[发明专利]膜的后处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及处理聚合物材料的方法以便强化其在超滤和微量过滤 应用中的化学特性。特别地，本发明涉及处理多孔高分子膜的方法以 便在不使其它所需的膜特性丧失的情况下增加透水性。

背景技术

下列讨论并不解释为对有关本领域技术人员常用的一般知识的状 态的认可。

合成的高分子膜为用于包括脱盐、气体分离、过滤和透析在内的 各种应用的超滤和微量过滤领域中众所周知的。膜的特性根据膜的形 态，即特性，诸如对称性、孔形状、孔径和用于形成膜的聚合物材料 的化学特性的不同而改变。

不同的膜可以用于特定的分离工艺，包括微量过滤、超滤和反渗 透。微量过滤和超滤为压力驱动的方法并且区别在于膜能够阻留或通 过的颗粒或分子的大小。微量过滤可以除去微米和亚微米范围的极细 胶态颗粒。一般而言，微量过滤可以过滤低至0.05μm的颗粒，而超 滤可以阻留小至0.01μm和更小的颗粒。反渗透可以对甚至更小等级 的颗粒进行操作。

微孔相转化膜特别充分适合于用于除去病毒和细菌。

当需要较大的滤液流时，需要较大的表面积。将使用的设备的尺 寸减小至最低限度的常用技术在于形成中空多孔纤维形状的膜。大量 这些中空纤维(多至几千)彼此结合成束并且集合成单元。这些纤维并 行起作用以便过滤流动接触所述单元中所有纤维外表面的纯化用溶 液，一般为水。通过施加压力，迫使水进入纤维各自的中心通道或腔， 而细微污染物仍然被截留在纤维外。过滤的水收集在纤维内部并且通 过末端被抽出。

纤维单元结构为非常理想的单元，因为它能够使所述的单元形成 每单位体积极高的表面积。

除单元中纤维的排列外，另外必不可少的是聚合物纤维自身具有 适当的微观结构以使微量过滤发生。

理想的情况是，超滤和微量过滤膜的微观结构为不对称的，即通 过膜的孔径梯度为不均匀的，而是相对于膜内的横断层面距离的不同 而改变。中空纤维膜优选为在外表面之一或两个外表面上带有紧密群 集的小孔和较大的更多面向膜壁内边缘的开孔的不对称膜。

已经发现这种微观结构是有利的，因为它在机械强度与过滤效率 之间提供了良好平衡。

如同微观结构一样，膜的化学特性也是重要的。膜的亲水性或疏 水性是一种这类重要特性。

将疏水性表面定义为″憎水″并且将亲水性表面定义为″亲水″。用 于流延多孔膜的聚合物中的许多为疏水性聚合物。通过使用足够的压 力经疏水性膜压迫水，而所需的压力极高(150-300psi)，并且这类压 力可能损害膜且膜一般不会均匀浸湿。

疏水性微孔膜的一般特征在于其极佳的耐化学品性、生物相容性、 低溶胀性和良好的分离特性。因此，当用于滤水应用时，要求疏水性 膜为亲水性的或″浸出″以便实现透水性。某些亲水性材料不适合于要 求机械强度和热稳定性的微量过滤和超滤膜，因为水分子可以起增塑 剂的作用。

目前，聚(四氟乙烯)(PTFE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚(偏氟 乙烯)(PVDF)为最普及和可利用的疏水性膜材料。然而，对提供更好化 学稳定性和性能、同时保持成膜和以适当方式处理膜要求的所需物理 特性的膜材料的寻找仍在继续。特别地，需要赋予膜更具亲水性以便 能够具有更大的过滤性能。

多孔合成膜特别适用于中空纤维并且通过相转化产生。在这种方 法中，将至少一种聚合物溶于合适的溶剂并且形成适当粘度的溶液。 可以将聚合物溶液流延成薄膜或中空纤维，且然后浸入沉淀浴，诸如 水。这导致均匀聚合物溶液分离成固体聚合物和液体溶剂相。沉淀的 聚合物形成含有均匀孔的网状构造的多孔结构。影响膜结构和特性的 生产参数包括聚合物浓度、沉淀介质和温度以及聚合物溶液中溶剂和 非溶剂的量。可以改变这些因素以便产生具有大范围孔径(从小于0.1 到20μm)并且具有各种化学、热和机械特性的多孔膜。

一般通过扩散诱导的相分离(DIPS法)或通过热诱导的相分离 (TIPS法)产生中空纤维超滤和微量过滤膜。

TIPS法更详细地描述在PCT AU94/00198(WO 94/17204)AU 653528中，将该文献的内容引入本文作为参考。