复合膜片制造技术

一种复合膜片包括具有孔隙的无机支承和烧结非金属粒子的多孔无机薄膜，该薄膜由支承承受并与支承孔隙桥接。支承最好是金属编织网，薄膜基本与支承共面。通过施加耐熔粒子与聚合物溶液的悬浮来桥接支承孔隙，并加热薄膜部分烧结粒子，由此形成薄膜。由于薄膜在室温下处于压力状态，所以因复合膜片损坏而产生的任何破裂不会发生蔓延。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
欧洲专利申请242208记载的复合膜片包括多孔无机支承和覆盖在支承表面上的微孔无机薄膜。其中所设想的支承是氧化铝，特别是阳极氧化铝片。这种复合膜片具有如下优点化学惰性，相当均匀的孔尺寸，基本避免了破裂或针孔，高通量，并在商业上取得了成功。但这种膜片有一些缺点它们的价格略贵且易碎;它们不是可塑性变形的;不能容易成型;如果出现破裂，往往引起蔓延;它们难以附着于如过滤器支承。本专利技术的目的是提供减少了或克服了上述缺点的复合膜片。本专利技术提供一种复合膜片，包括具有孔隙的无机支承和烧结的非金属粒子的多孔无机薄膜，该薄膜由支承承受并与支承中的孔隙桥接。膜片最好是可塑性变形的而基本不改变薄膜的孔隙率或渗透率。薄膜最好基本上与支承共面。由于具有孔隙，无机支承是多孔的。细孔的特征在于其长度大于直径，而直径不大于4微米。相比之下，支承的孔隙的特征在于其直径大于5微米，最好大于10微米，孔隙长度最好小于直径的10倍。术语直径指的是小孔的平均横截面尺寸，或者当小孔与园形相差甚远时指的是最小横截面尺寸。支承最好是编织或非编织纤维，术语纤维包括细丝和线，它们可以是连续的或者不连续的。尽管可以使用玻璃和其它耐熔质，支承最好是金属，特别是采用金属编织网的形式。适用的编织网支承可以包括一个或多个网层并具有不同的孔隙尺寸。金属的性质并非特别重要，不锈钢是一种适用的金属。支承的孔隙一般具有范围在5微米至5毫米的平均直径，最好是10微米至1毫米。一种较好的支承是100目的不锈钢编织网，其孔隙直径为135微米。70目甚至20目的金属编织片也已经在实验中采用。令人惊奇的是，采用这种粗糙的多孔支承能够提供具有有用特性的复合膜片。传统的知识认为，非常薄的多孔薄膜必须支承在非常细的多孔支承上，以便保证薄膜与支承的孔桥接。本专利技术证实，在适当的条件下，可以采用相当粗糙的多孔支承。这种复合膜片的优点是，薄膜一般与多孔支承共面，因此弯曲膜片不一定导致拉紧薄膜。较好的方法是，展开编织物，如通过对网和片进行轧制和锤锻，来保证与每个孔桥接的薄膜非常接近于与片共面。作为一种替换，支承可以采用拉制金属网。这种结构的优点是，网垂直于支承平面伸展，这有利于在过滤的流体中产生涡流从而避免堵塞;与网孔或网眼桥接的多孔薄膜自身可以与支承平面成一角度。另一种替换，支承可以是金属箔，其上有被多孔无机薄膜桥接的孔。孔可以在金属箔上冲出，例如按规则的列阵，或者留下无孔区域，由此可以弯曲或折迭箔以便得到具有高比表面积的过滤器。当把箔浸渍在或涂覆溶胶或悬浮液时，使得薄膜得以与孔桥接并覆盖在箔表面的剩余部分。当箔弯曲时，在箔的覆盖的区域内可能发生的任何薄膜破裂都不会损害作为过滤器的膜片的特性。这些孔隙被那些由支承所承受的无机材料的多孔薄膜所桥接。多孔薄膜包括那些适用于包括超过滤和微过滤范围的分离和过滤处理。超过滤一般被定义为保留分子或者尺寸范围在20nm至1nm的粒子(1nm＝1毫微米＝10-9m)。表示这种过滤范围的另一种方式是把分子尺寸转换为分子量据此它是保留分子量范围在300，000至300的那些种类。微过滤一般认为包括尺寸范围在20nm至2000nm(即0.02至3微米)。尽管没有临界上限，但多孔薄膜的平均孔直径最好不超过支承纤维平均直径的2%。在烧结之后，多孔薄膜的孔尺寸与粒子尺寸有关。直径在大约1微米以上的大粒子，产生大约是粒子直径的10%的孔尺寸。亚微细粒子趋于产生是粒子直径的50%左右的孔尺寸。薄膜可以是烧结的非金属粒子，例如二氧化钛、氧化铝、二氧化铈、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、二氧化硅、富铝红柱石、一般的难熔金属氧化物以及它们的混合物。这种薄膜可以采用一般公知的技术形成，在支承上施加粒子的悬浮液或其母体，对悬浮液脱水(或者去除悬浮介质)，对所获的层加热至使粒子部分烧结的温度。在粒子具有亚微细尺寸的情形，这种技术涉及把溶胶施于支承，把溶胶转变为凝胶并对其加热。为了粘附在一起，粒子和支承表面的接触面积必须足够大，以便将薄膜粘合于支承。这需要对粒子的容许尺寸有一个上限要求。例如，当支承由纤维构成时，薄膜粒子的平均直径不应超过纤维平均直径的20%，最好不超过10%。当薄膜由悬浮液形成时，悬浮液可以包含60-95%重量比的较大粒子，最好是75-90%重量比，其余是小得多的粒子。大粒子的平均尺寸可以在0.5-50微米的范围，特别是1-10微米，以此选择来产生具有所需尺寸的孔的薄膜。较小粒子的平均尺寸可以在4nm至1微米的范围内，但不要超过大粒子尺寸的十分之一。较小粒子起到助烧结剂作用，使得薄膜可以在比其它可能的情形要低的温度下烧结。它们也使得薄膜与支承之间的粘合得以改善。较小粒子的比例不应大到基本堵塞了大粒子之间的缝隙。本专利技术的一个实施例涉及对支承使用无机材料(例如氧化物陶瓷)的胶体溶胶，或者聚合母体与无机材料(例如氧化物陶瓷)的溶液。可以利用已知方法把胶体溶胶从无机氧化物粉末中得到，例如上述元素的氧化物。更好的办法是通过金属醇盐的水解得到胶体溶胶或聚合溶液。例如，可以采用美国专利3，944，658记载的工艺来制备勃姆石(boehmite)溶胶。根据该工艺，在保持80℃的过量水中对烷醇铝进行水解，接着用酸胶溶，形成清洁透明的溶胶。溶胶由稳定结晶的水合铝(aluminium monohydrate)AlO(OH)的胶体粒子分散在水相而形成。如此产生的溶胶一般含有大约30克/升的用Al2O3表示的铝量，并且可以通过水稀释或蒸发调节到涂覆所需的浓度。完成涂覆可以用Al2O3表示的铝含量浓度高达190克/升的溶胶，最好是10克/升至90克/升。可以对溶胶进行水热处理以增大粒子尺寸并由此提高粘性。一种典型的处理是在高压釜内在200℃下加热3小时。作为另一个例子，可以制备-Ti-O-Ti-聚合物溶液，采用的工艺类似于C.J.Brinker和M.S.Harrington在《太阳能材料》，1981，第五卷，第159-172页发表的论文描述的工艺，其中，在酸催化剂的参予下，醇钛(titanium alkoxide)在醇溶液中于室温发生部分水解，形成稳定的-Ti-O-Ti-聚合物溶液。如此产生的溶液一般含有10至30克/升的表示为TiO2的钛量，并且通过溶剂的蒸发或者进一步用醇稀释可以调节到涂覆所需的浓度。施于支承的溶胶或溶液可以是新鲜浓缩物，或者在使用前经过熟化以此提高其粘性。施于支承之前控制悬浮液或溶胶的浓度和粘性，可以部分地实现对复合膜片中的薄膜厚度的控制。每个孔隙中的薄膜需要自支承，并且可以具有至少0.01最好是0.2微米的最小厚度。一般地，形成的单薄膜具有覆盖支承表面的部分和桥接孔隙的部分。由于桥接一个孔隙的薄膜部分一般与邻近孔隙的桥接部分完全无关，从本说明书的观点看，每个部分被认为是单独的薄膜。这些薄膜(桥接支承的孔隙)一般与支承共面，因此它们不会遭受贯穿厚度的张力。这减少了破裂沿厚度增大的可能性。一般，可以观察到弯月(meniscus)效应，由此，在孔隙中央每个薄膜厚度最小，该厚度一般等于或小于支承厚度。当横跨孔隙的最小薄膜厚度大于支承厚度的两倍时，该薄膜就不能再称为是由支承承受的了。期望支承的线膨胀系数等于，最好大于无机薄膜的线膨胀系数。这一特征有如下影响。复合膜片首先在高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合膜片，包括具有孔隙的无机支承和烧结非金属粒子的多孔无机薄膜，该薄膜由支承承受并与支承的孔隙桥接。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿历山大菲利普戴维逊，迈克尔帕特里克托马斯，史蒂文威廉萨默斯，
申请(专利权)人：陶瓷技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]