[发明专利]高性能膜

说明书

本发明涉及一种微孔膜或分离膜，更具体涉及一种亲水性微孔膜和用于纳滤、超滤和微滤的膜。本发明还涉及一种用于制备上述微孔膜的方法以及上述微孔膜在不同结构体和应用中的用途。

存在许多制造膜的构思，它们利用不同类型的聚合物和聚合材料，以及由这些材料制成的不同结构。为了不同目的，还制成具有不同性质的膜。例如，对于微孔膜或分离膜，需要的性质不仅包括高分离能力还包括在低压下的高通量。上述膜需要具有的其它必要条件包括：良好的机械性质以及可选良好的热性质。高分离能力所需要的小孔通常与高通量所需要的高孔隙率相矛盾。而且，允许在低压下具有高通量的薄层可能会对分离能力和/或良好的机械性质和可选的热性质造成不良影响。具体地，对于亲水性膜而言，很难具有上述性质的适当组合。

本发明的一个目的是提供一种膜，优选提供一种亲水性膜，这种膜具有高分离能力和高通量的组合，同时具有良好的机械性质和热性质。另一个目的在于提供一种用于制备具有上述性质的膜的方法。

第一个目的采用本发明的微孔膜得以实现，所述微孔膜包含由第一聚合材料(A)制成的多孔膜载体，并且进一步包含紧密地分布在整个所述多孔膜载体上的第二聚合材料(B)，其中

(a)所述多孔膜载体

-包含多个互连的粗度小于1μm的聚合物纤维、纤丝、细丝和/或厚度小于1μm薄层(lamellae)，

-具有由多个互连的聚合物纤维、纤丝、细丝和/或薄层形成的互连开放孔结构，并且

-具有至少50％的孔隙率；并且

(b)所述聚合材料(B)包含热塑性缩聚聚合物，其用量相对于(A)和(B)的总重为至多30wt％。

本发明的膜包含具有所述特性的多孔膜载体以及以相对少量紧密地分布在整个多孔膜载体上的热塑性缩聚聚合物或者包含上述热塑性缩聚聚合物的聚合材料，其效果在于：该膜具有高通量、高分离能力与良好的机械、热性质的组合。

根据本发明的微孔膜可以通过如下方法得到，所述方法包括如下步骤：其中，将由所述第一聚合材料(A)制成的多孔膜载用所述第二聚合材料(B)在溶剂中的溶液浸渍，然后使所得经浸渍的膜载体在可与上述溶剂混溶的非溶剂中淬火。

所得膜的性质大部分由膜载体的微孔结构以及热塑性缩聚聚合物的含量和物理性质决定。不需要例如通过不同的浸渍步骤在膜内具有拥有不同微孔结构的多层隔离层。低的第二聚合材料(B)用量允许对高孔隙率的良好保持性。还设想，通过将聚合溶液浸渍到多孔膜载体中，所述第二聚合材料(B)在多孔膜的厚度上均匀地分布。这个方法的其它优点在于，未形成第二聚合材料(B)的闭合涂层，推测这是因为聚合物在浸渍溶液中的浓度较低以及/或者采用淬火液体进行沉淀的结果。

我们注意到，与本发明相反，当未使用微孔膜载体时，如果不是完全不可能就是很难采用热塑性缩聚聚合物制成具有上述纳米尺度和开放微结构的微孔膜，或者如果可能获得，制成的微孔膜也缺乏足够的结构完整性，从而使其非常难以进行加工、处理。

粗度小于1μm的聚合物纤维、纤丝和细丝可被称为微纤(micro-fibre)。这些微纤可以通过打结部分互连，打结部分例如在纺粘工艺(spun-bound process)中或者在薄膜拉伸工艺中形成。可以通过诸如光学显微镜和电子显微镜的技术观测聚合物纤维、纤丝和细丝以及薄层。微纤的粗度和薄层的厚度可以采用相同的技术进行测量。这些微纤适于具有甚至比1μm远远更细的部分，该更细部分可以细至0.1μm或更细。

在本发明的优选实施方式中，多孔膜载体是经拉伸的聚合物层或纺粘聚合物层。

在本发明的膜中作为第一聚合材料和第二聚合材料使用的材料可以从具有不同性质的宽范围的材料中进行选择。

第一聚合材料(A)原则上可以包括任意聚合物或不同聚合物的共混物，包括亲水性和疏水性聚合物及其物理共混物。实践中，其局限于可以根据本发明加工和形成微孔膜的聚合物。

可以包括在第一聚合材料(A)中的适当聚合物包括聚烯烃、卤代的乙烯基聚合物、聚丙烯腈(PAN)、聚砜(PS)(包括聚醚砜PES)、聚酰亚胺(PI)(包括聚醚酰亚胺PEI)、聚碳酸酯和纤维素及其衍生物，或者这些的任意组合或共混物。

聚砜(PS)优选是聚醚砜(PES)。聚酰亚胺(PI)优选是聚醚酰亚胺(PEI)。适当的聚烯烃的实例是聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)和PE/PP共聚物。适当的卤素取代的乙烯基聚合物包括诸如聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PTFCE)和聚四氟乙烯(PTFE)。

优选地，聚合材料A是疏水性材料，其还优选包括聚烯烃或卤代的乙烯基聚合物，更优选聚烯烃或PTFE，最优选聚乙烯(PE)。