具有高空隙体积的多孔聚合物膜制造技术

公开了膜，其包含第一和第二微孔表面，以及介于表面之间的多孔本体，本体包含第一和第二区域；第一区域包含具有外边缘并且具有受控孔径的第一组孔，以及与第一组孔的外边缘连接的第二组孔，第二组孔具有受控孔径，以及支撑第一组孔的聚合物基质；第二区域包含具有外边缘并且具有受控孔径的第三组孔，以及与第三组孔的外边缘连接的第四组孔，第四组孔具有受控孔径，以及支撑第三组孔的聚合物基质；以及制备和使用膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
具有高空隙体积的多孔聚合物膜专利技术背景聚合物膜用于过滤多种流体。然而，存在着对于提供高通量性能的膜的需求。本专利技术用于改善现有技术的至少一些缺陷。从下面列出的说明书来看，本专利技术的这些和其它优势将会是显而易见的。专利技术简介本专利技术的一个实施方式提供了微孔膜，包含单一整体层，其包含(i)第一微孔表面；(ii)第二微孔表面；以及，(iii)介于第一微孔表面和第二微孔表面之间的多孔本体，其中本体包含至少第一区域和至少第二区域；(a)第一区域包含具有外边缘的第一组孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，第一组孔具有第一受控孔径，以及与第一组孔的外边缘连接的第二组孔，第二组孔具有第二受控孔径，以及支撑第一组孔的聚合物基质，其中第一受控孔径大于第二受控孔径；(b)第二区域包含具有外边缘的第三组孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，第三组孔具有第三受控孔径，以及与第三组孔的外边缘连接的第四组孔，第四组孔具有第四受控孔径，以及支撑第三组孔的聚合物基质，其中第三受控孔径大于第四受控孔径，以及其中第三受控孔径比第一受控孔径大至少约10％，或者小至少约10％。根据本专利技术的其它实施方式，提供了包含膜的过滤器和过滤装置，以及制备和使用膜的方法。附图的若干视图的简要说明图1是示出根据本专利技术一个膜实施方式的第一区域的表面视图的扫描电子显微镜图像(SEM)，显示出具有连接外边缘的第一组孔(一个孔用短划线标注)，以及位于第一组孔的连接的外边缘之中的第二组孔(一个孔用实线标注)。图2阐释了根据本专利技术一个实施方式的膜第一区域中的第一组孔(通过溶解颗粒形成)的六方堆，其中六方堆是74体积百分数。图2还阐释了支撑第一组孔的基质(“聚合物形成的间质”)，以及与第一组孔外边缘连接的第二组孔。图3A和3B形象地阐释了根据本专利技术一个实施方式的膜的横截面视图，显示出第一区域和第二区域(图3A)，以及第一、第二和附加区域(图3B)。图4A和4B是示出根据本专利技术一个实施方式的膜的横截面视图(图4A)和放大的局部横截面视图(图4B)的SEM图像，显示出第一区域和第二区域。图5A和5B是示出根据本专利技术一个实施方式的膜的横截面视图(图5A)和放大的局部横截面视图(图5B)的SEM图像，显示出第一区域和第二区域。图6A、6B和6C是示出根据本专利技术一个实施方式的膜的横截面视图(图6A)和放大的局部横截面视图(图6B和6C)的SEM图像，显示出第一区域、第二区域和附加区域。图7A、7B和7C是示出根据本专利技术一个实施方式的膜的横截面视图(图7A)和放大的局部横截面视图(图7B和7C)的SEM图像，显示出第一区域、第二区域和附加区域。专利技术详述根据本专利技术的一个实施方式，提供了膜，膜包含单一整体层，其包含(i)第一微孔表面；(ii)第二微孔表面；以及，(iii)介于第一微孔表面和第二微孔表面之间的多孔本体，其中本体包含至少第一区域和至少第二区域；(a)第一区域包含具有外边缘的第一组孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，第一组孔具有第一受控孔径，以及与第一组孔的外边缘连接的第二组孔，第二组孔具有第二受控孔径，以及支撑第一组孔的聚合物基质，其中第一受控孔径大于第二受控孔径；(b)第二区域包含具有外边缘的第三组孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，第三组孔具有第三受控孔径，以及与第三组孔的外边缘连接的第四组孔，第四组孔具有第四受控孔径，以及支撑第三组孔的聚合物基质，其中第三受控孔径大于第四受控孔径，以及其中第三受控孔径比第一受控孔径大至少约10％，或者小至少约10％。在一些实施方式中，本体包含至少一个附加区域，该附加区域具有至少第五组孔，其具有第五受控孔径。例如，附加区域可以包含具有外边缘的第五组孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，第五组孔具有第五受控孔径，以及与第五组孔的外边缘连接的第六组孔，第六组孔具有第六受控孔径，以及支撑第五组孔的聚合物基质，其中第五受控孔径大于第六受控孔径，以及，其中第五受控孔径比第一受控孔径大至少约10％，或者小至少约10％。在一些实施方式中，第五受控孔径比第一受控孔径大至少约10％，或者小至少约10％，或者二者相同。替代地，或者此外，在一些实施方式中，第五受控孔径比第三受控孔径大至少约10％，或者小至少约10％，或者二者相同。第三受控孔径可以与第一受控孔径和/或第五受控孔径基本上相同，或者，第三受控孔径可以比第一受控孔径和/或第五受控孔径小至少约10％，或者，第三受控孔径可以比第一受控孔径和/或第五受控孔径大至少约10％。例如，在一个实施方式中，第三组孔的孔径与第一组孔和/或第五组孔的孔径的差别为至少10％，例如，20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％。第三组孔的孔径可以大于或小于第一组孔和/或第五组孔的孔径。根据一个实施方式，第一组孔的受控孔径(和/或通过移除引入的二氧化硅纳米颗粒制备的另一组孔的受控孔径)在约50nm至约1000nm的范围内，例如约160nm至约630nm。因此，例如，第一组孔的孔径是约160nm、约180nm、约200nm、约220nm、约240nm、约260nm、约280nm、约300nm、约320nm、约340nm、约360nm、约380nm、约400nm、约420nm、约440nm、约460nm、约480nm、约500nm、约520nm、约540nm、约560nm、约580nm、约600nm或约620nm。在一些实施方式中，第一区域与第二区域接触，以及，在其中第一区域与第二区域连接的一些实施方式中，第一区域的周围是第一微孔表面和第二区域，第二区域的周围是第二微孔表面和第一区域。在另一些实施方式中，至少一个附加区域位于第一区域和第二区域之间。典型地，在其中一个区域(例如，第一区域)中具有外边缘的孔的受控孔径小于另一个区域(例如，第二区域)中具有外边缘的孔的受控孔径的一个膜中，包含较小孔的区域包含膜的截留部分。膜的实施方式可以具有任意数量的附加区域，其中该区域中的受控孔径包含具有外边缘的孔，其通过移除引入的可溶纳米颗粒而制备，以及包含与第四组孔的外边缘连接的孔的附加受控孔径，或者，受控孔径包含通过相转化制备的孔。典型地，在具有包含通过移除引入的可溶纳米颗粒而制备的、具有外边缘的孔的受控孔径，以及，包含与孔的外边缘连接的较小孔的附加受控孔径的任何区域中，较小孔的受控孔径与较大孔的受控孔径的比率在约0.2至约0.4倍的范围内。在包含通过相转化制备的孔的任何附加区域中，孔结构可以是对称或不对称的。根据本专利技术的膜是整体的(即，各区域粘合在一起，从而使膜表现得像单一结构，其在通常使用条件下不分层或分离)。例如，当制备膜时，各区域的部分可以互相渗透和混合。有利地，根据本专利技术的膜可以使用预制聚合物例如聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及聚丙烯腈(PAN)制备，这些聚合物通常用于商业膜中。此外，纳米颗粒可以在不使用氢氟酸的情况下溶解，例如纳米颗粒可以使用更安全、更加环境友好的溶剂进行溶解。在其它实施方式中，提供了过滤器和过滤装置，过滤器和过滤装置包含至少一种膜。根据本专利技术的另一个实施方式，还提供了过滤流体的方法，该方法包括使流体穿过如前所述的至少一种膜，或者包含至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微孔膜，包含(A)单一整体层，包含：(i)第一微孔表面；(ii)第二微孔表面；以及，(iii)介于所述第一微孔表面和所述第二微孔表面之间的多孔本体，其中所述本体包含至少第一区域和至少第二区域；(a)所述第一区域包含具有外边缘的第一组孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，所述第一组孔具有第一受控孔径，以及与所述第一组孔的外边缘连接的第二组孔，所述第二组孔具有第二受控孔径，以及支撑所述第一组孔的聚合物基质，其中所述第一受控孔径大于所述第二受控孔径；(b)所述第二区域包含具有外边缘的第三组孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，所述第三组孔具有第三受控孔径，以及与所述第三组孔的外边缘连接的第四组孔，所述第四组孔具有第四受控孔径，以及支撑所述第三组孔的聚合物基质，其中所述第三受控孔径大于所述第四受控孔径，并且，其中所述第三受控孔径比所述第一受控孔径大至少约10％，或者小至少约10％。

【技术特征摘要】
2014.02.28 US 14/194,0011.一种微孔膜，包含(A)单一整体层，包含：(i)第一微孔表面；(ii)第二微孔表面；以及，(iii)介于所述第一微孔表面和所述第二微孔表面之间的多孔本体，其中所述本体包含第一区域、第二区域和位于所述第一区域和所述第二区域之间的至少一个附加区域；(a)所述第一区域包含具有外边缘的第一组孔，所述第一组孔为六方堆孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，所述第一组孔具有第一受控孔径，以及与所述第一组孔的外边缘连接的第二组孔，所述第二组孔具有第二受控孔径，以及支撑所述第一组孔的聚合物基质，其中所述第一受控孔径大于所述第二受控孔径，并且所述第一受控孔径为540至620nm；(b)所述第二区域包含具有外边缘的第三组孔，所述第三组孔为六方堆孔，其通过移除引入的可溶二氧化硅纳米颗粒而制备，所述第三组孔具有第三受控孔径，以及与所述第三组孔的外边缘连接的第四组孔，所述第四组孔具有第四受控孔径，以及支撑所述第三组孔的聚合物基质，其中所述第三受控孔径大于所述第四受控孔径，并且，其中所述第三受控孔径为280nm至340nm；和(c)所述附加区域包含具...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·戴维，S·哈顿，
申请(专利权)人：帕尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US