包含非交联的胶凝聚合物的复合材料制造技术

本发明专利技术公开的是一种复合材料，其载体元件，所述载体元件具有延伸贯穿该载体元件的多个孔，该孔持久地以非交联的胶凝聚合物填充或涂覆。另外公开的是该复合材料的制造方法，该复合材料作为分离介质的用途，以及包含该复合材料的过滤装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2004年8月13日提交的美国临时专利申请No.60/601,119的优先权，其通过引用并入本文。专利
本专利技术涉及包含非交联的胶凝聚合物的复合材料，涉及其制造方法和涉及其作为分离介质的用途。
技术介绍
已知降低微滤或超滤膜的疏水性是有利的，因为这会减小其结垢倾向。由于花费最少和最稳定的成膜材料(载体元件(support members))是相当疏水性的聚合物，这自然产生问题。另外制造亲水性的以及由此容易用水润湿的膜是有利的，因为这使得膜的应用更简单并且消除对润湿溶剂的需要。 为降低大多数聚合物膜材料固有的疏水性，已知使载体元件的表面和孔壁化学改性，或作为选择地以亲水层覆盖载体元件中的孔壁，该亲水层通常实质上是聚合物。涂覆的亲水层改善复合材料对水的亲合力，提高其润湿性，以及在一些情况下使膜可用水完全润湿。 使亲水层附着到载体上的现有技术中的早期努力包括活化载体中的孔壁(例如用等离子体处理)以使得涂层化学附着到孔壁上。这些涂层也可以通过在有待涂覆的基材内聚合单体混合物而制成，该聚合条件使得如此形成的聚合物共价接枝到基材壁上。在亲水性的以及尤其是带电的接枝聚合物没有交联或低度交联的某些条件下，接枝层可以变成水合的并在厚度上膨胀从而实质上填充基材的孔。发现这样的复合材料非常亲水和容易用水润湿。 当有以下发现时完成现有技术的进一步发展通过使聚合物交联，或通过聚合单体的混合物而形成交联聚合物网络，从而在载体元件内形成交联聚合物，这会使该交联聚合物保留在载体的孔内。由于曾认为仅仅在复合材料的孔内交联聚合物将不足以阻止聚合物在使用期间被洗掉，因此这令人惊讶。孔涂覆的和凝胶填充的复合材料的实例是已知的，其中所结合的交联聚合物与孔壁没有键合相互作用。在有以下发现时实现了进一步的发展通过将聚合物在有机溶剂或有机溶剂与水的混合物中的溶液施加到多孔基质上，然后干燥该基质以除去有机溶剂或溶剂/水混合物，从而可以制成经涂覆的膜(例如参见JP2002233739，U.S.5,084,173或EP 0 498 414)。
技术实现思路
现在已经发现可以用非交联的胶凝聚合物持久地涂覆或填充载体元件的孔，从而得到具有优良润湿性能的复合材料。 一方面，本专利技术提供一种复合材料，其包含载体元件，所述载体元件具有延伸贯穿该载体元件的多个孔，该孔持久地以非交联的胶凝聚合物填充或涂覆。 另一方面，本专利技术提供制造此处所述的复合材料的方法，该方法包括 (a)将包含第一溶剂和基本可溶解在所述第一溶剂中的非交联聚合物的溶液施加到多孔载体元件上，该第一溶剂在第二溶剂中可混溶，在该第二溶剂中所述聚合物基本上不溶但可溶胀，以使得该聚合物进入载体元件的孔中；和 (b)使所述聚合物与所述第二溶剂接触以从所述溶液中沉淀出所述聚合物，从而形成持久地填充或涂覆载体元件孔的胶凝聚合物。 在另一方面中，本专利技术提供从水溶液中除去物质的方法，其包括使含物质的水溶液经过此处所述的复合材料。 另一方面中，本专利技术提供包含此处所述的复合材料的过滤装置。 “非交联的胶凝聚合物”意味着不同的聚合物链(strand)之间没有共价键。为了被视为胶凝聚合物，对于特定的液体，聚合物必须是基本上不溶但可溶胀。“基本上不溶但可溶胀”意味着形成胶凝聚合物的聚合物难溶于该特定的液体中，然而与该液体接触时仍然保留足够的溶解度从而显示出增大的体积。 “持久地填充或涂覆”意味着涂覆或填充载体元件孔的胶凝聚合物在液体经过该复合材料时基本上保留在孔内，在该液体中所述胶凝聚合物基本上不溶但可溶胀。 在胶凝聚合物“涂覆”载体元件孔的情况下，意味着载体元件孔内的空隙体积没有被凝胶完全占据，以及经过该复合材料的液体会流到凝胶附近但是未必穿过该凝胶，尽管一些液体可以通过所述凝胶。 在胶凝聚合物“填充”载体元件孔的情况下，意味着在使用中基本上所有经过该复合材料的液体必须穿过所述溶剂溶胀的胶凝聚合物相。孔包含胶凝聚合物至如此的含量以使得满足此条件的载体元件被看作是填充的。只要满足液体穿过胶凝聚合物的条件，载体元件的空隙体积完全被溶剂溶胀的胶凝聚合物占据不是必要的。 表达“沉淀以形成凝胶”指的是在聚合物溶液中构成分散(不连续)相的聚合物借以反转成溶胀的大分子网络或凝胶的连续相的过程。 附图简要说明 本专利技术的实施方案将参照下列附图进行叙述 附图说明图1显示用于测试包含中空纤维作为载体材料的本专利技术复合材料的试验单元(cell)的照片。 图2显示包含磺化聚(2，6-亚苯基-对-氧化物)(SPPO)胶凝聚合物的孔填充复合材料的ESEM图像。 图3显示在包含磺化聚(2，6-亚苯基-对-氧化物)(SPPO)胶凝聚合物的复合材料的横截面中硫的EDX分析。 图4显示包含磺化聚(2，6-亚苯基-对-氧化物)(SPPO)胶凝聚合物的复合材料的荧光共焦显微照片。 图5描绘包含磺化聚(2，6-亚苯基-对-氧化物)(SPPO)胶凝聚合物的复合材料的通量(flux)与盐截留率(salt rejection)之间的关系(300ppm NaCl，300ppm Na2SO4和300ppm MgCl2)。 图6描绘包含磺化聚(2，6-亚苯基-对-氧化物)(SPPO)胶凝聚合物的复合材料的通量与脱盐之间的关系。图6A显示阳离子Ca2+、Mg2+、K+和Na+的脱盐结果，而图6B显示阴离子SO42-、Cl-、F-和NO3-的脱盐结果。 图7描绘包含磺化聚(2，6-亚苯基-对-氧化物)(SPPO)胶凝聚合物的复合材料对时间的稳定性，其中该复合材料1)未经处理，2)用0.01N NaOH溶液处理15小时，3)用0.1N NaOH溶液处理15小时，4)用1.0N NaOH溶液处理15小时，5)用0.01N HCl溶液处理15小时，6)既用碱处理又用酸处理。 图8描绘用包含磺化聚(醚-醚-酮)(SPEEK)胶凝聚合物的复合材料分离腐殖酸的结果。 图9描绘经过包含磺化聚(醚-醚-酮)胶凝聚合物的复合材料的渗透液中溶菌酶浓度相对渗透液体积的曲线。 图10描绘经过包含AMPS/NtBAm共胶凝聚合物的复合材料的水通量作为所施加压力的函数的曲线。 图11描绘对于包含沉淀的GMA/NVF/NtBAm凝胶共聚物的复合材料的水通量作为压力的函数的曲线。 图12描绘100kPa下涂层厚度对通量的理论影响。 图13描绘100kPa下EVAL浓度对通量的影响。 图14描绘质量增量对涂层厚度的理论影响。 图15描绘含EVAL的复合材料在不同的聚合物体积分数下的渗透性。 图16描绘含EVAL27、EVAL32和EVAL44的复合材料在不同的聚合物体积分数下的渗透性。 图17描绘含SPEEK的复合材料在不同的聚合物体积分数下的渗透性(permeability)。 图18显示用于进行临界通量测量的装置的代表。 图19显示包含磺化聚(醚-醚-酮)凝胶的不对称填充的复合材料横截面的共焦显微照片。 图20显示通过(A)沉淀和(B)蒸发制成的EVAL胶凝聚合物膜的ESEM图像。 图21显示包含通过(A)沉淀和(B)蒸发制成的EVAL胶凝聚合物的孔涂覆复合材料的ESEM图像。 专利技术详述 胶凝聚合物的组成 凝胶通常是在作为所形成的聚合物网络的良本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，其包含载体元件，所述载体元件具有延伸贯穿该载体元件的多个孔，该孔持久地以非交联的胶凝聚合物填充或涂覆。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德F蔡尔兹，埃琳娜N科姆科瓦，周金盛，阿利克贾M米卡，塔潘K戴伊，
申请(专利权)人：麦克马斯特大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]