[發(fā)明專利]復合中空纖維和相關(guān)方法和產(chǎn)品

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010176737.4
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111686591A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·博尼亞迪
• 申請（專利權(quán)）人: 恩特格里斯公司
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D63/02
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11287
• 代理人: 李婷

描述包含多孔聚合中空纖維支撐物和過濾層的復合中空纖維濾膜；制造所述復合中空纖維和使用所述復合中空纖維作為濾膜的方法；由所述復合中空纖維制造過濾器組件或過濾器的方法；和含有所述復合中空纖維作為濾膜的過濾器組件和過濾器。

技術(shù)領(lǐng)域

以下描述涉及適用作濾膜且包含多孔聚合中空纖維支撐物和過濾層的復合中空纖維；制造所述復合中空纖維和使用所述復合中空纖維作為濾膜的方法；由所述復合中空纖維制造過濾器組件或過濾器的方法；和含有所述復合中空纖維作為濾膜的過濾器組件和過濾器。

背景技術(shù)

濾膜的主要應用是從有用的流體流中去除非所需材料。使用過濾器處理工業(yè)中的許多氣態(tài)和液態(tài)流體，包含環(huán)境空氣、飲用水、液態(tài)工業(yè)溶劑和加工流體、用于制造或加工(例如，在半導體制造中)的工業(yè)氣體和具有醫(yī)學或藥學用途的液體。從流體去除的非所需材料包含雜質(zhì)和污染物，例如粒子、微生物，和溶解的化學物種。濾膜的雜質(zhì)去除應用的特定實例包含其在制藥業(yè)中從治療性溶液中去除粒子或細菌、處理用于微電子和半導體加工中的超純水性和有機溶劑溶液和用于空氣和水凈化工藝的用途。

為執(zhí)行過濾功能，過濾器產(chǎn)品包含負責從流體去除非所需材料的濾膜。視需要，濾膜可呈平片形式，其可被卷繞(例如，成螺旋狀)或打褶等等。替代地，濾膜可呈中空纖維形式。濾膜可含于包含入口和出口的外殼內(nèi)，使得過濾的流體通過入口進入且在穿過出口之前穿過濾膜。

流體中的非所需材料通過以機械或靜電方式由濾膜捕獲，例如通過篩分或“非篩分”機制，或兩者從流體去除。篩分機制為借以從液體流去除粒子的一種過濾模式，其通過歸因于粒子移動對孔的機械干擾而將粒子保留于膜孔處。在這種機制中，粒徑的至少一個尺寸大于孔徑。“非篩分”過濾機制為通過其以機械的方式使濾膜保留流動穿過濾膜的液體中所含的懸浮粒子或溶解材料的過濾模式，例如包含通過其使粒子或溶解材料靜電吸引到和保留于濾膜的外表面或內(nèi)表面(深度過濾)的靜電機制。

濾膜可由平均孔徑可基于過濾器的預期用途(即，使用過濾器執(zhí)行的過濾類型)而選擇的多孔聚合膜構(gòu)成。典型孔徑在微米或亞微米范圍內(nèi)，例如為約0.001微米至約10微米。一般來說，將平均孔徑為約0.001到約0.05微米的膜分類為超濾膜。有時將孔徑在約0.05與10微米之間的膜分類為微孔膜。

對于商業(yè)用途，濾膜應該是可以高效地制造和組裝成過濾器產(chǎn)品的類型。膜必須能夠高效地產(chǎn)生且必須具有允許濾膜承受組裝成過濾筒或過濾器形式的機械特性(例如強度和柔性)。除機械特性以外，膜應該具有合適化學功能性和微結(jié)構(gòu)以用于高性能過濾。在一些應用中，需要多于一種化學功能性、微結(jié)構(gòu)或孔徑來實現(xiàn)高過濾性能。因此，具有至少兩個或多個化學功能性的復合膜適用于這個目的。

已鑒別出可通過例如熱誘導的相轉(zhuǎn)化(TIPS)或非溶劑誘導的相轉(zhuǎn)化(NIPS)的技術(shù)形成為多孔中空纖維濾膜的各種聚合物。同樣，已研發(fā)出各種技術(shù)和裝備以用于在外殼內(nèi)將中空纖維濾膜組裝到最終過濾產(chǎn)品中。參見例如WO 2017/007683和US 5,695,702，這些文件的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

對于商業(yè)用途，濾膜還必須展現(xiàn)有效和可靠的過濾功能性，例如必須能夠從穿過濾膜的連續(xù)流體流有效地去除高量的雜質(zhì)。通常通過包含通量和保留率的兩個參數(shù)來評估過濾性能。通量評估流體流動通過過濾器或濾膜的速率，且必須足夠高以反映通過過濾器的高流量水平是可能的，因此過濾器為經(jīng)濟上可行的。保留率一般是指從通過過濾器的流體流去除的雜質(zhì)的量(以％計)且為過濾器效率的示度。膜通量和保留率兩者明顯取決于膜微結(jié)構(gòu)和孔徑，其通常通過起泡點來測量。以較低通量為代價，具有較小孔的膜具有較高起泡點和更好的篩分保留能力(假定相同膜片形態(tài)和厚度)；假定相同膜形態(tài)和厚度，較大孔徑對應于較低起泡點和較低篩分保留率但較高通量。膜的非篩分保留能力是一種更復雜的特性，除膜微結(jié)構(gòu)和孔徑以外，其還取決于膜表面特性(例如電荷)。