞的滤芯膜固化并与多孔支撑膜成为一体，得到一体式微纳过滤膜。
[0022]进一步的，所述多孔支撑膜上具有微米级第一孔洞阵列；所述滤芯膜上具有第二孔洞阵列；所述第二孔洞阵列中的孔洞设置于第一孔洞阵列中对应的孔洞中；所述第二孔洞阵列的孔洞直径小于第一孔洞阵列的孔洞直径。
[0023]进一步的，所述第一孔洞阵列的孔洞直径为1um — 500um ;第二孔洞阵列的孔洞直径为 0.1um一2.0um。
[0024]进一步的，聚合物树脂为液态，在25 °C下其粘度可为5mPa.S — 50000mPa.S。
[0025]进一步的，所述扰动为振动或吹风。
[0026]进一步的，振动幅度为Imm—5mm，时间5min—30min ;吹气的风速为0.01m/S—10m/S，时间 5S — 60S。
[0027]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0028]本发明提出了一体式微纳过滤膜及其制造方法，利用利用底层多孔支撑膜的孔洞以及外加的扰动来进行微纳过滤膜成形加工，使过滤膜具有尺寸可控的微米或纳米过滤直通孔；所制备的过滤膜可方便地过滤微米级或纳米级的各种颗粒。
【【具体实施方式】】
[0029]本发明一种一体式微纳过滤膜，为两层膜结构，包括底层的多孔支撑膜和溶敷于其上具有微纳直通孔的滤芯膜。制备方法包括以下步骤:
[0030](I)将具有微米级孔洞阵列的多孔支撑膜(如市售的聚丙烯无纺布、尼龙或不锈钢多孔网，其材料可为聚合物、无机金属或非金属，孔洞直径可为1um — 500um)依次放入丙酮、乙醇、去离子水(均为市售)等溶液中，通过超声的方式(市售的超声清洗机)对其进行清洗，每次清洗约lOmin，使该支撑膜表面及孔洞内洁净；
[0031](2)采用浸没提拉法涂胶、离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将聚合物树脂溶液(如市售的热固化型聚酰亚胺P1、硅橡胶PDMS或紫外光固化型聚酰亚胺PI ;针对不同的滤膜孔洞的尺寸要求，采用的聚合物树脂为常温下为液态的热固化型树脂或光固化型树脂，在25°C下其粘度可为5mPa.S—50000mPa.S ;多孔支撑膜的孔洞直径越大，所采用的聚合物树脂的粘度越大)涂敷到多孔支撑膜(如聚丙烯无纺布、尼龙或不锈钢多孔网)表面，并在多孔支撑膜的孔洞内形成均匀的聚合物树脂液膜；
[0032](3)采用外加扰动，如振动(如市售的振动台，振动幅度可为Imm — 5mm，时间5min—30min)或吹气(如市售的吹风机，风速可为0.01m/S — 10m/S，时间5S — 60S)等方式，使得多孔支撑膜的孔洞内的聚合物树脂液膜破裂。
[0033](4)破裂的聚合物树脂液膜在表面张力的作用下进一步收缩，最终在液膜中心形成微米或纳米尺度(孔径可为0.5um—2.5um)的孔洞。
[0034](5)重复进行步骤⑵一(4)，可不断缩小聚合物树脂液膜的孔洞尺寸，使其符合滤膜孔洞的尺寸要求(孔径可为0.1um-2.0um)，此时得到的聚合物树脂液膜即为滤芯膜。
[0035](6)采用加热(热固化型聚酰亚胺PI，加热温度为180°C，时间40min ;硅橡胶PDMS加热温度为150°C，时间90min)或紫外光照(紫外光固化型聚酰亚胺PI，紫外光波长300nm一365nm，时间Imin—3min)等方式，使具有微米或纳米尺度孔洞的滤芯膜固化并与多孔支撑膜成为一体。由此可在支撑膜上形成符合滤膜孔洞尺寸要求的微米或纳米孔洞阵列，从而完成一体式微纳滤膜的制作。
【主权项】
1.一体式微纳过滤膜，其特征在于，为一体式两层膜结构，包括底层的多孔支撑膜和溶敷于多孔支撑膜上具有微纳直通孔的滤芯膜；所述多孔支撑膜上具有微米级第一孔洞阵列；所述滤芯膜上具有第二孔洞阵列；所述第二孔洞阵列中的孔洞位于第一孔洞阵列中对应的孔洞中；所述第二孔洞阵列的孔洞直径小于第一孔洞阵列的孔洞直径。2.根据权利要求1所述的一体式微纳过滤膜，其特征在于，所述第一孔洞阵列的孔洞直径为1um—500um ;第二孔洞阵列的孔洞直径为0.1um一2.0um。3.根据权利要求1所述的一体式微纳过滤膜，其特征在于，滤芯膜的材质为聚合物树脂。4.根据权利要求3所述的一体式微纳过滤膜，其特征在于，所述聚合物树脂为常温下为液态的热固化型树脂或光固化型树脂。5.根据权利要求3所述的一体式微纳过滤膜，其特征在于，所述聚合物树脂为热固化型聚酰亚胺、硅橡胶或紫外光固化型聚酰亚胺。6.一体式微纳过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将具有微米级孔洞阵列的多孔支撑膜的表面及孔洞内清洁干净； (2)将聚合物树脂溶液涂敷到多孔支撑膜表面，并在多孔支撑膜的孔洞内形成均匀的聚合物树脂液月吴; (3)采用外加扰动，使得多孔支撑膜的孔洞内的聚合物树脂液膜破裂； (4)破裂的聚合物树脂液膜在表面张力的作用下进一步收缩，最终在液膜中心形成微米或纳米尺度的孔洞； (5)重复进行步骤(2)—(4)，不断缩小聚合物树脂液膜的孔洞尺寸，直到符合滤膜孔洞的尺寸要求，此时得到的聚合物树脂液膜即为滤芯膜； (6)使具有微米或纳米尺度孔洞的滤芯膜固化并与多孔支撑膜成为一体，得到一体式微纳过滤膜。7.根据权利要求6所述的一体式微纳过滤膜的制备方法，其特征在于，所述多孔支撑膜上具有微米级第一孔洞阵列；所述滤芯膜上具有第二孔洞阵列；所述第二孔洞阵列中的孔洞设置于第一孔洞阵列中对应的孔洞中；所述第二孔洞阵列的孔洞直径小于第一孔洞阵列的孔洞直径。8.根据权利要求7所述的一体式微纳过滤膜的制备方法，其特征在于，所述第一孔洞阵列的孔洞直径为1um — 500um ;第二孔洞阵列的孔洞直径为0.1um-2.0um。9.根据权利要求7所述的一体式微纳过滤膜的制备方法，其特征在于，聚合物树脂为液态，在25°C下其粘度可为5mPa.S—50000mPa.S。10.根据权利要求7所述的一体式微纳过滤膜的制备方法，其特征在于，所述扰动为振动或吹风。
【专利摘要】本发明公开一体式微纳过滤膜及其制备方法，所述微纳过滤膜为一体式两层膜结构，包括底层的多孔支撑膜和溶敷于多孔支撑膜上具有微纳直通孔的滤芯膜；所述多孔支撑膜上具有微米级第一孔洞阵列；所述滤芯膜上具有第二孔洞阵列；所述第二孔洞阵列中的孔洞设置于第一孔洞阵列中对应的孔洞中；所述第二孔洞阵列的孔洞直径小于第一孔洞阵列的孔洞直径。本发明利用底层多孔支撑膜的孔洞以及外加的扰动来进行微纳过滤膜成形加工，使过滤膜具有尺寸可控的微米或纳米过滤直通孔；所制备的过滤膜可方便地过滤微米级或纳米级的各种颗粒。
【IPC分类】B01D69/10, B01D71/70, B01D71/40, B01D67/00
【公开号】CN105080365
【申请号】CN201510556423
【发明人】叶向东, 张学锋, 阮晓光, 蔡安江
【申请人】西安建筑科技大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月2日