一种砜聚合物滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种砜聚合物滤膜，所述砜聚合物滤膜具有多孔进液面和多孔出液面以及在多孔进液面和多孔出液面之间的多孔主体，所述多孔主体在膜厚度方向上具有平均孔径分布，且在膜厚度方向两侧区域的平均孔径大于中间区域的平均孔径，中间区域和多孔进液面之间作为预过滤层，中间区域和多孔出液面之间作为支撑层，所述中间区域的多孔结构作为分离层；其中，支撑层内形成多孔结构的平均纤维直径大于分离层和预过滤层内形成多孔结构的平均纤维直径。本发明专利技术提供的砜聚合物滤膜，具有相较于现有的滤膜材料更优化的膜体结构，能够显示出更好的机械强度，有效防止分离层损伤，同时还具有很好的纳污能力，大大提高了以砜聚合物为主要材料的滤膜性能，延长其使用寿命。延长其使用寿命。延长其使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种砜聚合物滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及过滤膜材料
，尤其涉及一种砜聚合物滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]砜聚合物是一种优良的滤膜料，所制备的滤膜耐压、耐热、耐氧化性均较高，生物相容性也较其他的滤膜料好，并且还是制备复合膜的理想基膜。其中，砜聚合物微孔膜被广泛应用在工业、药物或医学等领域中，特别是应用于高精度过滤。
[0003]微孔膜按孔结构分布不同可分为对称膜和不对称膜，其中对称膜是指膜在厚度方向上具有基本一致大小的平均孔径，而不对称膜则具有多样的平均孔径分布，如梯度变化、先增后减或先减后增、部分一致部分梯度变化等。
[0004]现有技术中多以具有一定平均孔径的不对称膜的制备为研究热点，以探究如聚合物含量、非溶剂的选择以及工艺参数等对膜性能的影响。而微孔膜的制备是一个各种参数严格控制的过程，其中包括配方、温度、湿度、气流速度和时间等，许多复杂参数加在一起最后才能够制造成具有所期望流量、孔洞大小、孔洞分布的滤膜。微孔膜的制备方法通常分为非溶剂致相分离法、热致相分离法和拉伸法。其中，非溶剂致相分离法特别适用于制备不对称膜。
[0005]早在1981年，美国专利US4629563就公开了用非溶剂致相分离法制备不对称微孔膜，之后的US5171445有对该方法进行了改进，降低了浇铸温度和凝胶温度，简化了工艺。此外，专利US5866059、US7125493、US6045899和US4976859分别提供了一种具有明显不对称结构的聚醚砜膜，其在膜的一侧表面具有平均孔径相对小的皮层，而平均孔径从该皮层处越过膜壁直至该膜的另一侧是逐渐增大的，即膜的分离层是位于膜表面的，易于受到机械破坏，并且在实际应用中发现，具有这种结构类型的膜的机械稳定性也较差。CN103608092B和CN104707491A分别提供了另一种整体不对称结构的过滤膜，其在膜的两侧分别具有平均孔径较小但孔隙率不同的皮层，中部为大孔的支撑载体，其机械强度有所提高，但其分离层仍位于膜表面，缩短了其使用寿命。
[0006]日本富士公司于1988年在美国公布的专利US4933081提供了一种具有二度不对称结构的聚偏二氟乙烯膜，其在膜厚度方向上的平均孔径先减小后增大，其分离层位于所述膜壁内以防止该分离层对机械破坏的敏感性，是最早提出三层结构微孔膜的技术方案，但是其两侧均为不对称结构，原因在于该膜在固化前的液膜表面未分相出足够平均孔径的孔，造成固化液扩散较慢，在膜内部形成了明显的固化液浓度梯度。另外在膜性能方面，该膜的机械强度一般，亲水性差，并且该方法在配方中使用了较高含量的助溶致孔剂偏二氟乙烯吡咯烷酮(PVP)，在使用时容易溶解流失造成新滤液的污染。
[0007]CN101227965B提供了一种具有改进的过滤性能的微滤膜，该微滤膜平均孔径最小的分离层位于膜内部，并且其平均孔径从分离层向膜的两侧是沿厚度方向增大的，使得膜通量性能不高。CN103657431B提供了一种具有多尺寸纤维的膜，利用热相转变法制得了整体膜的平均孔径均匀分布，但该聚合物膜的平均纤维直径沿厚度方向从一侧向另一侧减
小，因此其表面小直径的纤维仍使其易被损伤，也会造成使用寿命的缩短。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术旨在提供一种膜体内部结构更优化的砜聚合物滤膜，以及制备该滤膜的方法，本专利技术所提供的滤膜具有更好的机械强度、流通量以及截留率，大大提高了以砜聚合物为主要材料的滤膜性能，延长其使用寿命。
[0009]一方面，本专利技术提供了一种砜聚合物滤膜，所述砜聚合物滤膜具有多孔进液面和多孔出液面以及在多孔进液面和多孔出液面之间的多孔主体。
[0010]其中，所述多孔主体在膜厚度方向上具有平均孔径分布，且在膜厚度方向两侧区域的平均孔径大于中间区域的平均孔径，中间区域和多孔进液面之间作为预过滤层，中间区域和多孔出液面之间作为支撑层，所述中间区域的多孔结构作为分离层；其中，支撑层内形成多孔结构的平均纤维直径大于分离层和预过滤层内形成多孔结构的平均纤维直径。
[0011]在本专利技术所提供的砜聚合物滤膜的膜体结构中，位于多孔进液面和多孔出液面之间的多孔主体包括连续的多孔网络状纤维，所述滤膜在使用时用于使流体通过的孔洞在纤维的网络状结构中形成，其中，纤维截面的粗细程度可以被认为是其平均纤维直径，孔洞的内径大小可以被认为是其平均孔径。
[0012]此外，可以理解的是，“连续的”是指基本上所有的纤维呈整体地相互连接，如一体形成，而无需使用另外的粘合剂等使其相互连接，除非通过外力撕裂，否则网络状的纤维之间不能够相互分离。与此同时，所述连续的网络状纤维与多孔进液面和多孔出液面之间也是相互连接的。
[0013]由上述砜聚合物滤膜的膜体结构可知，所述膜的多孔主体中各区域纤维的平均纤维直径是不同的，其中支撑层具有最大的平均纤维直径。其中，多孔主体中的各层内部的纤维大致是均匀分布的，尽管网络状的纤维之间粗细程度并不完全相同，但从各层的整体上看仍是均匀的，未显示出明显的递增或递减规律，并且在相邻的两层之间具有明显平均纤维直径突变的界面。与此同时，滤膜膜体内部的平均孔径与上述平均纤维直径具有类似的分布。
[0014]本专利技术所述的平均纤维直径，可以通过使用扫描电子显微镜对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。此外，在本专利技术中，多孔主体三层结构的厚度以及其各自的平均孔径也可以通过上述方式测得。还需要补充的是，孔隙率的测量方法也可以通过sem图片用计算机软件(如Matlab、NIS-Elements等)来计算获得；或者，在剥离各层后，对比原始膜和完全润湿后的膜的重量来换算。在平均孔径的测试方面，可以通过平均孔径分布仪直接分析各层平均孔径，也可以通过泡压法测量平均孔径，或者，对sem图片进行测量分析。以上，是对各参数的测量方法的举例，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。
[0015]本专利技术提供的微孔滤膜，其具有关键过滤分离作用的分离层外侧又设置了一层平均孔径较大的预过滤层，即将分离层置于滤膜内部，并且在滤膜整体厚度一定的条件下，使支撑层平均纤维直径具有最大的平均纤维直径。具有上述结构的砜聚合物膜，除了可以有效防止分离层被机械性划伤，并且预过滤层提供了较大的纳污能力外，相较于现有的砜聚合物滤膜，还显示出了显著提高的拉伸强度，适合但不限于应用在脂肪乳、氯化钠溶液、葡
萄糖溶液、油墨等液体中，能够有效延长滤膜的使用寿命。
[0016]作为本专利技术的优选实施方式，所述砜聚合物滤膜可以是平板膜、管状膜或中空纤维膜，优选为平板膜。
[0017]作为本专利技术的优选实施方式，所述砜聚合物滤膜的膜结构沿其膜体厚度依次包括：多孔进液面、预过滤层、分离层、支撑层以及多孔出液面。
[0018]进一步地，所述预过滤层的平均孔径小于支撑层的平均孔径。即可理解为，在所述滤膜的多孔主体中，各层的平均孔径大小顺序为：支撑层＞预过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砜聚合物滤膜，所述砜聚合物滤膜具有多孔进液面和多孔出液面以及在多孔进液面和多孔出液面之间的多孔主体，其特征在于，所述多孔主体在膜厚度方向上具有平均孔径分布，且在膜厚度方向两侧区域的平均孔径大于中间区域的平均孔径，中间区域和多孔进液面之间作为预过滤层，中间区域和多孔出液面之间作为支撑层，所述中间区域的多孔结构作为分离层；其中，支撑层内形成多孔结构的平均纤维直径大于分离层和预过滤层内形成多孔结构的平均纤维直径。2.根据权利要求1所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述预过滤层的平均孔径小于支撑层的平均孔径。3.根据权利要求2所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述预过滤层、分离层和支撑层的平均孔径范围依次为0.5~30μm、0.5~15μm和1~40μm。4.根据权利要求1所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述多孔进液面的平均孔径与所述预过滤层的平均孔径大致相同，所述多孔出液面的平均孔径小于所述支撑层的平均孔径。5.根据权利要求1所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述预过滤层内形成多孔结构的平均纤维直径大于所述分离层内形成多孔结构的平均纤维直径。6.根据权利要求5所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述预过滤层、分离层和支撑层内形成多孔结构的平均纤维直径依次为0.5~10μm，0.6~9μm和1~20μm。7.根据权利要求1所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述支撑层的厚度占滤膜厚度的15%~65%。8.根据权利要求7所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述预过滤层、分离层和支撑层的厚度范围依次为15~60μm，8~55μm和15~60μm。9.根据权利要求1所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述分离层的孔隙率比预过滤层的孔隙率至少低10%。10.根据权利要求1所述的一种砜聚合物滤膜，其特征在于，所述预过滤层、分离层和支撑层内的多孔结构为平均孔径均匀的区域，各层之间具有平均孔径突变的过渡界面。11....

【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：