[发明专利]气体可透膜

说明书

本申请是申请日为2005年6月30日、申请号为200580024780.2的中国专利申请(PCT/AU2005/000961)的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于气体过滤及有关应用中的聚合物膜的用途和制备，具体地说，本发明涉及Halar(乙烯三氟氯乙烯共聚物，或写为聚(乙烯三氟氯乙烯))以及在苛刻的化学环境情况中使用的有关膜。

背景技术

不能把下面所述内容看作是技术入门的一般知识。

大家都知道，合成聚合物超滤膜和微滤膜有多种用途，其中包括脱盐、气体分离、过滤和渗析。膜的过滤性能取决于膜的形态结构特征(如对称性、孔的形状、孔径)和成膜聚合物材料的化学性质。

微滤和超滤是压力驱动过程，膜的孔径与被膜截留或通过膜的微粒或分子的大小有关。微滤一般可滤出微米级和亚微米级非常细小的直至0.05微米的胶体微粒，而超滤可截留小至0.01微米和以下的微粒。

气体过滤膜或气体可透膜可用来分离溶于液体中的气体。气体分离过程是通过气体扩散产生的，气体扩散过程又构成例如跨膜蒸馏，渗透蒸馏、脱气、干燥及吸附等操作的基础。诸如无泡膜充气以及那些在膜接触器中发生的过程等的逆向过程也是可能的。

膜的化学性质对于气体可透膜来说是极其重要的。

在如下所述的正确组合情况下，液体可被阻止通过多孔膜：

I)适宜小的孔径，及

II)符合要求的膜与液体的亲水性/疏水性的组合。

因此，对于液体是否能通过膜来说，液体分子大小并不是限制因素，而是由液体-液体与液体-膜的力平衡所决定的。

另一方面，气体不存在是否能通过膜的问题，因为气体没有表面张力，所以能通过任何比分子尺寸大的任何尺寸的膜孔隙(通常为0.1纳米级)，只要扩散条件适宜(即气体不会向较高压力区扩散)以及没有吸附在膜壁上。

亲水性液体(如水溶液)不会通过小孔径疏水性膜，疏水性液体也不会通过小孔径亲水性膜。例如水分子尺寸虽很小，但由于表面张力需要高压才能通过小孔径疏水性膜。当疏水性膜的孔径变小时，迫使水通过膜所需压力就会上升。

可通过采用足够的压力使水通过疏水性膜，但需很高的压力，对微-超滤膜来说需要150-300磅/平方英寸。在这样高的压力下膜往往会损坏，通常情况下无论如何也达不到均匀润湿。因此，在膜用于水过滤场合时，需要用例如乙醇或二醇那样的试剂使疏水膜亲水化或润湿以使水渗透。如果不润湿膜而保持聚合物的疏水性，则气体过滤膜当然是更好的。

在操作条件很严格的一些工艺过程中常常需要进行气体过滤。例如电子工业中需要气体过滤，如HF气体的抽提或苛性碱溶使用前的脱气，或用于氯/碱电解过程的脱气，此时膜需经受热的浓苛性碱或酸与氯的共同作用。许多用于膜制造的常规材料即使它们能以形成适宜的小孔径膜的方式制成，也经受不起如此高浓度化学品的侵蚀。

甚至在脱除自来水中用于杀死细菌的低浓度溶解氯的过程，也会因为膜运行期间通过大通量自来水而使膜受到大量氯气的作用。最终，膜发黄变脆，这是膜降解的信号。

现今，聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚(偏二氟乙烯)(PVDF)是最普通的、可商购的疏水性膜材料。

PVDF具有许多适宜于膜用途的理想特性，其中包括耐热性，比较好的耐化学品性(范围涉及腐蚀性化学品，包括次氯酸钠)以及耐候(UV)性。

虽然目前已证实PVDF是许多适用作微孔膜的材料中最理想的材料，但仍需不断寻求具有更好的化学稳定性和特性的，并具有成膜、以适宜方式运行所要求的物理性能的膜材料。

气体过滤膜的局限性是它们在严酷的化学环境下和高温下的稳定性差。因此需继续寻求具有更好化学稳定性和特性的、并具有成膜、以适宜方式运行所要求的物理性能的膜材料。

本发明的一个目的是克服或减轻先有技术中存在的至少一个缺点，或至少提供一种工业用替代品。

发明内容

因此，本发明的第一方面是提供一种由稳定性疏水性膜制成的聚合物膜，其中孔径足以使气体渗透而不允许亲水性液体透过该膜。

本发明还提供一种由稳定性疏水性膜制成的聚合物膜，其中孔径足以使蒸气渗透而不允许亲水性液体透过该膜。

因此，本发明的第二方面是提供一种由Halar成形的聚合物膜，其中孔径足以使气体渗透而不允许液态水分子透过该膜。

Halar即聚(乙烯三氟氯乙烯)是乙烯与三氟氯乙烯的1∶1交替共聚物，该共聚物有如下结构：