复合中空纤维和相关方法和产品技术

描述包含多孔聚合中空纤维支撑物和过滤层的复合中空纤维滤膜；制造所述复合中空纤维和使用所述复合中空纤维作为滤膜的方法；由所述复合中空纤维制造过滤器组件或过滤器的方法；和含有所述复合中空纤维作为滤膜的过滤器组件和过滤器。

【技术实现步骤摘要】
复合中空纤维和相关方法和产品
以下描述涉及适用作滤膜且包含多孔聚合中空纤维支撑物和过滤层的复合中空纤维；制造所述复合中空纤维和使用所述复合中空纤维作为滤膜的方法；由所述复合中空纤维制造过滤器组件或过滤器的方法；和含有所述复合中空纤维作为滤膜的过滤器组件和过滤器。
技术介绍
滤膜的主要应用是从有用的流体流中去除非所需材料。使用过滤器处理工业中的许多气态和液态流体，包含环境空气、饮用水、液态工业溶剂和加工流体、用于制造或加工(例如，在半导体制造中)的工业气体和具有医学或药学用途的液体。从流体去除的非所需材料包含杂质和污染物，例如粒子、微生物，和溶解的化学物种。滤膜的杂质去除应用的特定实例包含其在制药业中从治疗性溶液中去除粒子或细菌、处理用于微电子和半导体加工中的超纯水性和有机溶剂溶液和用于空气和水净化工艺的用途。为执行过滤功能，过滤器产品包含负责从流体去除非所需材料的滤膜。视需要，滤膜可呈平片形式，其可被卷绕(例如，成螺旋状)或打褶等等。替代地，滤膜可呈中空纤维形式。滤膜可含于包含入口和出口的外壳内，使得过滤的流体通过入口进入且在穿过出口之前穿过滤膜。流体中的非所需材料通过以机械或静电方式由滤膜捕获，例如通过筛分或“非筛分”机制，或两者从流体去除。筛分机制为借以从液体流去除粒子的一种过滤模式，其通过归因于粒子移动对孔的机械干扰而将粒子保留于膜孔处。在这种机制中，粒径的至少一个尺寸大于孔径。“非筛分”过滤机制为通过其以机械的方式使滤膜保留流动穿过滤膜的液体中所含的悬浮粒子或溶解材料的过滤模式，例如包含通过其使粒子或溶解材料静电吸引到和保留于滤膜的外表面或内表面(深度过滤)的静电机制。滤膜可由平均孔径可基于过滤器的预期用途(即，使用过滤器执行的过滤类型)而选择的多孔聚合膜构成。典型孔径在微米或亚微米范围内，例如为约0.001微米至约10微米。一般来说，将平均孔径为约0.001到约0.05微米的膜分类为超滤膜。有时将孔径在约0.05与10微米之间的膜分类为微孔膜。对于商业用途，滤膜应该是可以高效地制造和组装成过滤器产品的类型。膜必须能够高效地产生且必须具有允许滤膜承受组装成过滤筒或过滤器形式的机械特性(例如强度和柔性)。除机械特性以外，膜应该具有合适化学功能性和微结构以用于高性能过滤。在一些应用中，需要多于一种化学功能性、微结构或孔径来实现高过滤性能。因此，具有至少两个或多个化学功能性的复合膜适用于这个目的。已鉴别出可通过例如热诱导的相转化(TIPS)或非溶剂诱导的相转化(NIPS)的技术形成为多孔中空纤维滤膜的各种聚合物。同样，已研发出各种技术和装备以用于在外壳内将中空纤维滤膜组装到最终过滤产品中。参见例如WO2017/007683和US5,695,702，这些文件的全部内容以引用的方式并入本文中。对于商业用途，滤膜还必须展现有效和可靠的过滤功能性，例如必须能够从穿过滤膜的连续流体流有效地去除高量的杂质。通常通过包含通量和保留率的两个参数来评估过滤性能。通量评估流体流动通过过滤器或滤膜的速率，且必须足够高以反映通过过滤器的高流量水平是可能的，因此过滤器为经济上可行的。保留率一般是指从通过过滤器的流体流去除的杂质的量(以％计)且为过滤器效率的示度。膜通量和保留率两者明显取决于膜微结构和孔径，其通常通过起泡点来测量。以较低通量为代价，具有较小孔的膜具有较高起泡点和更好的筛分保留能力(假定相同膜片形态和厚度)；假定相同膜形态和厚度，较大孔径对应于较低起泡点和较低筛分保留率但较高通量。膜的非筛分保留能力是一种更复杂的特性，除膜微结构和孔径以外，其还取决于膜表面特性(例如电荷)。膜过滤的主要商业兴趣的一个领域是在半导体工业中从光致抗蚀剂溶液去除污染物。随着半导体工业朝向更小节点发展，污染问题变得更加严重，因为更小的污染物可能造成晶片产品中的缺陷且明显降低生产产量。光致抗蚀剂流体中的污染物可包含具有有机或无机性质的凝胶、离子或纳米粒子。在膜的两个通用几何结构之间，中空纤维膜对于污染物去除应用尤其受关注，因为相较于由平片膜制成的装置，中空纤维装置的由外而内流动配置潜在地提供更快的通过时间。通过时间为液体中的粒子计数穿过过滤器达到基线所需的时间。中空纤维装置的潜在更好的通过时间是因为中空纤维的腔侧在膜加工、操控和装置制造期间不暴露于例如粉尘和粒子的环境污染物，因此更有可能更干净。相较于打褶的平片筒，更好的装置完整性是中空纤维装置的另一个潜在优点，因为打褶操作可能在膜打褶尖端上或附近产生缺陷，尤其在膜材料是脆性聚合物时。归因于用于光刻应用中的有机溶剂(例如环己酮、乙酸正丁酯、PGME和PGMEA)的性质，膜与这些溶剂的化学兼容性是针对这些用途的膜材料选择中的限制因素。因此，包含聚乙烯和尼龙的溶剂兼容的聚合物已被考虑用于制备用于本申请中的中空膜。然而，存在与用于满足半导体工业中对污染物去除的高度所需要求的这些膜相关的主要局限性。聚乙烯中空纤维膜的孔径(其通过来TIPS工艺制成)通常受限于大于40nm的孔径。这种局限性部分地归因于聚乙烯溶液相分离的性质且部分地归因于快速地冷却所挤压纤维的工艺局限性。出于类似原因，TIPS处理的膜的微结构中不对称性的可达成程度通常低于NIPS可处理的膜。因此，相较于NIPS处理的膜，TIPS处理的膜通常具有较差通量-起泡点平衡。另外，相较于例如尼龙的高度极性聚合物，聚乙烯聚合物的非极性性质产生有限的聚乙烯的非筛分(极性)保留能力。不同于聚乙烯，由于尼龙的极性和静电特性，尼龙膜具有极强非筛分保留率，且这些膜可通过NIPS和TIPS工艺来处理。然而，NIPS工艺中尼龙的缓慢相分离性质使得难以制造具有良好通量的高BP(小孔径)膜。在另一方面，尼龙的TIPS处理具有类似的TIPS处理的聚乙烯膜的局限性。总的来说，需要满足溶剂兼容性、高保留率和良好通量标准的改进的滤膜。
技术实现思路
以下描述涉及在半导体制造工艺中从光致抗蚀剂溶液中高效去除污染物的新颖复合中空纤维膜和制造这些复合中空纤维的工艺。膜独特地组合所需筛分特性与较强非筛分(例如静电、亲和力、畏光(phobic))特性以实现高粒子保留率和高通量。本专利技术的复合中空纤维还具有良好的机械特性以用于操控、装置制造和压力驱动应用。复合膜的制造是调整膜的特性以实现高通量、高保留率、良好机械特性和合理成本的适用方法。举例来说，高通量、高保留率和良好机械特性的组合可通过在具有较大孔径的较厚层(支撑物层)上制造具有较小孔径的薄层(紧密层)的复合膜来实现。在这个配置中，通过减小其厚度来最小化紧密层的高流动阻力，同时可通过使用归因于较大孔径而具有极小流动阻力的较厚支撑物层来达成所需膜机械强度。有时，通过在较厚支撑物层上制造功能性昂贵聚合物的薄层，复合膜概念可用于降低由昂贵聚合物制成的膜的成本。复合膜的另一个适用应用是在一个膜内需要具有不同功能性的层以进行所需分离。已报道一些类型的复合中空纤维的研发。这些膜的早期研发目标是通过将稠密聚合物层涂布在微孔中空纤维支撑物的外表面上来进行气体分离应用。用于制造这些膜的工艺涉及用聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合中空纤维滤膜，其包括：/n聚合微孔中空纤维支撑物，其包括：/n外表面，/n内表面，/n延伸于所述外表面与所述内表面之间的厚度，和/n微孔；和/n多孔聚合过滤层，其包括接触所述外表面的凝结聚合物。/n

【技术特征摘要】
20190315 US 62/818,9841.一种复合中空纤维滤膜，其包括：
聚合微孔中空纤维支撑物，其包括：
外表面，
内表面，
延伸于所述外表面与所述内表面之间的厚度，和
微孔；和
多孔聚合过滤层，其包括接触所述外表面的凝结聚合物。


2.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述过滤层包含平均孔径小于所述中空纤维支撑物的所述微孔的平均孔径的孔。


3.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述过滤层穿透所述中空纤维支撑物的所述厚度达到不大于2微米的深度。


4.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述凝结聚合物包括选自由聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺和聚酰胺组成的组的聚合物。


5.根据权利要求1所述的复合膜，其中所述复合膜具有使用乙氧基-九氟丁烷(HFE7200)在25摄氏度的温度下测量的在20到8000LMH/巴范围内的通量和在50-500psi范围内的起泡点。

【专利技术属性】
技术研发人员：S·博尼亚迪，
申请(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US