表面改性多孔膜及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种多孔膜制品，其是由多孔膜基质形成的，该基质具有完全被全氟化碳共聚物组分改性的表面。该多孔膜制品基本上具有与多孔膜基质相同的渗透性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1、专利
本专利技术涉及表面被全氟化碳聚合组分改性的多孔薄膜以及制造该薄膜的方法。2、现有技术描述多孔膜过滤器用于多种环境中分离液流中的物质。膜由固体聚合基质形成并且具有高度准确控制和可测试的孔率、孔径和厚度。在使用中，膜过滤器通常结合在诸如萃取柱体的装置中，该装置反过来适用于插入液流中以去除液体或气体中的颗粒、微生物或溶质。为了实用，膜过滤器必需抵抗过滤液体以保持其强度、孔率、化学整体性和清洁。例如，在制造微电子电路中，膜过滤器广泛地用于纯化各种操作液流以避免污物引起电路损伤。液体过滤或纯化通常是在膜的差压下通过使操作流体通过膜过滤器来完成的，其中沿膜差压在膜的上游侧产生比下游侧更高的压力区。因此，该方式中的过滤流体沿膜过滤器产生压降。该压差使液流的上游侧比下游侧具有更高含量的溶解气体。这是由于气体例如空气在高压液体中比低压液体中溶解性更大。当液体从膜过滤器的上游侧流向下游侧时，溶解气体在膜中从溶液中出来，使液流脱气。只要液体中含有溶解气体，并且存在使气体从溶液中逸出的驱动力，例如位于膜表面上并产生和增长气阱(gas pocket)的成核点，流体的脱气也可以在没有压差下同时进行。通常用于制造半导体和微电子装置的脱气液流通常包括非常高的纯水、臭氧化水、有机溶剂例如乙醇和通常具有显著化学活性的其他物质，例如浓酸和含水酸或可能含有氧化剂的碱。这些化学活性液流要求使用化学惰性过滤器以防止膜降解。膜组分化学断裂产生的膜降解通常导致使用中从过滤器中释放出可提取的物质，因此有损过滤液流的纯度、完整性和清洁。在这些方面的应用中通常使用由含氟聚合物例如聚四氟乙烯制成的碳氟化合物膜过滤器。众所周知，含氟聚合物对化学品呈惰性，或者说有优良的抗化学品性。含氟聚合物的一个缺点是它们是疏水的，因此由这样的化合物制成的膜难以被其表面张力比膜表面能大的含水流体或其它流体浸湿。在使用疏水膜过滤器过滤脱气流体的过程中经常发生的另一个问题是膜为过滤过程中在压差的驱动下从溶液中逸出的溶解性气体提供成核点。在疏水性膜表面的这些成核点处逸出溶液的气体形成气阱粘附到膜上，其中膜表面包括内部孔表面和外部或几何表面。由于持续地脱气，这些气阱不断长大，它们开始将流体从膜的孔处挤走，最终降低膜的有效过滤面积。因为膜上被流体湿润或充满流体的部分逐渐转变为不被流体湿润或充满气体的部分，所以这种现象通常称为膜的脱湿。当一个湿润的膜例如一个被水溶性流体湿润的膜暴露到气体例如空气中时也会同时发生膜的脱湿。业已发现在由含氟聚合物例如聚四氟乙烯制成的碳氟化合物膜中这种脱湿现象发生得更频繁并且更明显。还发现小孔膜例如0.2微米或更小的脱湿发生速率比大孔膜更大。过滤过程中，由于过滤装置中膜的脱湿，使可用于过滤的有效膜面积减少，这导致了过滤器的总过滤效率降低。降低的效率表现为给定压差下通过过滤器的流量减小或给定流量下压差增大。因此，由于膜过滤器随时间不断脱湿，用户单位时间内不能提纯或过滤与过滤器新安装并且完全湿润时相同的处理量。过滤过程中总出量的减少导致用户提纯单位体积操作流体所耗用的时间和成本增加。面对出量的降低，用户通常要求在流程中安装一个新的过滤器并抛弃脱湿过滤器。由于脱湿并且不是由于过滤器的容污能力的耗尽(这种情况下必需更换)导致过滤器过早的更换，导致了未有计划的停车并且增加用户的全部成本。视具体情况而定，用户可以通过调整过滤系统的其它组件例如增大泵驱动流体通过过滤器的速度来增加膜的压差从而保持恒定流量的方法拟补效率的降低。这些调整对用户来讲意味着高的操作成本并且增加系统中其它组件功能发生障碍的潜在性以及由于增大的流体压力导致流体溢流的潜在性。对用户来说避免由于脱湿导致过滤器过早更换的另一个选择是处理过滤器使膜重新湿润。这种处理需要耗时，这是因为它需要将过滤装置从过滤系统中取出从而导致没有计划的停车，并且这种处理也经常导致来自于脱湿过程的污染物被引入通过过滤器的处理流体中。通常，可以使用低表面张力的脱湿剂，包括醇类例如异丙醇，这些醇是易燃液体因而会产生安全方面的考虑。在将过滤装置放回重新投入使用前，最终用户通过先用醇然后再用水冲洗接着用处理液体冲洗使脱湿过滤器重新湿润。虽然膜制造厂商可能有处理脱湿过滤器的专业知识，但最终用户不可能有能力或欲望去进行如此一个额外耗费成本的处理步骤。所有的膜都以直接与膜的粒子截留率特性相关的公称孔径作为其特征。孔径与通过膜的流量成正比，粒子截留率与之则成反比。理想情况是使粒子截留率和流量都最大。显著地增加这些特性之一同时显著降低这些特性中另一个是不理想的。Benezra等的第4,470,859号美国专利公开了一种改性由碳氟化合物例如聚四氟乙烯形成的微孔基质表面的方法，它使用全氟化碳共聚物的溶液，并由其中的全氟化碳共聚物进行涂层，由此使膜表面具有更高的水湿润性。该全氟化碳共聚物在高温下溶解在一种溶剂中。然后将该膜浸入这种溶液中，接着放入真空室中。然后将室中的压力减小到大约150毫米汞柱(绝对)以去除过滤器中的空气。然后，室中压力迅速恢复到大气压。这种涂层方法反复重复以保证Benezra等描述的溶液完全渗入膜的孔中。通过这种方式，膜表面和确定膜中空隙的内壁就被这种全氟化碳共聚物涂层。涂层以后，使用加热或真空的方法通过蒸发去除溶剂，或使用一种该全氟化碳共聚物不能有效溶于其中的物质沉淀已溶剂化的全氟化碳共聚物。用于形成溶液的溶剂包括卤代烃油、全氟辛酸、癸氟联苯、N-丁基乙酰胺和N，N-二甲基乙酰胺。Bebezra等指出，随后改性膜表面避免使用含有膜表面改性共聚物的溶剂的液体。Bebezra等还指出应该避免使用聚合物的醇溶液。第4,433,082和4,453,991号美国专利公开了一种使用与上述涂层方法中使用的溶剂相比相对无害的溶剂形成下述全氟离子交换聚合物溶液的方法，该聚合物例如四氟乙烯和甲基全氟(4，7-二氧-5-甲基-8-壬烯酯)或全氟(3，6-二氧-4-甲基-7-磺酰氟辛烯)。全氟离子交换聚合物在高温和高压下溶解在醇类溶剂例如异丙醇中。业已公开所得到的溶液可用于以下方面中制作和修复用于电解过程例如水溶性氯化钠电解的膜和无孔膜，涂覆基质例如用于促进许多化学反应的催化剂载体，涂覆多孔隔膜使之转化为无孔制品，以及在回收用过的有磺酸或磺酸官能团的全氟聚合物以备再用的过程。在例如这些专利公开的电解过程中，从被涂层隔膜中产生的可提取物不是一个主要关心的问题并且改性隔膜的空隙度不重要。第4,348,310号美国专利也公开了含有磺酰氟的氟聚合物的溶液。在此使用的溶剂是完全卤化的饱和烃，优选含有至少一个端基为磺酰氟极性基团。公开的溶液可用于修复由氟代聚合物制成的膜上的洞并且用于制作离子交换膜、渗析膜、超滤膜和微滤膜。对于这些溶液的另一个公开的用途是通过使隔膜与溶液接触接着蒸发卤代溶剂然后水解被涂层的隔膜使磺酰氟基转化为酸或盐来涂覆用作电解池的多孔隔膜。Mallouk等的第4,902,308号美国专利也描述了一种使用全氟阳离子交换聚合物并用这种聚合物的溶液改性多孔发泡的聚四氟乙烯膜的方法。Mallouk等也说应该避免将表面改性膜与含有用于聚合物的溶剂的流体接触。第4,259,226和4,327,010号美国专利公开了用含有羧酸盐基的氟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性多孔膜制品，其包括具有表面的薄的多孔聚合物基质，所述表面完全用结合全氟化碳共聚物组分改性，所述全氟化碳共聚物组分基本上不溶于溶剂化未结合全氟化碳共聚物组分的溶剂或稀释剂中，而且所述改性多孔膜制品基本上具有与多孔聚合基质相同的渗透性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威尔逊莫亚，
申请(专利权)人：迈克里斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]