[发明专利]多孔复合膜及其制法

说明书

发明背景

本发明涉及一种多孔复合膜以及制造这种多孔复合膜的方法。更特殊地，本发明涉及一种具有一个多孔基层和改性表面的多孔复合膜，其中复合膜在本质上具有与多孔基层相同的多孔结构。

目前，多孔膜被应用于许多用途，包括过滤.具有一个疏水表面的膜被用来过滤具有非含水稀释剂或增溶剂的组合物。具有一个亲水表面的多孔膜在过滤应用中是重要的，在这种应用中要求水和含水的工艺流体通过膜从而去除在含水流体中不希望有的物质，同时避免了使用特殊湿润剂的要求。还希望这些膜具有好的机械性能、好的化学耐性、好的渗透性和高保留性(retention)。在复合多孔膜的情况下，通过控制膜基层的化学成分或控制复盖层或涂层的化学成分，亲水膜还可以是带电荷的(带阳离子或阴离子)或者是中性的。在任何情况下，要求根据所要求的表面特征来对复合膜的整个表面进行改性，且复合膜在本质上具有与未改性的多孔基层相同的孔隙率(porosity)特征。也即，复合膜的孔应当不会被堵塞，从而使复合膜保持其所要求的渗透性。

具有一个中性亲水表面的膜对带电荷的物质没有特异的亲和力，因此可用于如在制药工业中可发现的过滤应用中，在这些应用中要求用膜对如蛋白质、核酸或肽这样的生物物质弱键联。相反，带电荷的膜可以经特殊的改性后与溶解的和/或悬浮的带电物质相互作用，从而排斥或结合与膜具有相同或相反电荷的物质。在过滤应用中，具有一个亲水表面的带阳离子的膜(cationically charged membranes)可以去除尺寸小于膜的标称孔尺寸的且不需要的带负电物质，这是通过电荷作用而不是典型的筛分机理来进行的。该特征在用于微电子工业的高纯水生产中特别有用，其中不但要求高流量，而且要求最大的颗粒保留(particle retention)。具有一个带阳离子表面的膜还可用于生物技术工业，其中膜被用来在吸去(blotting)应用中来结合(bind)和固定化(immobilize)生物分子，比如核酸、肽和蛋白质等。带阴离子的膜(anionically charged membranes)可以在与带阳离子的膜相似的方式下应用，或者在电解应用中作为离子交换物质。

希望提供具有一个改性表面的膜，且来自其本身的可萃取物最少或被消除了。通过防止来自膜的可萃取物进入流过膜的流体，流体的纯度得以保持。

美国专利4,618,533已经提出通过在多孔膜基层上涂覆一种可聚合单体、一种自由基引发剂和一种交联剂来形成复合膜。单体在原位被聚合和交联，从而形成交联后作为复盖层的第二聚合物，该复盖层可以包含一个亲水涂层。这样形成的复合膜在本质上具有与多孔膜基层相同的多孔结构。长时间后，交联键会降解(degraded)，而这一点会造成涂层和复盖层的损失并且会形成能萃取进入由复合膜处理的流体中的各种分子形式。

美国专利4,113,912公开了一种具有一个亲水表面的复合多孔结构，该表面包含一个多孔氟碳树脂基层，其孔含有至少一种已经经过不溶水处理的水溶性聚合物。合适的、已经经过不溶水处理的水溶性聚合物包括聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚丙烯酸。水溶性聚合物变得不溶于水是通过在没有聚合引发剂时的热处理，与交联剂的化学反应并导致缩醛化作用或酯化作用，与作为交联剂的重铬酸钾的化学反应来进行的，或者通过在没有聚合引发剂时采用离子化辐射的交联来进行的。已公开的适宜的热处理为在150℃—160℃下进行约4—6分钟或者在200℃下进行约1分钟。不希望使用如此高的温度，尽管对实施交联是必要的，但会造成基层降解，尤其是低熔点基层，如聚乙烯。另外，采用离子化辐射会造成基层降解。采用化学交联试剂也会造成键的降解并由此导致产生不希望有的可萃取物以及涂层或复盖层的损失。

另外，已由Sanderson在Desalination，90(1993)，p15-19上公开了一种具有一个反向渗透膜的不溶解的非多孔基层(baselayer)，其中，从经过不溶水处理的聚乙烯醇能够形成很小的或不能形成孔隙率。

因此，希望提供一种具有较小平均孔尺寸的复合多孔膜，该膜具有一个完全改性后的表面，该表面可以是亲水的或疏水的，且该膜保持与多孔基层本质上一样的多孔结构。另外，希望提供这样一种膜，即避免膜基层的降解和可萃取物的产生。

发明概述