[發(fā)明專利]聚合物膜的交聯(lián)處理

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680022006.2
• 申請日: 2006-06-20
• 公開（公告）號: CN101203554A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 海因茨－約阿希姆·穆勒;王東亮;阿什文·庫馬爾
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子水技術(shù)公司
• 主分類號: C08J9/36
• 分類號: C08J9/36;B01D71/26;B01D71/32;B01D71/34;B01D71/38;B01D71/40;B01D71/42;B01D71/62;B01D71/64;B01D71/68;B01D71/82;C08J5/22
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐江華;王珍仙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在超濾和微濾應(yīng)用中具有增強性能的聚合物材料的制備方法，以及用這些方法制備的聚合物材料。本發(fā)明特別涉及一種處理疏水/親水膜以極大改進(jìn)透水性和親水穩(wěn)定性的交聯(lián)方法。本發(fā)明還涉及用這些方法制備的疏水/親水共混聚合物膜。

背景技術(shù)

下面的討論不應(yīng)解釋為承認(rèn)其為公知技術(shù)。

合成的聚合物膜用于多種應(yīng)用中，包括脫鹽、氣體分離、過濾和透析。膜的性能取決于：例如包括諸如對稱性、孔形狀和孔大小的性質(zhì)的膜形態(tài)學(xué)的因素；用于形成膜的聚合物材料的化學(xué)性質(zhì)；和膜的任何形成后的處理。

在膜的這些性能性質(zhì)的基礎(chǔ)上，可以選擇膜用于特定分離任務(wù)，包括微濾、超濾和反滲透。微濾和超濾是壓力驅(qū)動的過程，通過所述膜能夠保留或通過的粒子或分子的大小來區(qū)分。微濾可以除去微米級和亞微米級的非常細(xì)小的膠質(zhì)顆粒。一般來講，微濾能夠過濾小到0.05μm的粒子，而超濾能夠留住0.01μm或更小的粒子。反滲透在更小的尺度上進(jìn)行。多微孔的相轉(zhuǎn)化膜特別適用于除去病毒和細(xì)菌。

要適應(yīng)大的濾液流，需要大的膜表面積。最小化用來容納所述膜的設(shè)備體積的一個技術(shù)是將膜形成中空多孔纖維的形狀。大量這種中空纖維(多到幾千根)排列到一起，扎成束并容納于模件中。這些纖維平行過濾溶液以將其純化，所述溶液通常是水，其接觸所述模件中的所有纖維的外表面而流過。加壓后，水被壓入每個纖維的中心通道或腔中，而微小的污染物被留在所述纖維外面的空間。濾過的水收集于纖維內(nèi)部，并由末端放出。

所述纖維模件構(gòu)造是非常理想的，因為它使所述模件獲得了每單位體積非常高的表面積。

不管模件中的纖維的確切排列如何，對于聚合物纖維本身來說也需具有合適的微結(jié)構(gòu)以進(jìn)行微濾。

理想地，超濾和微濾膜的微結(jié)構(gòu)是不對稱的，也就是說，橫跨膜的孔徑梯度不是恒定的，而是隨著膜內(nèi)橫截面距離而變化。中空纖維膜優(yōu)選為不對稱膜，其在一個或兩個外表面具有緊密聚集的小孔和向所述膜壁內(nèi)側(cè)的較大的更開放的孔。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種不對稱的微結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是在機械強度和過濾效率之間提供良好平衡。

與微結(jié)構(gòu)一樣，膜的化學(xué)性質(zhì)也很重要。膜的親水/疏水平衡就是這種重要性質(zhì)之一。

疏水表面被解釋為“憎水的”，而親水表面為“好水的”。許多用來澆鑄多孔膜的聚合物是疏水聚合物。使用足夠的壓力可以壓迫水通過疏水膜，但是需要的壓力很高(150～300psi)，并且在這樣的壓力下膜可能會被破壞，并且通常不會均勻潤濕。

疏水多微孔膜的顯著特征在于其優(yōu)異的耐化學(xué)品性、生物相容性、低溶脹性和良好的分離性能。然而，當(dāng)用于水過濾時，疏水膜需要被親水化或“浸濕”來允許水透過。這可以包括將所述孔載以諸如甘油的試劑。一些親水材料不適用于需要機械強度和熱穩(wěn)定性的微濾和超濾膜，因為水分子能行使增塑劑的作用。

目前，聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚偏二氟乙烯(PVdF)是應(yīng)用最廣泛的疏水膜材料。然而，對膜材料的研究仍在繼續(xù)，研究那些既具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和性能，又能保持成膜所需的和以合適方式工作所需的理想的物理性能的膜材料。具體來說，希望使膜更加親水以得到更好的過濾性能。

多微孔合成膜特別適用于中空纖維，用相轉(zhuǎn)化方法制備。在該方法(DIPS，或稱為擴散誘導(dǎo)的相分離)的一種形式中，至少一種聚合物溶于合適的溶劑中，并且所述溶液得到合適的粘度。將該聚合物溶液澆鑄為薄膜或中空纖維，然后浸入到非溶劑的沉淀浴中。這使均勻的聚合物溶液分離成固態(tài)聚合物相和液態(tài)溶劑相。該沉淀的聚合物形成含有均勻的孔的網(wǎng)絡(luò)的多孔結(jié)構(gòu)。影響膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的生產(chǎn)參數(shù)包括聚合物濃度、沉淀介質(zhì)和溫度，以及使用的溶劑和非溶劑的量。可以改變這些因素，從而制備具有大范圍的孔徑(從小于0.1μm到20μm)，具有各種化學(xué)、熱和機械性質(zhì)的多微孔膜。

與如上所述的DIPS法一樣，中空纖維超濾和微濾膜也可以用熱致相分離(TIPS)法形成。

在PCT?AU94/00198(WO?94/17204)AU?653528中更詳細(xì)地記述了所述TIPS法，通過引用將其內(nèi)容在此合并。

形成多微孔系統(tǒng)的TIPS過程涉及兩成分混合物的熱沉淀，其中將熱塑性聚合物溶于溶劑中來制備溶液，所述溶劑在高溫下可溶解所述聚合物，但在低溫下則不能溶解。這樣的溶劑通常稱作聚合物的潛溶劑。冷卻所述溶液，并在取決于冷卻速率的特定溫度下發(fā)生相分離，并使富聚合物相從溶劑中分離。