[发明专利]不对称复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明包括涉及膜的实施方案。更具体地，本发明包括涉及不对称复合膜的实施方案。

背景技术

已报道，交联的聚氧化乙烯膜在通过从混合气体原料流中选择性地去除诸如二氧化碳和硫化氢的酸性气体的氢气纯化中非常有效。尽管聚氧化乙烯膜的选择性很高，但其在环境操作条件下的通量低。膜的低渗透性源于相对高的厚度。因此，期望得到一种膜，其具有高通量和增强的机械完整性，同时保持良好的选择性。

发明简述

在一个实施方案中，制备不对称膜的方法包括将含有电子束反应基团的聚合物涂覆在多孔基底膜上以形成涂层；用高能源辐射经涂覆的多孔基底膜；将电子束反应基团永久性地接枝到多孔基底膜上以形成填充膜的孔隙的涂层。

在另一个实施方案中，制备不对称膜的方法包括将含有电子束反应基团的聚合物涂覆在多孔基底膜上以形成涂层，其中所述聚合物包括聚氧化乙烯或其衍生物，所述多孔基底膜包括膨胀(expanded)聚四氟乙烯；用高能源辐射经涂覆的多孔基底膜；将电子束反应基团永久性地接枝到多孔基底膜上以形成填充膜的孔隙的涂层。

发明详述

在本文中公开的是含有电子束反应基团的聚合材料，所述电子束反应基团被涂覆到基底膜上、随后经电子束辐射而形成永久性涂覆的不对称膜。

本文中使用的基底膜可以是指无涂层的膜，而更普通意义上的膜可以是指包括本公开实施方案的膜，除非文字或上下文另有说明。可使用各种材料形成基底膜，包括含氟聚合物、砜、聚丙烯、聚偏氟乙烯或尼龙。适用的含氟聚合物包括但不限于膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(四氟乙烯-共-六氟丙烯)(FEP)、聚(乙烯-alt-四氟乙烯)(ETFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚(四氟乙烯-共-全氟丙基乙烯醚)(PFA)、聚(偏氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-co-HFP)和聚氟乙烯(PVF)。其他可用于形成具有开孔结构的膜的材料和方法包括聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯乙烯、取代的聚苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈)、聚酰胺、聚酯、聚砜、聚醚、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物(例如，聚甲基丙烯酸酯)、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯)、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚亚苯基砜、纤维素聚合物、聚苯醚、聚酰胺(例如，尼龙、聚对苯二甲酰对苯二胺)中的一种或多种，及它们的两种或多种的组合。在优选的实施方案中，基底膜包括膨胀聚四氟乙烯。

含氟聚合物，例如ePTFE，是机械坚固、耐高温且化学惰性的材料。这些优点源自碳-氟键的高强度，所述碳-氟键减缓了化学裂解。尽管碳-氟键的解离能是已知最强的之一，但在碳氟化合物上形成基团所需的吉布斯自由能值却与碳-氢键相当。作为结果，通过电子束照射将官能化的(functionalized)聚氧化乙烯衍生物高能辐射接枝到含氟聚合物基底膜上成为可能。

可以通过例如对基底膜进行打孔、拉伸、膨胀、发泡、或抽提中的一种或多种方式来提供基底膜的可渗透性。制备所述膜的适用方法还包括对任意的适用材料进行发泡、刮削或浇铸。在可替换的实施方案中，所述膜可以由织造或非织造纤维制得。

在一个实施方案中，可以制备连续的孔。合适的孔隙率可以在大于约10％体积的范围内。在一个实施方案中，孔隙率可以在约10％体积至约20％体积，约20％体积至约30％体积，约30％体积至约40％体积，约40％体积至约50％体积，约50％体积至约60％体积，约60％体积至约70％体积，约70％体积至约80％体积，约80％体积至约90％体积，或大于约90％体积的范围内。

孔与孔的直径可以是均一的，并且孔可具有预定图案。作为选择地，孔和孔的直径可以不同，所述孔可以具有不规则的图案。合适的孔径可以小于约100微米。在一个实施方案中，平均孔径可以为约1微米至约20微米、约20微米至约40微米、约40微米至约60微米、约60微米至约80微米、约80微米至约100微米。在一个实施方案中，平均孔径可以小于约0.1微米、在约0.01微米至约0.1微米、约0.1微米至约0.25微米、约0.25微米至约0.5微米、或者小于约1微米。

在一个实施方案中，基底膜可以是三维基质或包括多个由多根纤丝相互连接的节点的格型(lattice type)结构。节点和纤丝的表面可以在膜上限定出多个孔。至少部分烧结的纤丝的直径尺寸，在垂直于纤丝纵向的方向上，可为约0.05微米至0.5微米的。多孔膜的比表面积可以在约0.5平方米/每克膜材料至约110平方米/每克膜材料。