[其他]高流通量薄膜

無效

• 申請號: 85108380
• 申請日: 1985-10-10
• 公開（公告）號: CN85108380A
• 公開（公告）日: 1987-04-15
• 發明（設計）人: 邁克爾·塞奇·馬克西姆·萊菲比弗
• 申請（專利權）人: 賽林斯研究有限公司
• 主分類號: B01D13/00
• 分類號: B01D13/00;B01D13/04
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李雒英,巫肖南

這個發明是有關改進傳遞性質（亦即通量）的半滲透性薄膜，其特別用在工業上用過濾方法對糖漿或牛奶乳清的脫鹽過程。

在工業上過濾作用是用來分離有價值大分子產物，象蛋白質，脂肪質和濾過性病原體，例如由乳酪乳清分離蛋白質。另一方面，過濾作用亦有除污染的應用，如從工業廢水中除去可溶性的油。

傳統過濾法是局限在保留物大小大于1至10微米粒子。常見的生物濾器孔大小大約是0.1至1微米（1萬埃）并能與助濾劑（如二氧化鈦或礬土）合在一起使用，助濾劑阻塞生物濾器上的大孔，使形成一個動態的薄膜。助濾劑只是放在生物濾器的表面，總之不是系于生物濾器上。不這樣的話，獲之孔大小應用于過濾作用就是太大了。生物過濾薄膜已發展到可用于0.08微米（800埃）的粒子。低于這尺寸的，通過一個分子篩機理作用過濾薄膜可留存低至10埃的分子，這機理在很多方面與過濾程序相似。典型過濾薄膜孔大小在10至200埃之間。

傳統的過濾薄膜通常是聚合物，如聚酰胺，聚碳酸酯和聚砜。一般來說，過濾作用薄膜或是平的薄片或是管形薄膜，或者是空心的纖維質。但是，這些有機聚合物系統的使用有所多的弊點。

第一，聚合物過濾作用薄膜在化學上對pH值極為敏感，并且在許多溶劑中又容易被溶解。因為制造技術通常包括利用聚合物溶液的相變，很難得到這樣聚合物既能足夠地溶解使制造較容易但又要抗一般考慮到的工業溶劑。

尤其最近，陶瓷薄膜已經發展到可生產抗強化學性和高溫的能力。但是，這些薄膜同樣遇到其他已知薄膜同樣的問題，如以下所列。

第二，已知過濾作用薄膜的孔總面積通常少于薄膜總表面面積1%。事實上，目前市場上大部份商業上可得到的過濾作用薄膜的孔面積低于薄膜總面積0.1%。這樣低孔隙率限制了液體能夠經過薄膜的流通量。增加薄膜間的壓力差有可能增加流通量，但最高流通量在應用上是局限于在薄膜上形成分離的大分子物質層。要減少其形成，薄膜需承受液體經過濾時產生的高速的橫向流動（即是一個高切力速度），由于高壓所形成的分離物質，不管他們低的孔隙率，新型薄膜流通量甚至是限定在高的切力速度下。

本發明的目的是要減問題，提供一種半滲透性，具有高流通量表面性質高隙率的薄膜，亦有好的耐化學性。

廣義地說，本發明在宏觀孔隙基質上裝有具有特殊性質微觀表面象傳統的生物濾器。

因此，本發明一方面提供一個半滲透薄膜，其包括一個宏觀孔隙基質，該基質具有永久固定其上的微觀孔隙的微表面，微表面具有弗瑞塔（Fractal）幾何的表面。

發明在另一方面提供制備半滲透性薄膜的方法，這包括：

提供一個宏觀孔的基質，

將含液體的凝膠層沉積在基質上，

由凝膠層除去液體，產生永久沉積在基質上具有弗瑞塔幾何表面的微孔隙的微觀表面。

經處理的凝膠層永久地固定在基質上，并且它被收縮成一個打褶成網狀弗瑞塔表面。微觀表面材料的選擇使它與保留下的分子有相互作用的性質，這樣阻止了平面單位分子層的產生，并且在分子層形成網狀的動態層。

這種薄膜適用于受到凝膠極化作用的任何薄膜工藝中，形成一種有礙流通量的保留下來的分子層，尤其對于那些由壓力，電場或濃度梯度，如過濾作用，逆滲透，電滲析，滲析，和生物過濾作用所驅動凝膠極化作用。

既然基質本身不會構成薄膜，其所形成材料不是決定性的，基質材料選擇考慮到薄膜會發生作用這些條件，也就是形成微觀表面所要求的條件。例如，如果基質將是耐高溫的，它可以由不銹鋼或陶瓷材料所組成。如果要求高的耐溶性，那么基質最好用陶瓷材料，如果要求高的耐酸/堿性，基質最好用惰性聚合材料象聚丙烯這樣基質很容易用作生物過濾材料。

凝膠層可由任何適宜的膠凝作用材料形成，這此材料覆蓋在多孔基質表面形成一永久的微觀表面，即使實際上凝膠含有任何極性溶劑（例如液態氨），通常凝膠是含水的。一般來說，凝膠將包括多價離子，特別是象鈣，鋁，砷，鋯或硅這樣的陽離子。凝膠舉例來說包括磷酸鈣（一般由牛乳清中制備出來），烏頭酸鈣（丙烯-1，2，3-三羧酸鈣鹽）及草酸鈣。羧酸甲基纖維素也可用作基質加成劑。