【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚醚砜微滤膜的，特别涉及一种结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜及其制备方法，可根据不同行业需求有针对性地设计和调控聚醚砜微滤膜的孔结构，实现聚醚砜微滤膜的多元化运用的目的。
技术介绍
1、在膜分离技术应用中，微孔滤膜是产业化最早，应用面最广，同时也是经济效益最大的一个膜品种，作为最成熟的膜技术，已广泛而有效地应用于制药、医疗、化工、环境、能源、微电子、食品、航天、等领域。目前，我国微孔滤膜产业已经步入一个快速成长期，膜技术在食品饮料、微电子、分析检测、化工、生物制药等领域的工程应用规模迅速扩大，预计未来5～10年我国微孔滤膜产业将保持两位数以上的增幅，微孔滤膜产业发展前景十分广阔。
2、在诸多微滤膜中，聚醚砜(pes)是一种综合性能优良的高分子材料，具有很高的玻璃化温度(225℃)，由于pes膜具有良好的耐热性能、机械性能以及优良的血液相容性而广泛应用于电子工业、食品饮料、医疗领域等，市场前景广阔。但是不同行业对聚醚砜微滤膜的孔结构有不同的需求，孔结构按其对称性大致可分为对称膜和非对称膜，而非对称膜又可以根据具体情况分为一般非对称(从膜的一面到膜的另一面孔径变化一般在1：10的范围内)、高度非对称(从膜的一面到膜的另一面孔径变化一般在1：10～1：100的范围内，甚至更大)、以及特殊的沙漏性非对称。例如：在电子、食品饮料等行业需要聚醚砜微滤膜具有更高的总过滤量(即高纳污量)，则聚醚砜微滤应具备高非对称的孔结构；高端的医疗行业需求聚醚砜微滤膜在使用过程兼具安全性和一定快通量；而微生物检测行业更希望聚醚砜微滤
3、目前的聚醚砜微滤膜的不同孔结构可根据不用的工艺条件和配方来实现，比如pall专利us6565782描述通过涂覆后快速进入热水凝固浴中可产生高非对称的微滤膜，pall专利us8840791则通过双层涂覆构建高安全性的、致密层较厚的非对称性的聚醚砜微滤膜，但是这种涂覆的工艺对设备要求高，需要进行特殊设计制造。3m公司在cn103608092a中公布了一种“沙漏”型的大孔径聚醚砜微滤膜的制备方法，但该配方和工艺需要较高的成型温度，对能源的负担比较大。
4、换言之，目前市面上虽然有各种各式制备不同孔结构的聚醚砜微滤膜的方案，但缺乏一种对设备要求简单、能耗相对低、结构可控、可调的聚醚砜微滤膜的制备方法。
技术实现思路
1、本方案提供一种结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜及其制备方法，通过选择合适的非溶剂添加剂并调整不同的工艺条件，调控亲水性聚醚砜微滤膜的孔结构，具有对设备要求简单、能耗相对低、结构可控、可调的效果。
2、在一般条件下，流体通过膜的流动性与施加的压力成正比。随着膜对溶质的保留性增加，会降低滤膜的孔隙率，因而渗透性能慢慢降低。然而，这种关系并不简单，因为保持性取决于液体通过膜时所遇到的最小孔，而流动阻力则取决于这种液体必须通过的所有孔的累积效应。因此，对称膜相比于非对称膜对流体的流动具有更大的阻力，其流动速率较比较慢。
3、当滤膜是高度不对称时，流体首先遇到的是最大的孔隙，然后再遇到逐渐缩小的孔，而最小的孔几乎在膜的另一个端平面上才会遇到。因此，较大的颗粒物会在到达膜的另一个端前被截留下来，不会堵塞毛孔，而在深度过滤中，不同大小颗粒的物质会被保留在不同的水平上，留下了更多可供流点的孔隙，因此，高度不对称的滤膜相比于对称膜具备更高的纳污总量和流动性能。
4、对于医药领域用的滤膜，更多讲究的是对细菌拦截的绝对安全性(要求细菌通过细菌挑战实验)，过大的非对称度往往对安全性是不利的，但又能保持一定的高流动性，所以中度非对称的滤膜往往更适用；而有些医药领域也提出，为了尽可能的保护截留层的安全，防止滤膜在加工过程中破坏表面的致密截留层，更希望截留层在整个滤膜截面的相对中间位置，因此“沙漏”型的孔结构也被提出。
5、当然，对称性的滤膜在微生物检测行业也有其特殊的用途，对称膜在各个方向保持同性，膜孔从一端到另一端的一致性较好，在使用滤膜的过程中不必担心不同的膜面和膜孔结构对细菌的生长带来不同的效果，以免影响结果的判断。
6、铸膜液的制备过程中涉及到聚合物溶解度是众所周知的原理，包括临界混溶条件的概念，特别是临界混溶温度tc的概念。一般情况下，温度高于聚合物tc与给定的溶剂完全可混溶，而在此温度以下存在相分离区域。当然，也有一些聚合物存在的刚好相反的现象，温度低于聚合物tc与给定的溶剂完全可混溶，而在此温度以上存在相分离区域，即存在“反向凝胶”的现象。
7、而在如图1所示的混合物相行为的相图上，聚合物与溶剂不能完全相容的区域可以用一条叫做“双节线”的曲线描述为温度和溶液组成的函数。在这条双节曲线的一边，铸膜液系统是热力学不稳定的，另一边是稳定的。不稳定的系统靠近双节线被认为是通过成核和生长机制进行相分离。在双节线内，有另一个区域受到另一条曲线的限制，叫做“旋节线”。在接近旋节线时，相分离的机制可能转变为所谓的“自旋分解”，在这种分解过程中，周期结构和网络结构可能形成而不成核。可见，聚合物在铸膜液中的浓度不能太低，这个浓度至少能产生一个连贯的膜，如图中的分界线a，但是也不能太高，适合的浓度能够在非对称支架中获得基本的全网状结构，如分界线b，需说明浓度a和b分界线的确立只是为了说明，并不代表实际的聚合物浓度。
8、当铸膜液体系处于稳态区或接近双节线时，体系可能在几天甚至几个星期内保持稳定，因为这个状态没有明显的相分离发生。当体系进一步靠近双节线内时，体系通过热力学方式(如降温、升温、吹风等方式)使其穿过双节线时到达亚稳态区，相分离可能在几小时甚至几分钟内发生，这时铸膜液体系的浊度可能相当高，使它们呈现出乳白色的外观，并且浊度的变化快慢程度与分相快慢存在着一定的正相关。当铸膜液体系进一步从亚稳态区穿过旋节线到达分相区时，相分离通常是自发发生的(即出现明显的浊度)，由于分相区以铸膜液体系热力学稳定的形式，所以转化成膜的过程只需几分钟甚至几秒钟，最后以一定的方式固化成型(如浸入到非溶剂凝固浴中)，形成连续贯通的网络状膜孔结构。
9、由上分析可知，可通过调控聚醚砜铸膜液体系从稳态区穿过双节线和旋节线到达分相区的速率来调控最终成膜的聚醚砜微滤膜的孔结构，为实现以上目的，本方案提供了一种结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，包括以下步骤：
10、制备聚醚砜溶液；
11、制备聚醚砜铸膜液：在聚醚砜溶液中加入亲水剂及第一非溶剂添加剂和/或第二非溶剂添加剂，控温搅拌设定时长后静置得到聚醚砜铸膜液，其中所述第一非溶剂添加剂用于使得聚醚砜铸膜液具备“正向凝胶”性能，第二非溶剂添加剂用于使得聚醚砜铸膜液具备“反向凝胶”性能；
12、在设定的成膜条件下将聚醚砜铸膜液涂覆成膜，并将其浸入凝固浴中分相沉淀后清洗得到结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜，其中成膜条件包括成膜温度、湿度、风速和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，第一非溶剂添加剂包括聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、甲醇、乙醇、异丙醇、戊醇、辛醇、丙酸、乙酸乙酯、水的一种或以上任意组合；第二非溶剂添加剂包括一缩二乙二醇、二缩三乙二醇，三缩四乙二醇、戊乙二醇、二乙基乙二醇、二乙二醇二乙醚，二乙二醇二丁醚的一种或以上任意组合。
3.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，亲水剂为：PVPK30、PVPK45、PVPK60、PVPK90、聚丙烯酸脂、丙烯酸共聚物的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，在“制备聚醚砜溶液”步骤中，将聚醚砜固体加入极性溶剂中，控温充分搅拌8～24小时，搅拌溶解温度为40～60℃，极性溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜的一种或其组合；在“制备聚醚砜铸膜液步骤”时，搅拌温度为1
5.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，使用自动涂膜机将聚醚砜铸膜液在300～600μm的刮刀间隙下涂覆成膜，成膜条件中的温度在20～50℃范围内，湿度在60～95％RH范围内，风速在0.1～6.0m/s范围内，成膜条件持续时间为20秒～1200秒范围。
6.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，整个铸膜液体系中质量总份数为100份，聚醚砜占聚醚砜铸膜液的质量分数的10～14％，极性溶剂占聚醚砜铸膜液的质量分数的25～55％，第一非溶剂添加剂占聚醚砜铸膜液的质量分数的0～60％，第二非溶剂添加剂占聚醚砜铸膜液的质量分数的0～50％，亲水剂占整个质量分数的0～5％。
7.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，当需要制备对称性孔结构的聚醚砜微滤膜时，选择降低聚醚砜铸膜液体系从稳态区穿过双节线和旋节线到达分相区的速率的第一非溶剂添加剂和/或第二非溶剂添加剂以及成膜条件；当需要制备非对称孔结构的聚醚砜微滤膜时，选择提高聚醚砜铸膜液体系从稳态区穿过双节线和旋节线到达分相区的速率的第一非溶剂添加剂和/或第二非溶剂添加剂以及成膜条件。
8.根据权利要求7所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，聚醚砜铸膜液体系从稳态区穿过双节线和旋节线到达分相区的速率同聚醚砜微滤膜的孔结构的不对称程度呈正比。
9.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，当需要调节聚醚砜微滤膜的孔结构为“沙漏”形状，在聚醚砜铸膜液中添加第二非溶剂添加剂并小幅度升温。
10.一种结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜，其特征在于，根据权利要求1到9任一所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，第一非溶剂添加剂包括聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、甲醇、乙醇、异丙醇、戊醇、辛醇、丙酸、乙酸乙酯、水的一种或以上任意组合；第二非溶剂添加剂包括一缩二乙二醇、二缩三乙二醇，三缩四乙二醇、戊乙二醇、二乙基乙二醇、二乙二醇二乙醚，二乙二醇二丁醚的一种或以上任意组合。
3.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，亲水剂为：pvpk30、pvpk45、pvpk60、pvpk90、聚丙烯酸脂、丙烯酸共聚物的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，在“制备聚醚砜溶液”步骤中，将聚醚砜固体加入极性溶剂中，控温充分搅拌8～24小时，搅拌溶解温度为40～60℃，极性溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺，n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜的一种或其组合；在“制备聚醚砜铸膜液步骤”时，搅拌温度为10～35℃条件。
5.根据权利要求1所述的结构可控、可调亲水性聚醚砜微滤膜的制备方法，其特征在于，使用自动涂膜机将聚醚砜铸膜液在300～600μm的刮刀间隙下涂覆成膜，成膜条件中的温度在20～50℃范围内，湿度在60～95％rh范围内，风速在0.1～6.0m/s范围内，成膜条件持续时间为20秒～1200秒范围...
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙辉，邹凯伦，倪小璐，沈志林，
申请(专利权)人：浙江泰林生命科学有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。