一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜及其制备方法与用途技术

本发明专利技术提供了一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜及其制备方法与用途，该滤膜包括粗纤维层和细纤维层；粗纤维层中粗纤维的平均直径为350

【技术实现步骤摘要】
一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜及其制备方法与用途


[0001]本专利技术涉及过滤膜材料
，更具体的说是涉及一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜及其制备方法与用途。

技术介绍

[0002]膜分离技术是近年来发展起来的现代高新技术之一,它利用功能性分离膜作为过滤介质,实现液体或气体高度分离纯化。作为一种新型的分离方法,膜分离技术具有选择性高、操作简单、能耗低、占地少、无污染等优点。
[0003]膜分离技术的核心是滤膜。滤膜是指在一个流体相内或两个流体相之回以特定的形式限制和传递组分,从而把流体相分隔成两部分的阻挡层。它至少具有两个界面；通过这两个界面分别与被滤膜分开于两侧的流体相接触。和普通过滤介质相比较,滤膜具有更小的孔径和更窄的孔径分布。根据滤膜孔径的大小,滤膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。其中微滤膜孔径在0.01-1μm左右,可以有效除去水中的大部分微粒、细菌等杂质；纳滤膜和反渗透膜孔径很小,大约在几个埃,能够从水中脱除离子,达到海水和苦咸水淡化目的；
[0004]超滤膜孔径介于微滤膜和纳滤膜之间，一般为几十到几百纳米,能够很容易地实现蛋白质等大分子的分级、纯化,能够除去水中的病毒和热原体；目前超滤膜广泛应用于生化试剂的提纯与浓缩、工业废水处理、饮用水制备和物料回收等领域。但由于超滤膜的孔径较小，使得其流速较小，过滤时间较长，时间成本过高；同时部分超滤膜的机械强度较差，这大大限制超滤膜的发展与应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜及其制备方法与用途，该滤膜是一种超滤膜，能够截留粒径为0.8-200nm的杂质颗粒；同时还具有较快的流速，过滤时间较短；同时该滤膜还具有较高的拉伸强度和断裂伸长率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，包括主体，所述主体内具有非定向曲折通路，所述主体包括粗纤维层和细纤维层；所述粗纤维层的一侧表面区域形成第一多孔表面，所述细纤维层背离第一多孔表面的一侧表面区域形成第二多孔表面；所述粗纤维层中粗纤维的平均直径为350-800nm，平均孔径为400-1500nm；所述细纤维层中细纤维的平均直径为20-75nm，平均孔径为40-140nm。
[0007]在本专利技术所提供的滤膜的膜主体结构中，可以清楚的看到整个滤膜主体在厚度方向上包含着较多的连续纤维，连续的是指基本上所有的纤维整体地相互连接，而不使用另外的粘合剂或另外的粘合材料；不撕裂的话，纤维元素不能够相互分离；纤维与纤维之间相互连接，从而形成了多孔的网络状结构，该多孔的网络状结构便于流体通过，继而达到过滤的目的；虽然都是纤维，但可以很明显的看到不同的纤维，其直径存在较大的区别；在其中一个区域内，其纤维的直径大多较大，为350-800nm(0.35-0.8μm)，即所谓纤维较粗，该区域
内孔径也较大，其平均孔径为400-1500nm(0.4-1.5μm),因此该区域被称为粗纤维层；在另外一个区域内，其纤维的直径大多较小，仅为20-75nm，即所谓纤维较细，该区域内孔径也较小，其平均孔径为40-140nm，因此该区域被称为细纤维层；粗纤维的存在可以大大提高滤膜的机械强度，细纤维的存在则进一步提高了滤膜的机械强度，最终使得滤膜具有较大的拉伸强度和断裂伸长率。滤膜在对流体进行过滤时，流体先经过粗纤维层，再经过细纤维层；较大的纤维结构利于截留粒径较大的颗粒杂质，而较小的纤维结构利于截留粒径较小的颗粒杂质，最终能够截留纳米级的杂质颗粒，这样的结构能大大提高滤膜对杂质颗粒的有效截留率，过滤精度高；同时由于粗纤维层的存在，使得滤膜的流速较大，过滤时间较短，时间成本较低，经济效益较高；此外，本专利技术细纤维层的纳米级孔洞还具有较强的吸附作用，能够吸附粒径很小的杂质颗粒，进一步提高就留效率，最终使得本专利技术滤膜能够截留粒径为0.8-200nm的杂质颗粒，特别适用用于截留粒径为20-200nm的杂质颗粒，因此本专利技术滤膜特别适合应用于油墨领域，半导体行业的超纯过滤。
[0008]纤维截面的粗细程度可以被认为是其纤维的直径，粗纤维层中粗纤维的平均直径就是指粗纤维层中粗纤维直径的平均值，细纤维层中细纤维的平均直径就是指细纤维层中细纤维直径的平均值；本专利技术中纤维的平均直径，可以通过使用扫描电子显微镜对滤膜结构进行形貌表征后，再利用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)或手工进行测量后计算平均值；当然可以理解的是，本领域技术人员还可以通过其他测量手段获得上述参数；平均孔径，可以通过PMI孔径分布仪测得，也可以通过泡点法，压汞法或其他测量方法测得。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述粗纤维层中粗纤维的平均直径至少比所述细纤维层中细纤维的平均直径大300nm。作为优选，所述粗纤维层中粗纤维的平均直径至少比所述细纤维层中细纤维的平均直径大350nm。
[0010]滤膜主体中纤维的粗细会对滤膜的机械强度产生较大的影响，在一定条件下，纤维越粗，滤膜的机械强度也越大；本专利技术中粗纤维层中粗纤维的平均直径至少比细纤维层中细纤维的平均直径大300nm，从而说明了粗纤维层中的粗纤维具有较大的直径，能够为整个滤膜提供一个支撑作用，并且也使得滤膜具有较大的机械强度，进一步增大了滤膜的应用范围。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述滤膜对粒径为70nm以上颗粒的截留效率大于99％；在压力为-0.03MPa,温度为20℃的条件下，50ml水通过直径为47mm滤膜所需要的时间为25-300s。
[0012]通过对本专利技术滤膜的截留效率测试，发现本专利技术的滤膜具有很高的截留效率，其对粒径为70nm以上颗粒的截留效率大于99％，能够对不希望的物质进行充分的截留作用，过滤精度高，过滤质量有保证。通过对本专利技术滤膜的流速测试，发现了本专利技术的滤膜具有较高的流速，其过滤时间短，时间成本较低，具有较大的经济效益。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述滤膜的拉伸强度为3-10MPa；断裂伸长率为30-60％。
[0014]评价滤膜机械强度大小的重要指标就是滤膜的拉伸强度和断裂伸长率；在一定条件下，滤膜的拉伸强度越大，也就说明了该滤膜的机械强度越好；拉伸强度是指膜所能承受平行拉伸作用的能力；在一定条件下测试时，膜样品受到拉伸载荷作用直至破坏，根据膜样品破坏时对应的最大拉伸载荷和膜样品尺寸(长度)的变化等，就可以计算出膜的拉伸强度
和断裂伸长率；拉伸强度，断裂伸长率均可以通过万能拉力试验机测得，拉伸强度的测试方法在本领域中是公知的，例如在ASTM D790或ISO178就详细解释了拉伸强度测试的程序；本专利技术滤膜的拉伸强度3-10MPa；断裂伸长率为30-60％，说明了本专利技术滤膜具有较大的拉伸强度和断裂伸长率，其机械性能较好，工业实用价值较高，完全能够满足市场需求。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述粗纤维层中靠近第一多孔表面一侧区域的平均孔径大于靠近第二多孔表面的一侧区域的平均孔径，所述粗纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，包括主体，所述主体内具有非定向曲折通路，其特征在于：所述主体包括粗纤维层和细纤维层；所述粗纤维层的一侧表面区域形成第一多孔表面，所述细纤维层背离第一多孔表面的一侧表面区域形成第二多孔表面；所述粗纤维层中粗纤维的平均直径为350-800nm，平均孔径为400-1500nm；所述细纤维层中细纤维的平均直径为20-75nm，平均孔径为40-140nm。2.根据权利要求1所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述粗纤维层中粗纤维的平均直径至少比所述细纤维层中细纤维的平均直径大300nm。3.根据权利要求1所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述滤膜对粒径为70nm以上颗粒的截留效率大于99%；在压力为-0.03MPa,温度为20℃的条件下，50ml水通过直径为47mm滤膜所需要的时间为25-300s。4.根据权利要求1所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述滤膜的拉伸强度为3-10MPa；断裂伸长率为30-60%。5.根据权利要求1所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述粗纤维层中靠近第一多孔表面一侧区域的平均孔径大于靠近第二多孔表面的一侧区域的平均孔径，所述粗纤维层中靠近第一多孔表面一侧区域的粗纤维平均直径大于靠近第二多孔表面一侧区域的粗纤维平均直径；和/或，所述细纤维层中靠近第二多孔表面一侧区域的平均孔径小于靠近第一多孔表面一侧区域的平均孔径，所述细纤维层中靠近第二多孔表面一侧区域的细纤维平均直径小于靠近第一多孔表面一侧区域的细纤维平均直径。6.根据权利要求1所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述滤膜的厚度为50-110μm，孔隙率为45-80%，平均孔径为100-800nm。7.根据权利要求6所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述粗纤维层的孔隙率为50-85%，细纤维层的孔隙率为25-65%。8.根据权利要求1所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述细纤维层的厚度为10-25μm，所述粗纤维层厚度至少比细纤维层厚度大30μm。9.根据权利要求1所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述第一多孔表面的平均孔径为1000-6000nm，所述第二多孔表面的平均孔径为15-65nm。10.根据权利要求9所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述第一多孔表面包括孔径为0.4-14μm的第一孔洞，其孔密度为15-45个/1000μm2；所述第二多孔表面包括孔径为10-110nm的第二孔洞，其孔密度为25-130个/106nm2。11.根据权利要求10所述的一种粗细纤维混搭的聚合物滤膜，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾建东，
申请(专利权)人：杭州科百特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：