[发明专利]超滤膜及其制备方法

说明书

本申请是申请日为2005年06月27日的名称为“超滤膜及其制备方 法”的申请号为200510081118.2的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明提供由至少两种聚合物溶液制备的具有至少一层超滤层的多 层复合膜，以及制造这些膜的一种新方法。该膜特别适用于死端超滤过程。

背景技术

超滤膜和微孔膜用于压力驱动的过滤过程。膜分离过程领域的专业 人员可容易地区分微孔膜和超滤膜，并通常基于其应用及其结构的状况 将其区分。微孔膜和超滤膜是作为单独且不同的产品进行生产、销售和 使用的。虽然在名称上存在交叠，但它们是不同的实体，在商业领域也 是如此。

超滤膜最初用于浓缩或过滤可溶大分子，如蛋白质、DNA、淀粉和 天然或合成的聚合物。其主要用途中，是以切向流过滤(TFF)模式实 现超滤，当给料液跨过膜的表面时，小于膜孔径的分子透过膜(滤液)， 其余(渗余物)留在膜的第一侧。由于液体也能透过，需要循环或加入 渗余流以维持有效的TFF操作。采用TFF方法的优点在于，当液体恒定 地流过膜的表面时，在膜表面及其附近，减少溶质的污损并降低溶质极 化，使膜的寿命更长。

微孔膜最初用于以死端过滤模式从液体流或气体流去除颗粒，如固 体、细菌和凝胶。死端过滤是指在被过滤的全部液体流通过过滤器且无 循环或渗余物流时的过滤。任何无法透过过滤器的材料被留在其上表面。

超滤膜通常是带皮的非对称膜，使其大部分在保留膜结构的永久部 分的支持体上。该支持体可为无纺布或纺织物，或为预制的膜。

微孔膜以有支持体或无支持体的形式制造。通常该支持体具有膜或 一部分形成在支持体内的膜，而非如在超滤膜中形成于支持体上的膜。

早期的纤维素、尼龙和聚偏二氟乙烯微孔膜为对称的，且膜的大部 分都是无表皮的。目前，制造了一些非对称的微孔膜，其中一些是具有 表皮的。

虽然可以看出，两种膜可通过孔径加以区分，但这并非下面将要讨 论的情况。其原因是它们用于不同的应用领域，要求不同表征的方法。 常用的方法中没有给出绝对的孔径的测量，且不同的方法之间不能直接 进行比较。

虽然微孔膜和超滤膜之间具有相似之处，但其发展历史却完全不同。 因此它们之间存在不止一种可接受的划分标准也就不奇怪。

微孔膜在商业上是由德国Sartorius公司的Zsigmondy于1929年的工 作发展而来。这就是我们现在称为“空气铸”的膜，其是在潮湿气氛中 通过蒸发聚合物溶液的薄层而制成的。这些膜仍为对称的且通常为无表 皮的。因为其用于去除或保留细菌，所以这些膜是通过其所保留的细菌 的尺寸而加以测定的。该方法使得孔径为微米量级。

一种用于测定微孔膜的常用方法是泡点测试。在该方法中，将微孔 膜放置于夹具上并浸泡在测试液中。对膜的一侧施加气压，该压力以固 定的速率增长。从下游一侧出现第一个气泡流作为最大孔的度量。在更 高的压力下，液体被压出大多数孔，实现了完全泡沫点(FAOP)。在ASTM F316-70和ANS/ASTM F316-70(1976年重新批准)中对这些进行了描 述。

超滤膜是Leob和Sourirajan的反渗透膜研究中的衍生产品。Alan Michaels将1965年确定为首次在市场上出现第一种原始的超滤膜及器件 的时间。超滤膜是通过浸没浇铸法制成的，并具有表皮且为非对称的。 最初的商业应用涉及蛋白质浓缩，并通过其所保持的蛋白质的分子量对 膜进行测定，即膜的截留分子量(MWCO)。

虽然膜的测定仍基于利用蛋白质的测试，但一种常见方法使用了具 有分子量分布窄的非蛋白质高分子，如多糖(葡聚糖)或聚乙二醇。例 如参见A rejection profile test for ultrafiltration membranes and devices，BIOTECHNOLOGY 9(1991)941-943。