[发明专利]微孔聚偏二氟乙烯膜

说明书

由偏二氟乙烯聚合物制成的疏水性中空纤维膜，其具有壁和壁厚度、在其外侧上的外表面、在其内侧上的内表面以及面对其内腔并与内表面相邻的具有在壁厚度上基本各向同性的结构的支撑层，所述支撑层在至少80％壁厚度上延伸且包含具有小于1μm的平均直径的孔，且其中中空纤维膜具有在其外表面和其内表面上的孔，其特征在于偏二氟乙烯聚合物具有550000‑700000道尔顿的重均分子量M_W和大于3.0的多分散性；外表面和内表面中的孔如岛状形成且具有10的其纵向延伸与横向延伸的最大比；孔隙率为50‑90体积％，壁厚度为50‑300μm，且内腔直径为100‑500μm；且中空纤维膜具有根据泡点方法测定为0.3‑0.7μm的最大分离孔径d_max。

本发明涉及由偏二氟乙烯聚合物制成的具有微孔结构的疏水性中空纤维膜，其具有壁、在其外侧上的外表面、在其内侧上的内表面和壁厚度，以及由内侧包围的内腔，其中中空纤维膜的壁包含具有在壁厚度上基本各向同性的海绵状开孔孔结构且不具有指孔的微孔支撑层，且其中支撑层在至少80％壁厚度上延伸且包含具有小于1μm的平均直径的孔，且其中中空纤维膜具有在其外表面和内表面中的孔。

微孔聚合物膜在多数工业、药物和医学应用中用于精确过滤。在这些应用中，膜分离方法变得越来越重要，因为这些方法提供这一优点：待分离的材料不受热应力且一定不受损。微滤膜例如能够除去具有低至亚微米范围的尺寸的细粒或微生物，因此适于生产用于实验室中或半导体工业的净水。膜分离方法的大量其它应用由饮料工业、生物技术或废水技术中已知。

膜还日益用于膜蒸馏。膜蒸馏为常规热过滤和膜过滤的组合。方法是热驱动分离方法，其中分离—如同常规蒸馏—由于相变而进行。例如，当借助膜蒸馏处理盐水时，使用形成用于液相(即盐水)的屏障的疏水性膜。然而，对于蒸气相(即水蒸气)，膜为可透过的，且水蒸气可渗透通过膜的孔。该方法的驱动力为通常由于膜两侧上的温差产生的部分蒸气压力梯度。通常，将待处理盐水加热并沿着疏水性膜的一侧引导。膜的另一侧保持在较低温度水平下以实现所需温差。该方法可以以一定方式进行，使得产生透过膜的水分子在膜的渗透物侧上冷凝。然而，方法也可以以一定方式进行，使得渗透的水分子以蒸气的形式输送离开并在分开的冷凝器中冷凝。

用于膜蒸馏(MD)的膜的选择性属性因此基于液态水的保持力以及同时自由水分子，即水蒸气的渗透性。在应用中，重要的是待处理的水根本不或仅不明显程度地渗透膜并填充孔。为防止待处理的水通过膜并仅容许水蒸气或水分子通过，膜的孔必须要保持被空气填充。在这种情况下，待处理水位于其上的膜侧上的静水压力必须低于渗透压力，即开始进行水渗透通过膜的压力。

在这种情况下，膜蒸馏领域中所用膜由疏水性聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚丙烯(PP)制造。这类膜聚合物同时以高温稳定性和良好的耐化学品性而著名，对用酸和碱液清洗这些膜而言，这是尤其要求的。同时，膜必须具有关于膜蒸馏的高压稳定性。

US-A-6 146 747涉及由于加入亲水性聚合物，例如特别是聚乙烯基吡咯烷酮而为亲水性的PVDF膜。在一个实施方案中，US-A-6 146 747的膜具有在至少80％壁厚度上延伸的各向同性结构。US-A-6 146 747中公开的中空纤维膜在其外侧上具有比其内侧上更小的孔。内侧上的各向同性面积具有孔为10μm的较大孔且具有细丝状网络结构。膜的生产由调整至轻微高于室温的温度的溶液进行，其中凝结由于浸没到不能溶解PVDF的非溶剂中而引发。因此，该方法基于非溶剂引发的相分离。