[发明专利]包含在纳米纤维片材上的浇铸薄膜的复合过滤膜

说明书

技术领域

本发明涉及用于液体过滤用途的膜。

背景技术

过滤膜是用于亚微米级分离任务的高效介质。由于它们的易碎性，它们常常需要物理基底以更好的抓握或承受终端用途的操作条件，尤其是当用于错流体系时。非织造织物用作微量过滤、超滤、纳米过滤、和反渗透膜的浇铸基底。它们通常由短纤维通过干法成网或湿法成网技术制成。受控的热粘结和压延工艺用于提供高度的均匀性和纤维粘结(机械完整性)。这些非织造织物可具有不同的重量、渗透性、和纤维聚合物类型(例如聚酯或聚丙烯/聚乙烯)。非织造基底的选择是为了适用于浇铸工艺中的个别制造和运行条件。

膜基底(或支撑织物)需要高度的一致性、均匀性、和用于涂覆的无缺陷表面。该表面必须是格外平坦且非常光滑的，无松散或直立的纤维。直立的纤维可能是膜制造商单个最头痛的问题。

当单根纤维或多根纤维松散的或直立在基底平面上时，聚合物不可能在浇铸过程中形成连续的无缺陷表面。这些表面缺陷通常导致膜内缺陷，例如针孔或较大的孔。

当纤维从水平的织物涂层表面平面上竖直突出或向上无规突出时，问题出现了。除非通过另外的方法将这些纤维在幅材上抚平，否则它们导致液体聚合物流向四周或者从纤维处向外迁移。针孔和缺陷在浇铸过程中当聚合物开始固化时形成。

当前基底的固有特性因此对膜形成过程带来限制，并且因此最终限制其性能。需要一种新型基底给膜制造工艺以及更重要地给其性能(例如较高的通量)带来改善。此外，较薄的膜将在给定的装置几何形状(即，体积)中引起附加的有效区域，从而减少本领域系统的尺寸和占有面积，同时获得等同的性能。

发明内容

在一个实施方案中，本发明涉及包含浇铸聚合物多孔薄膜的多孔膜，该浇铸聚合物多孔薄膜具有位于邻近纳米纤维基底织物的表面的至少一部分并与其接触的面。该基底具有厚度，并且膜通过包括将薄膜直接浇铸到基底织物上的步骤的方法来制备。

多孔薄膜还可使基底织物至少部分地互穿到基底层的厚度中。所谓“互穿”是指制备多孔薄膜的材料的厚度在至少基底织物表面的区域上延伸到基底织物的孔结构中。多孔薄膜还可与基底织物互穿到至少1微米的深度，互穿到基底层厚度的至少10％的深度，或者至少在一个点处互穿到至少2层基底层纳米纤维的深度，或者互穿穿过整个基底的厚度。

聚合物多孔薄膜可具有200微米或更小的总厚度，其中总厚度不包括互穿基底层的多孔薄膜的任何部分。

多孔膜的孔径可小于纳米纤维基底的孔径。

纳米纤维基底织物可包括纤维，该纤维通过选自静电纺丝、电吹、熔体纺丝和熔体原纤化的方法来制备。

纳米纤维基底织物可为非织造织物。

膜结构可具有约25μm至约500μm，约100μm至约300μm，或约25μm至约100μm的平均厚度。

膜可具有在5nm至10μm，或5nm至100nm，或0.1μm至1μm，或1μm至10μm范围内的平均孔径。

膜还可包含界面聚合的薄膜层，其具有位于邻近浇铸聚合物多孔薄膜的面。

本发明还涉及用于分离的方法，该方法包括形成穿过包含上文任何实施方案的聚合物薄膜的多孔膜的液体通量的步骤，聚合物薄膜位于邻近纳米纤维基底织物的表面的至少一部分。

在另一个实施方案中，该膜通过一种方法制备，该方法包括将薄膜直接界面聚合到纳米纤维基底织物上的步骤。

该方法还可包括通过机械或液压(例如使用泵或液压式装置)地形成穿过膜的流体压差来形成穿过膜的流体通量的步骤。

该方法还可包括通过渗透效应形成穿过膜的流体压差来形成穿过膜的流体通量的步骤，其中流体压差由在膜相反两侧的两种溶液中的溶质间化学势能不同所引起。

本发明还涉及在上文所述的任何实施方案中制备膜的方法，其中纳米纤维基底可为聚醚砜并且多孔薄膜由包含酰胺溶剂的浇铸溶液浇铸而成。

酰胺溶剂可为二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺。

附图说明

图1示出本发明的膜的横截面扫描电子显微图。

图2另外示出本发明的膜的横截面扫描电子显微图。

图3另外示出本发明的膜的横截面扫描电子显微图。

图4示出本发明实施例的膜表面(顶部)、基底底部表面(底部)和横截面的SEM图像。

具体实施方式