[其他]高流通量薄膜

说明书

这个发明是有关改进传递性质（亦即通量）的半渗透性薄膜，其特别用在工业上用过滤方法对糖浆或牛奶乳清的脱盐过程。

在工业上过滤作用是用来分离有价值大分子产物，象蛋白质，脂肪质和滤过性病原体，例如由乳酪乳清分离蛋白质。另一方面，过滤作用亦有除污染的应用，如从工业废水中除去可溶性的油。

传统过滤法是局限在保留物大小大于1至10微米粒子。常见的生物滤器孔大小大约是0.1至1微米（1万埃）并能与助滤剂（如二氧化钛或矾土）合在一起使用，助滤剂阻塞生物滤器上的大孔，使形成一个动态的薄膜。助滤剂只是放在生物滤器的表面，总之不是系于生物滤器上。不这样的话，获之孔大小应用于过滤作用就是太大了。生物过滤薄膜已发展到可用于0.08微米（800埃）的粒子。低于这尺寸的，通过一个分子筛机理作用过滤薄膜可留存低至10埃的分子，这机理在很多方面与过滤程序相似。典型过滤薄膜孔大小在10至200埃之间。

传统的过滤薄膜通常是聚合物，如聚酰胺，聚碳酸酯和聚砜。一般来说，过滤作用薄膜或是平的薄片或是管形薄膜，或者是空心的纤维质。但是，这些有机聚合物系统的使用有所多的弊点。

第一，聚合物过滤作用薄膜在化学上对pH值极为敏感，并且在许多溶剂中又容易被溶解。因为制造技术通常包括利用聚合物溶液的相变，很难得到这样聚合物既能足够地溶解使制造较容易但又要抗一般考虑到的工业溶剂。

尤其最近，陶瓷薄膜已经发展到可生产抗强化学性和高温的能力。但是，这些薄膜同样遇到其他已知薄膜同样的问题，如以下所列。

第二，已知过滤作用薄膜的孔总面积通常少于薄膜总表面面积1%。事实上，目前市场上大部份商业上可得到的过滤作用薄膜的孔面积低于薄膜总面积0.1%。这样低孔隙率限制了液体能够经过薄膜的流通量。增加薄膜间的压力差有可能增加流通量，但最高流通量在应用上是局限于在薄膜上形成分离的大分子物质层。要减少其形成，薄膜需承受液体经过滤时产生的高速的横向流动（即是一个高切力速度），由于高压所形成的分离物质，不管他们低的孔隙率，新型薄膜流通量甚至是限定在高的切力速度下。

本发明的目的是要减问题，提供一种半渗透性，具有高流通量表面性质高隙率的薄膜，亦有好的耐化学性。

广义地说，本发明在宏观孔隙基质上装有具有特殊性质微观表面象传统的生物滤器。

因此，本发明一方面提供一个半渗透薄膜，其包括一个宏观孔隙基质，该基质具有永久固定其上的微观孔隙的微表面，微表面具有弗瑞塔（Fractal）几何的表面。

发明在另一方面提供制备半渗透性薄膜的方法，这包括：

提供一个宏观孔的基质，

将含液体的凝胶层沉积在基质上，

由凝胶层除去液体，产生永久沉积在基质上具有弗瑞塔几何表面的微孔隙的微观表面。

经处理的凝胶层永久地固定在基质上，并且它被收缩成一个打褶成网状弗瑞塔表面。微观表面材料的选择使它与保留下的分子有相互作用的性质，这样阻止了平面单位分子层的产生，并且在分子层形成网状的动态层。

这种薄膜适用于受到凝胶极化作用的任何薄膜工艺中，形成一种有碍流通量的保留下来的分子层，尤其对于那些由压力，电场或浓度梯度，如过滤作用，逆渗透，电渗析，渗析，和生物过滤作用所驱动凝胶极化作用。

既然基质本身不会构成薄膜，其所形成材料不是决定性的，基质材料选择考虑到薄膜会发生作用这些条件，也就是形成微观表面所要求的条件。例如，如果基质将是耐高温的，它可以由不锈钢或陶瓷材料所组成。如果要求高的耐溶性，那么基质最好用陶瓷材料，如果要求高的耐酸/碱性，基质最好用惰性聚合材料象聚丙烯这样基质很容易用作生物过滤材料。

凝胶层可由任何适宜的胶凝作用材料形成，这此材料覆盖在多孔基质表面形成一永久的微观表面，即使实际上凝胶含有任何极性溶剂（例如液态氨），通常凝胶是含水的。一般来说，凝胶将包括多价离子，特别是象钙，铝，砷，锆或硅这样的阳离子。凝胶举例来说包括磷酸钙（一般由牛乳清中制备出来），乌头酸钙（丙烯-1，2，3-三羧酸钙盐）及草酸钙。羧酸甲基纤维素也可用作基质加成剂。