一种PVDF除菌过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及除菌过滤膜材料技术领域，尤其涉及一种PVDF除菌过滤膜及其制备方法。该膜包括主体，主体内具有非定向曲折通路，主体一侧具有第一表面，另一侧具有第二表面，第一表面包括用于形成多孔结构的块状结构与第一表面纤维，相邻块状结构之间通过第一表面纤维相连接；第二表面包括用于形成多孔结构的第二表面纤维，相邻第二表面纤维之间相连接；除菌过滤膜的PMI平均孔径为0.15

【技术实现步骤摘要】
一种PVDF除菌过滤膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及除菌膜材料
，尤其涉及一种PVDF除菌过滤膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]20世纪60年代，0.45μm孔径的膜被认为是“除菌级”的过滤膜，并应用于医药行业的除菌过滤。随着科技的进步，美国的一位研究人员发现，某种微生物在104‑
106cfu/cm2的条件下，可穿透0.45μm的过滤膜，造成“除菌”过滤后的培养基的污染。80年代初，制备出基于ASTM F838细菌截留标准方法，基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的过滤膜，由于这种膜的泡点值是传统0.45μm“除菌级”膜的大约两倍，被命名为0.22μm膜(除菌膜)。行业普遍认为，可以通过ASTMF838测试的滤膜孔径标称为0.22μm或0.2μm，这里的0.22μm并不是真的测定了滤膜的孔径。目前，行业内依然在对除菌膜的通量、过滤精度和机械强度等性能进行进一步的提升。
[0003]旭化成制药株式会社于2002年申请的专利PCT/JP2002/007818，公开了多层微多孔膜，该滤膜采用热致相分离法，制备的滤膜具有大孔径的粗层结构和小孔径的致密层结构，且致密层的厚度为滤膜厚度的50％以上，由于该膜致密层的厚度较厚，增大了流体在膜内的流动阻力，进而导致该膜的流速较低，不满足如今的实际需求。
[0004]世联股份有限公司于2010年申请的专利JP2010292621，公开了聚偏二氟乙烯系多孔平板膜及其制造方法，该滤膜采用液
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液相分离法，容易导致膜内纤维较细，致使该膜的拉伸强度较低，也不满足如今的实际需求。
[0005]一般情况下，若滤膜具有较高的通量，那么机械强度和截留效率会有所降低；若滤膜具有较高的机械强度，那么通量会有所降低，因此如何制备一款具有较大通量，同时又具有较高机械强度和截留效率的滤膜，是研发人员一直所寻求的。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术旨在提供一种PVDF除菌过滤膜，以及制备该除菌过滤膜的方法，其中制备的PVDF除菌过滤膜，显示出较好的通量，较高的拉伸强度和截留效率。
[0007]一种PVDF除菌过滤膜，包括主体，所述主体内具有非定向曲折通路，所述主体一侧具有第一表面，另一侧具有第二表面，所述第一表面包括用于形成多孔结构的块状结构与第一表面纤维，相邻所述块状结构之间通过所述第一表面纤维相连接；所述第二表面包括用于形成多孔结构的第二表面纤维，相邻所述第二表面纤维之间相连接；所述除菌过滤膜的PMI平均孔径为0.15
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0.4μm，作为优选，除菌过滤膜的PMI平均孔径为0.2
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0.38μm；所述除菌过滤膜的孔隙率为55％
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85％；所述除菌过滤膜的孔隙率大于所述第一表面的SEM孔洞面积率，所述除菌过滤膜的孔隙率与所述第一表面的SEM孔洞面积率的差值为10％
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40％。
[0008]本申请中主体具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面，且第一表面与第二表面均为多孔结构(即不存在致密层结构)，第一表面包括用于形成多孔结构的块状结构和第一表面纤维，其中，块状结构是由若干第一表面纤维堆叠融合而成，且块状结构的SEM面
积不低于1μm2。块状结构的存在增大了第一表面的耐压强度，进而增大膜的机械强度；相邻块状结构之间通过第一纤维相连，相邻第一纤维之间均存在一定面积的间隙，这些间隙的存在保证了第一表面上具有合适的孔洞面积率，以保证料液在第一表面的瞬时通过量。
[0009]第二表面具有形成多孔结构的第二表面纤维，且相邻第二表面纤维之间相连接，使得第二表面形成合适孔径以及数量的孔洞结构，使膜具有合适的机械强度和通量。除菌过滤膜的孔隙率大于第一表面的SEM孔洞面积率，且除菌过滤膜的孔隙率与第一表面的SEM孔洞面积率的差值为10％
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40％，作为优选，除菌过滤膜的孔隙率与所述第一表面的SEM孔洞面积率的差值为15％
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35％，使料液以合适的流量进入膜内，膜内流体的流动路径较多，流体通过膜的能力较大，膜内的流动阻力越小，进而增大除菌过滤膜的通量。若差值较大，则料液瞬时进入第一表面的量较少，而膜内流通路径较多，进而增大流动阻力，降低除菌过滤膜的通量，同时膜的孔隙率较大，降低了除菌过滤膜的拉伸强度；若差值较小，则料液瞬时流入第一表面的量较多，易在流道内发生堵塞、碰撞，增大了除菌过滤膜内的流动阻力，进而降低了除菌过滤膜的通量。
[0010]除菌过滤膜的孔隙率为55％
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85％，作为优选，除菌过滤膜的孔隙率为60％
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80％,使膜既具有较低的流动阻力，同时又保证膜的机械强度。若除菌过滤膜的孔隙率较高，则降低膜的拉伸强度；若除菌过滤膜的孔隙率较低，则减少了流体的流动通道，降低流体流动能力，同时降低膜的截留效率。另外，本申请较高的孔隙率与特定的PMI平均孔径配合，形成较合适的流体流动通道，对细菌显示出较好的截留效率和纳污量，同时具有较好的拉伸强度。
[0011]其中，本申请中第一表面和第二表面均可为进液面或出液面，即当第一表面为进液面时，第二表面为出液面；当第一表面为出液面时，第二表面为进液面。作为优选，本申请中第一表面为进液面时，第二表面为出液面。
[0012]需要解释的是，本申请除菌过滤膜的各表面(第一表面和第二表面)形貌参数的测量方式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
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Elements等)或手工进行测量，并进行相应计算；在膜的制备过程中，在垂直于膜厚度方向上(如果膜是平板膜形态，则该方向是平面方向；如果膜是中空纤维膜形态，则该方向是垂直于半径方向)，其各项特征如孔洞面积率是大致均匀的，基本保持一致；所以可以通过在相应平面上部分区域的孔洞面积率大小，来反映该平面上整体的孔洞面积率大小。孔洞面积率在实际进行测量时，可以先用电子显微镜对膜表面进行表征，获得相应的SEM图，并选取一定的面积，例如1μm2(1μm乘以1μm)或者25μm2(5μm乘以5μm)，具体面积大小视实际情况而定，再用相应计算机软件或者手工测出该面积上所有孔洞的面积，然后进行计算，获得相应表面的孔洞面积率。当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。除菌过滤膜的PMI平均孔径可通过PMI孔径测试仪直接测量得到。本专利技术中非定向曲折通路是指无规则取向的沟槽结构和/或离散分布的孔洞结构，且各非定向曲折通路相互贯通，这样的膜结构有助于提高膜对流体中细菌的截留效率。滤膜的孔隙率是指滤膜的膜孔体积占总体积的比例，膜孔包括开孔和闭孔两类；常用的孔隙率测试方法有压汞法，密度法和干湿膜称重法；本申请采用干湿膜称重法进行测量，当然本领域技术人员也可以通过其他测量手段获得上述参数，上述测量手段仅供参考。
[0013]优选的，第二表面的SEM孔洞面积率大于所述第一表面的SEM孔洞面积率，所述第二表面的SEM孔洞面积率与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PVDF除菌过滤膜，包括主体，所述主体内具有非定向曲折通路，所述主体一侧具有第一表面，另一侧具有第二表面，其特征在于，所述第一表面包括用于形成多孔结构的块状结构与第一表面纤维，相邻所述块状结构之间通过所述第一表面纤维相连接；所述第二表面包括用于形成多孔结构的第二表面纤维，相邻所述第二表面纤维之间相连接；所述除菌过滤膜的PMI平均孔径为0.15
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0.4μm；所述除菌过滤膜的孔隙率为55％
‑
85％；所述除菌过滤膜的孔隙率大于所述第一表面的SEM孔洞面积率，所述除菌过滤膜的孔隙率与所述第一表面的SEM孔洞面积率的差值为10％
‑
40％。2.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，所述第二表面的SEM孔洞面积率大于所述第一表面的SEM孔洞面积率，所述第二表面的SEM孔洞面积率与所述第一表面的SEM孔洞面积率的差值为5％
‑
20％。3.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，所述第一表面的孔洞面积率为15％
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40％，所述第二表面的孔洞面积率为25％
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50％。4.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，所述第一表面上所述块状结构的SEM面积之和为所述第一表面纤维的SEM面积之和的3
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6倍。5.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，所述块状结构的SEM平均面积为1.5
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5μm2；所述第一表面纤维的SEM平均直径为0.15
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0.7μm。6.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，所述第二表面纤维的SEM平均直径为0.2
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0.9μm,所述第二表面纤维的SEM平均长度为1
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6μm，所述第二表面纤维SEM最大长度与SEM最小长度之差为1
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4μm。7.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，所述第二表面的SEM平均孔径为0.5
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2.5μm；所述第二表面孔洞的SEM孔径在1.78μm以上的孔洞占比为10％
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20％；所述第二表面孔洞的SEM孔径在0.5μm以下的孔洞占比为2％
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10％。8.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，靠近所述第一表面一侧区域的平均孔径与靠近所述第二表面一侧区域的平均孔径之差不大于0.4μm。9.根据权利要求1所述的PVDF除菌过滤膜，其特征在于，所述主体厚度方向具有形成海绵状孔洞结构的支撑纤维，所述支撑纤维包括第一支撑纤维和第二支撑纤维，所述第一支撑纤维位于靠近所述第一表面一侧区域，所述第二支撑纤维位于靠近所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾建东，卢红星，
申请(专利权)人：杭州科百特过滤器材有限公司，
类型：发明
国别省市：