[发明专利]复合型孔道核孔滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核孔滤膜的制备方法，特别涉及孔道结构由圆锥形和圆柱形孔道组合而成的核孔滤膜。这种方法制备的锥/柱复合型孔道核孔滤膜可以应用到医用过滤、食品包装、电子产品保护、电池隔膜等滤膜行业领域。

背景技术

核孔滤膜是一种新型的过滤膜。它是利用重离子在绝缘物质薄膜上打孔然后经化学蚀刻扩孔而成，通过改变蚀刻液的浓度、温度和蚀刻时间等参数来控制孔道的尺寸。核孔滤膜产品与常规滤膜相比，具有孔形规则、孔径可控和孔径均匀的优点。

在国际市场，核孔滤膜产品主要有英国Whatman生产的各种规格检验膜，以及俄罗斯NEROX生产的净化过滤产品。在国内，清华大学的核反应堆、原子能院的串列加速器以及近代物理研究所的回旋加速器都有着生产核孔滤膜的经验。目前，国内成熟的核孔滤膜产品为防伪膜和输液滤膜，另外在电池过滤膜、包装膜、电子产品保护膜等方面开展了一些应用。

核孔滤膜由于孔道均匀，使得它具有过滤精度高的优点。但是核孔滤膜有两个明显的不足。第一是核孔滤膜孔隙率低。孔隙率低使得核孔滤膜与常规滤膜相比的过滤速度小。而且孔径越小，技术难度就越大。国外，为了解决小孔径核孔滤膜的过滤速度问题，通常采用提高孔密度的办法。他们将孔密度提高到10⁸个/cm²以上，可以将核孔滤膜产品孔径做到1μm以下。国内，由于加速器束流强度达不到要求，因此无法实现小孔径核孔滤膜的产品化。目前，国内核孔滤膜产品孔径主要在3-5μm。小孔径的核孔滤膜在国内食品过滤、医用过滤等行业领域是非常亟需的。制备小孔径的核孔滤膜产品对于核孔滤膜的发展有着重要意义。此外，核孔滤膜由于容易堵塞不能单层使用。通常需要和其他大孔径的纤维滤膜组合使用，这也限制了核孔滤膜产品的推广。

国内现有技术条件，既然不能依靠提高辐照的注量来改善核孔滤膜的性能，就只能够从蚀刻方法上去寻找解决的办法。相关文献和专利包括单锥形的核孔滤膜、多层复合核孔滤膜等都是希望在孔形结构去解决过小孔径核孔滤膜过滤速度小和单层过滤的问题，本发明也是从蚀刻方法出发，不同之处在于新的孔道设计和蚀刻工序组合。以往的技术大多都是一次蚀刻。国内核孔滤膜产品绝大多数为双锥形。锥形孔设计本身在原理上是可以提高过滤速度。但是实际应用有两个不足。第一、锥度不能太大。锥度本身是有利于提高过滤速度，相同内孔的核孔滤膜锥度越大。但是一般锥形孔无法做很大锥度。因为锥度太大，对于一定厚度的核孔滤膜，小孔径时可能就无法导通。第二、内孔孔径无法控制。虽然，双锥的表面孔可以精确控制，但是内孔的大小无法精确控制。由于内孔需要两边蚀刻通，然后再形成内孔。而薄膜材料本身厚度的不均均匀性，就会给内孔孔径带来0.5-1μm的变化。通常，双锥形的过滤精度就只能通过显微镜观察双锥表面外孔的大小。锥形孔一次蚀刻过程要同时解决表面扩孔和形成内孔的两个目标，但是二个过程相互影响，内孔形成需要外孔导通后才开始。而外孔的导通受膜厚不均匀性影响很大，使得内孔的控制无法实现。

发明内容

本发明的目的在于，为避免现有技术的不足提供一种复合型孔道结构核孔滤膜。既要提高核孔滤膜的过滤速度，又要保持核孔滤膜的过滤精度。这种新的孔道设计，提高核孔滤膜的过滤性能，解决小孔径和单层过滤问题。

本发明的又一目的在于提供一种复合型孔道结构核孔滤膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种复合型孔道结构核孔滤膜，其主要特点在于包括在聚合薄膜上有重离子辐照蚀刻形成的核孔，核孔孔道由圆锥和圆柱孔道组合而成；圆锥的最大孔径在2-10μm，最小孔径在0.2-3μm；圆柱孔道孔径在2-10μm。

所述的复合型孔道结构核孔滤膜，所述的聚合薄膜为PET或PC聚酯薄膜，厚度为10-30μm。

一种复合型孔道结构的核孔滤膜的制备方法，其主要特点在于步骤包括有：

（1）采用高能加速器提供的重离子对PET或PC薄膜进行辐照，离子能量5-50MeV/u;薄膜厚度为10-30μm，辐照的注量为1×10⁶-5×10⁷/cm²；离子完全穿透薄膜，形成柱状的潜径迹；

（2）放入5-8Mol/L NaOH的溶液进行第一次蚀刻，蚀刻方式为单面蚀刻或双面蚀刻，蚀刻温度为15-80℃，蚀刻时间为3-150分钟；通过该步骤蚀刻加工成复合型孔道结构的圆柱孔道部分；采用双面蚀刻产生的效果是孔道上下镜像复制，形成上下对称的结构。