[其他]流体分离复合膜

说明书

本发明是关于复合的流体分离膜及其制造方法。

目前的气体分离膜有两种，一种分离膜具有不对称的结构，包含有统一化的薄分离层和多孔底层结构。这些膜包括干式反渗透膜以及根据美国专利4，230，463制成的涂敷膜或多元膜。虽然在很多应用上都成功，但因为分离层和支承层是用相同的聚合物组成的，所以这种结构受到一些重要的限制，这些限制主要涉及到制备上的困难以及在恶劣的操作条件下或进料中存在污染物时膜的阻力。用普通溶液旋压或浇铸方法来制造一种好的不对称膜包括了复杂的相态关系，有时令这成为做不到的工作。这种不对称的结构很容易增加密度，因此由于各类污染物或主要进料成份的作用，会失去渗透性。

另一种是复合膜，在这类膜中多孔基质和膜是在不同的阶段制造出来，当须要时，更可用不同的材料来制造。在概念上，这为各层的材料选择提供了更高的灵活性，还可能更好地分别控制各层的厚度。例如，一块具有好的迁移性质的强度差（橡胶状的）或脆性的膜可以用韧性多孔的支承或基质来支撑，从而得到具极佳迁移性和机械性质的复合膜。

克拉斯（Klass）等人的美国专利3，616，607号，斯坦西尔（Stancell）等人的美国专利3，657，113号和耶思达（Ya- suda）的美国专利3，775，303号，举例说明了在多孔支承上有叠加膜的气体分离膜。

目前还发展了一种水上浇铸很薄的聚合物薄膜，然后将其收集在多孔的支承上的制膜技术。因为这种薄膜非常难于处理，所以要涂敷多次，因此这项技术很难推广。

这种分离气体的复合膜亦不无其他问题，例如布劳沃尔（Bro-wall）在美国专利3，980，456号中透露了从空气中分离氧气的复合薄膜的制造方法。这种复合膜是由一层微孔聚碳酸酯支承薄膜和一层单独地形成的，即预成形的，叠加超薄型分离膜组成的，分离膜的成分是80%的聚苯醚和20%的聚有机硅氧烷与聚碳酸酯的共聚物。在复合膜的制造过程中，按布劳沃尔所述的，将极细的粒状杂质，即细于3×10^-3米的颗粒，从加工面除去的方法是不实际的，或者说是不可行的。这些微细的颗粒可能沉积于预成形的超薄膜层的下面或中间，由于这些颗粒的直径与超薄膜比较起来还是很大的，所以会刺穿超薄膜。这样的缺口环会降低膜的效力。布劳沃尔的专利透露，可用预成形的聚有机硅氧烷与聚碳酸酯和共聚物的密封胶涂在超薄膜上，以便盖住由微细颗粒所造成的缺口。布劳沃尔还透露，可在超薄膜与多孔聚碳酸酯支承之间，涂一层预成形的聚有机硅氧烷与聚碳酸酯的共聚物，作为粘合剂以防止分层，因此布劳沃尔的复合膜在材料及制造技术方面都很复杂。

本发明的复合膜是由具有特殊关系的多孔支承与涂层构成的。这些关系有些可以方便地用一对液体在多孔分离膜、涂层和复合膜上的相对分离系数来表示。

实际上可以采用多种技术来获得足够的数据以计算出各气体的渗 透常数或渗透率，从而测定一对特定的气体在某种特定的膜上的分离系数。用来测定渗透常数、渗透率和分离系数的多种技术中，有几种已在黄（Hwang）等人的“化学技术”（Techniques    of    Chemistry），第七卷，“分离膜”（Membranes    in    Separations）中公开，参考第12章，296-322页，此书由约翰威利父子公司（John    Wiley    &    Sons），1975年出版。

“固有”分离系数在这里是指液体流过无孔材料时该材料的分离系数，也是此材料所能达到的最高分离系数，这样的一种材料可以认为是连续的或无孔的。一种材料的固有分离系数近似等于此材料较厚和紧密的膜的分离系数，不过测定固有分离系数有一些困难，其中包括制备紧密的膜时所产生的缺点，例如由于制备膜时的各种偏差，导致了在分子无序的、紧密的膜内存在小孔和微细的颗粒等。因此“测定的固有”分离系数可以低于固有分离系数，相应地，在这里所用的“测定的固有”分离系数是指该材料的干的、较厚而紧密膜的分离系数。

为本公开的用途，“溶剂”这个词用于多孔支承的浸渍溶剂，这是一种液体溶剂，其溶度参数与组成分离膜的聚合物的溶度参数相差大约±2，溶度参数的定义可在“应用化学杂”（Journal    of    Applied    Chemistry），第三册，71页里找到，1953;（二月作者是P.A.Small）。与进入和形成多孔支承中孔的那    部份分离层的聚合物量有关的“最低浸入”这词，可以定义为渗透率的增长，本发明的复合膜与没有浸渍过溶剂的复合膜比较，渗透率至少提高50%或更多一些。