[发明专利]微孔聚偏二氟乙烯平膜

说明书

本发明题为“微孔聚偏二氟乙烯平膜”。本发明提供了一种由偏二氟乙烯聚合物制成的疏水平膜，所述疏水平膜具有壁、第一表面和第二表面。所述膜在其第一表面上具有带有开放孔的网络结构，并且在其第二表面上具有其中形成孔的连续表层，并且具有与所述第二表面的所述表层相邻的支撑层，所述支撑层具有在整个壁厚上各向同性的孔结构，其中所述支撑层在所述壁厚的至少80％上延伸并且其中所述支撑层的所述孔的平均直径小于1μm。所述偏二氟乙烯聚合物的重均分子量M_W处于300000道尔顿至500000道尔顿的范围内，并且多分散性M_W/M_N大于5.5。所述第二表面的所述表层中的所述孔在所述表层的平面中具有闭合周边，并且在其最长轴的方向上的伸出部与在其最短轴的方向上的伸出部的平均比率至多为5。所述第一表面和所述第二表面中的所述孔具有基本上各向同性的取向分布。所述膜的孔隙率处于50体积％至90体积％的范围内，并且壁厚在50μm至300μm的范围内。所述膜具有在0.05μm至1.5μm范围内的最大分离孔直径d_max。

本发明涉及一种为平膜形式的疏水膜，该疏水膜具有微孔结构并由偏二氟乙烯聚合物制成，其具有带壁厚的壁以及第一表面和第二表面，其中所述膜的壁包括微孔支撑层，该微孔支撑层具有在整个壁厚上大体上各向同性的海绵状开放孔结构并且不含指状孔，其中所述支撑层在壁厚的至少80％上延伸并且包括平均直径小于1μm的孔，并且其中膜在其第一表面和第二表面上具有孔。

微孔聚合物膜用于各种工业、制药和医疗应用中以实现精确过滤。在这些应用中，膜分离方法变得越来越重要，因为这些方法为待分离的材料提供了不受热应力且肯定不会损坏的优势。微滤膜能够例如除去具有低至亚微米范围的尺寸的细颗粒或微生物，因此适用于生产用于实验室或半导体行业的纯水。膜分离方法的许多其它应用在饮料行业、生物技术或废水技术中是已知的。

膜还越来越多地用于膜蒸馏。膜蒸馏是常规热蒸馏和膜过滤的组合。该方法是一种热驱动的分离方法，其中与常规蒸馏一样，由于相变而发生分离。例如，在使用膜蒸馏处理盐水时，采用形成液相即盐水的屏障的疏水膜。然而，对于汽相(即，对于水蒸汽)，膜为可渗透的，并且水蒸汽可透过膜的孔。该方法的驱动力为通常由膜两侧的温差产生的部分蒸汽压力梯度。通常，待处理的盐水被加热并且沿疏水膜的一侧被引导。膜的另一侧保持在较低温度水平下以实现所需的温差。该方法可以这样的方式执行，该方式使得穿透膜的水分子在膜的渗透侧发生冷凝。然而，该方法也可以这样的方式执行，该方式使得渗透水分子以蒸汽的形式被输送离开并且在独立的冷凝器中冷凝。

因此，用于膜蒸馏(MD)的膜的选择性是基于液态水的保留以及同时游离水分子(即水蒸汽)的渗透。在该应用中，重要的是待处理的水完全不渗透膜，或者仅在不显著的程度上渗透膜并填充孔。为防止待处理的水通过膜并且仅允许水蒸汽或水分子的通过，膜的孔必须保持填充有空气。在这种情况下，待处理水的膜侧的静水压力必须低于渗透压力，即通过膜的水开始渗透的压力。

特别地，用于膜蒸馏领域的膜由疏水聚合物诸如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚丙烯(PP)制成。此类膜聚合物同时具有高温稳定性和良好的耐化学性，这些特性特别是用酸和碱洗涤这些膜所需要的。同时，膜必须具有高温稳定性以用于膜蒸馏。

US-A-6 146 747涉及由于添加亲水性聚合物(特别是诸如聚乙烯吡咯烷酮)而亲水的PVDF膜。在一个实施方案中，US-A-6 146 747的膜具有延伸横跨壁厚的至少80％的各向同性的结构。US-A-6 146 747所公开的膜的孔在该膜的第一表面上最小并且在其第二表面上最大。内部各向同性区域具有孔径在10μm范围内的相对较大的孔并且具有丝状网络结构。膜的制备发生在温度被调至略高于室温的溶液中，其中凝结作用通过浸入不能溶解PVDF的非溶剂中触发。因此，该方法基于非溶剂引起的相分离。