[发明专利]用于气体分离的膜结构

说明书

本发明涉及一种制造膜结构的方法、一种用于气体分离的膜结构和一种 带有这种膜结构的脱气装置。

本发明尤其涉及液体脱气的领域，其中，气体侧施加负压或真空，为的 是通过一种可透过气体但液体不能渗透的膜将气体从液体分离出来。在这里 值得追求的是，膜或使用的膜结构对于要分离的气体具有高的渗透性。

上述负压或真空脱气尤其使用于所谓液体色谱分离装置，特别优选地使 用于所谓的高效液体色谱分离装置(HPLC)。这是本发明优选的应用领域。不 过本发明并不限于此领域。

为了使液体脱气，在化学分析技术中，尤其为高效液体色谱分离装置 (HPLC)使用各种的脱气装置。

传统的聚四氟乙烯(PTFE)-软管脱气装置有多个标准聚四氟乙烯(PTFE) 制的薄软管。这些软管或它们的壁便是可透过气体但液体不能渗透的膜。由 于压力差，气体可以扩散通过膜或壁并由此分离。存在的缺点是有比较大的 死体积。这尤其在使用于分析小流速时，导致在液体变换或起动时，亦即在 分析的一开始，很长的等待时间。膜的厚度与需要的软管壁厚相应，以及除 了机械方面的要求外还与制造方法有关。大的壁厚不可能达到最佳的气体分 离效果。

US6309444B1公开了一种带有由无定形PTFE制成的软管的脱气装置。 由于这种材料良好的扩散或渗透特性，可以更有效或更好地气体分离和有较 小的死体积。在这里的缺点是，膜厚度由需要的软管壁厚决定。另一个缺点 在于，与标准或普通的PTFE相比，无定形PTFE非常昂贵。

EP0973031A1公开了另一种脱气装置。标准PTFE制的典型的5μm薄 膜，在可置于负压中的气体分离侧受单独的支承层。支承层是多孔的以及例 如由约100μm厚拉伸或延伸的PTFE过滤材料组成。膜和支承层分别制造。 膜的制造尤其通过在圆片上旋涂进行，然后将膜从圆片上剥离。在装入状态， 支承层本身由烧结的玻璃支持。这种结构可以有特别小的死体积。膜厚度主 要由要求的机械稳定性决定。尤其因为需要比较大的膜面积，所以组合比较 麻烦。

此外，由EP1568403A1已知一种用于从燃料中分离氧的聚合物膜结构 的制造方法。在聚偏氟乙烯(PVDF)组成的多孔支承层上借助滚筒施加一种聚 合物溶液，接着从施加侧干燥。因此不可能获得最佳的膜结构。

还已知另一些膜结构，例如由WO98/35739A1、US4990255A、 US5238471A、EP1559884A2、EP1559902A1、US5876604A、EP0969025A1、 DE3941861C1、US6896717B2、US6579341B2和US6572680B2。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种制造膜结构的方法、一种用于 气体分离的膜结构和一种带有这种膜结构的脱气装置，其中，膜结构能比较 简单和便宜地制造和/或能特别有效地气体分离。

上述技术问题按独立权利要求之一达到。有利的进一步发展是从属权利 要求的技术主题。

本发明第一个方面在于，在一个多孔的支承层上由聚合物溶液构成一个 尤其无孔隙的薄的聚合物膜，其中，聚合物溶液基本上只从支承层上要形成 聚合物膜的那一侧(膜侧)出发干燥。这特别有益于聚合物膜的一种尤其无孔 隙和/或规定的结构，更特别优选地按在支承层上一个外皮的类型或按选择设 在它们之间的夹层的类型。

本发明的一个方面在于，可透过气体但液体不能渗透的薄的聚合物膜， 间接或直接与多孔的支承层面状连接。这尤其当优选规定的那样将聚合物膜 制在支承层上或由支承层制成时显著简化制造。

按另一个不同的或附加的方面，孔隙容积尤其通过聚合物膜填充聚合物 朝膜侧的方向减小和/或在支承层与膜侧毗邻的边缘区内缩小。

此外，上述设计允许构成更薄的聚合物膜，因为能以最佳的方式由支承 层使之稳定化和固定。聚合物膜较薄的结构允许更有效地气体分离，因为随 着厚度的减小相应地降低气体的扩散阻力。

更特别优选地，聚合物膜至少基本上由无定形PTFE(聚四氟乙烯和/或 其共聚物)组成。这允许显著改善气体分离，因为无定形PTFE与传统的PTFE 相比有高得多的气体渗透性，亦即更高的渗透率或更低的扩散阻力。

聚合物层薄结构的另一个优点在于，尤其在为了形成聚合物层采用无定 形PTFE时，基于低的材料消耗可以经济地生产。