[发明专利]具有改进的过滤性能的微滤膜

说明书

本发明涉及基于来自砜聚合物类的成膜疏水性第一聚合物的微滤用整体不对称膜(integral asymmetrische Membran)，所述膜在所述膜壁范围内具有呈一定孔径分布的多孔结构，和在该壁内部具有呈最小孔径的分离层，以及具有在从该分离层朝着所述第一表面方向上的第一不对称区域和在朝着所述第二表面方向上的第二不对称区域，并且朝着所述表面孔径增大。本发明还涉及制备所述膜的方法。

微孔聚合物膜被广泛应用在工业、药物或医学等领域中用于高精度过滤。在这些领域中，膜分离工艺变得越来越重要，因为这些工艺提供了以下优点：待分离的所述物质不会受到热加压或热影响。微滤膜例如能够除去尺寸低至亚微米级的细颗粒或微组织，并因此适合于生产用于实验室或半导体工业的纯净水。从饮料工业、生物技术分支或者废水技术可以获悉膜分离工艺的许多其它应用。

在这些情况下，优选使用具有高度不对称性的膜，所述膜具有分离层和与所述分离层相比孔径更大的相邻微孔支撑结构。因而所述分离层中的孔决定了该膜的实际分离特性，即被该膜截留的颗粒或分子的尺寸通过所述分离层中的孔径控制。在所述应用中，这种类型的膜通常以这样的方式使用：所述液体从更大开孔一侧流入它们和因此所述微孔支撑层起到所述分离层的预过滤器的作用。通过这种手段，所述膜的污物负载能力得到提高。以这种方式流经所述膜的流体首先进入所述较大孔，最后进入所述分离层的较小孔。通过这种手段，所述流体中包含的颗粒在它们到达所述分离层和可能阻塞它之前被截留在所述粗孔支撑层中。

在这种情况下，砜聚合物类，例如聚砜或聚醚砜，表示一类广泛应用的膜材料，不仅仅因为它们的高化学稳定性、它们的温度稳定性或由它们制备的膜的可消毒性。不可否认地，这些聚合物是疏水性聚合物，这会限制它们在过滤含水介质中的使用。此外，已知由疏水性材料制成的膜具有强的非特定吸附能力(unspezifisches Adsorptionsvermgen)，由于这一点在使用中常常导致所述膜表面被主要是待过滤液体中的较高分子量组分迅速覆盖，并导致随后渗透性下降。

US 5866059A公开了微滤用聚醚砜膜，其中该膜具有明显的不对称结构，其在所述膜的一侧(即第一侧)具有孔相对小的皮层，孔径从这一侧越过所述膜壁至该膜的另一侧(即第二侧)增大，由此在所述第二侧的孔比在所述第一侧的皮层内的孔大50～10 000倍。具有这种结构类型的膜一方面就具有最小孔的所述层(即位于该膜表面上的分离层)而言易于受到机械破坏。另一方面，由于所述特定的不对称结构，该膜只具有中等机械稳定性。

根据US 5866059A制备的膜是疏水的，并且可以至多通过后处理使其亲水化。与之相反，US 6045899A中公开的基于砜聚合物的整体不对称膜具有亲水特性，因为在这些膜的制备过程中，向所述聚合物溶液中添加了亲水性聚合物，例如聚乙烯基吡咯烷酮。

类似地，US 5906742A公开了基于砜聚合物的亲水性整体不对称聚合物膜。这些膜具有微孔皮层和相邻的多孔支撑结构，其中所述多孔支撑结构具有与所述皮层相邻的孔径基本上恒定的各向同性区域，以及还具有与该各向同性区域相邻的从所述各向同性区域开始孔径增大的不对称区域。所述各向同性区域延伸遍及该壁的大约15～25％，其中在所述各向同性区域中的孔的尺寸比在所述微孔皮层中的孔的尺寸稍大。同样对于这些膜而言，形成所述分离层的皮层易于受到机械破坏。由于具有小孔径的相对宽阔的各向同性区域，预计在流体通过期间这些膜将会出现相对高的压降。

US 4933081A公开了微孔聚砜膜，其分离层位于所述膜壁内以防止该分离层对机械破坏的敏感性。这些膜在所述膜壁范围内具有一定孔径分布，和在距离所述膜表面之一的优选1～30μm处具有呈最小孔径的层。在从呈最小孔径的该层朝着所述膜的两个表面的方向上孔径增大。面向所述分离层的表面中的孔的直径比背向所述分离层的表面中的孔的直径小10～100倍，由此US 4933081A中的膜具有高度不对称性。然而，US4933081A中的膜是疏水的，并且必须进行进一步处理以使得它们亲水。

EP 361085A公开了由聚醚砜制备的整体不对称膜。在这些实施例中，中空纤维膜被描述成具有在外部区域的大约50～100μm厚的朝着所述外侧开口的细孔结构，所述结构在该膜中心进入不断增大地较粗孔的结构。朝着所述内部腔侧，该结构再次压缩。该膜的内表面是开孔的。EP 361085A揭示的所述膜的跨膜流量(Transmembranflüsse)是相对较低的。