複合孔核孔濾膜及其製備方法
2023-11-06 02:55:22
專利名稱：複合孔核孔濾膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種複合孔核孔濾膜及其製備方法。
背景技術：
核孔濾膜，又稱離子膜，是基於固體核徑跡原理，與其它微孔濾膜相比，核孔膜具有孔徑均一，孔形規則，表面光滑，化學穩定性好，機械強度高等特點，在電子、化工、食品、 釀造、製藥、醫學等行業得到應用，核孔膜是60年代以後發展起來的高新技術。是一種用於精密過濾和篩分粒子的新型過濾膜。傳統的核孔濾膜的製備工藝是利用高能離子輻照形成一個損傷區，然後經過適當的化學蝕刻後形成孔洞，通過控制輻照及蝕刻參數，達到控制膜材的蝕刻速度比，從而獲得需要的孔徑大小。但傳統方法製備的核孔濾膜多為單一錐狀孔，具有開孔率低，納汙能力差、易堵塞等缺點，在使用時常與精度較低的預過濾纖維膜配合使用，但由於纖維膜屬於深層過濾膜，具有纖維易脫落、吸附性高以及耐高溫性能差等缺點，導致核孔膜應用存在較大的局限性，制約了該種高性能分離材料的廣泛使用。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種自帶預過濾功能，不需要另配預過濾纖維膜，解決核孔濾膜納汙能力差、易堵塞以及與之配合的預過濾纖維膜引起的纖維易脫落、吸附性高以及耐高溫性能差等問題。為達上述目的，本發明提供一種複合孔核孔濾膜，厚度介於20 30 μ m之間，核孔為大孔內套有若干小孔的複合孔，膜材核孔的上半部分為大孔，孔徑為Φ8 Φ12μπι;下半部分為小孔，孔徑為Φ1 Φ5μπι。可選的，該膜的基材選自PET或PC聚酯薄膜。為達上述目的，本發明還公開一種複合孔核孔濾膜的製備方法，包括採用兩種不同質量及能量的高能離子分別對聚酯薄膜的兩面進行輻照，首先採用質量較重的高能離子以較低的能量加速後輻照薄膜的一面，使其只穿透薄膜厚度的1/2 2/3，形成柱狀損傷區；然後採用質量較輕的高能離子以較高的能量加速後輻照薄膜的另一面，可穿透或不穿透薄膜，形成柱狀損傷區；其中較佳的，所述質量較重的高能離子為氪離子；較佳的，質量較輕的高能離子為氧離子；較佳的，較低的能量範圍為15 25MeV ；較佳的，較高的能量範圍為70 80MeV;將質量較輕、能量較高的離子輻照的膜面塗覆一薄層油膜；其中較佳的，所述油膜的厚度為2 4μπι將薄膜浸入帶超聲波裝置的鹼性蝕刻槽蝕刻，蝕刻時持續以超聲波振蕩鹼性蝕刻液，控制蝕刻時間及蝕刻溫度，蝕刻後製得柱狀大孔內套有若干小孔的複合孔核孔濾膜，大孔孔徑為Φ 8 Φ 12 μ m，小孔孔徑為Φ 1 Φ 5 μ m。其中較佳的，所述超聲波振蕩頻率30 40KHZ ；較佳的，所述蝕刻時間為10 30min ；較佳的，所述蝕刻溫度為30 50°C ；本發明的核孔濾膜的有益效果如下核孔的上半部分為大孔，孔徑為Φ8 Φ12μπι，可以起到預過濾作用，截留較大直徑的微粒；下半部分為小孔，孔徑為Φ1 Φ5μπι，起到終端過濾作用，截留較小直徑的微粒；使得核孔濾膜具有流速高、流通量大、納汙能力好、不易堵塞且製備成本低的特點； 在使用時不需要與纖維膜配套使用，解決由於纖維膜纖維易脫落、吸附性高、耐高溫性能差等導致核孔濾膜應用受限的問題，使得核孔濾膜這種高性能分離材料應用更廣泛。本發明中，從核徑跡的機理形成來看，輻射損傷的程度與入射粒子的電荷，質量和能量有關，對一定能量的離子，其電荷和質量越大，輻射損傷區域越大，也越有利於提高成孔的質量，以獲得優質大孔；同時，其質量和質量越大，在所提供的相同能量下穿透能力越小；而同樣能量下，質量和電荷較小的離子穿透能力大，但成孔質量差；再者能量越大，能損越小，徑跡蝕刻速度越快，蝕刻孔徑越小，便於小孔的形成。從化學蝕刻的機理來看，在徑跡蝕刻速度Vt和體蝕刻速度Vg恆定的條件下，核孔的形狀為錐頂相向的雙圓錐，徑跡的蝕刻過程中，表現為雙圓錐的半徑不斷增大，當核孔導通時，有關係式H = 2Vt*tb ；D = 2Vg*tb ；H/D = Vt/Vg上述公式中，*為乘運算，H為膜的厚度，D為導通時的表面孔徑，tb為導通時間；有上述公式可知，要製備大孔徑的核孔濾膜，關鍵是有足夠長的導通時間tb，導通時間越長， 導通時的表面孔徑越大；而蝕刻速度比(即vt/vg)決定孔的形狀，蝕刻比越大，孔型圓錐越小，當蝕刻速度比足夠大時，核孔的形狀可以近視看作圓柱孔，從而使得孔型最終形成規則的柱狀孔。本發明中，一方面，選用氪離子和氧離子分別從兩面輻照薄膜，主要原因在於氪離子電荷和質量大，輻射損傷區域越大，容易形成大孔；另一方面控制較小的能量，使其穿透力差，可以保證實現僅穿透薄膜厚度的1/2 2/3 ；而氧離子電荷及質量小，輻射損傷區域小，徑跡蝕刻速度快，容易形成小孔；為大孔套若干小孔的複合孔的形成提供條件；化學蝕刻前在氧離子輻照的膜面塗抹一薄層油膜，厚度為2 4μπι，可以保證在化學蝕刻開始階段，油膜可以保護小孔及小孔所在的膜面不蝕刻，先蝕刻大孔及其所在的膜面，為形成大孔提供足夠的導通時間，隨著時間的增加，油膜慢慢被鹼液溶解，小孔及其所在的膜面也開始蝕刻，但由於氧離子輻照形成損傷小，故容易形成小孔；在化學蝕刻過程中增加超聲波振蕩，使得徑跡蝕刻速度\大大增加，在相同時間內，徑向孔徑大大增加，進一步為大孔的形成創造條件，而由於超聲波振蕩對體蝕刻速度Vg沒有影響，從而導致徑跡蝕刻速度比大大增加，使得孔型更接近於柱狀。該方法製備工藝簡單，成本低，可以大量普及並實現產業化， 採用該工藝製備的薄膜由於上端為大孔，可以起到預過濾的作用，截留Φ8 Φ12μπι以上的大微粒，截留率達到98%以上；下端為小孔，可以起到終端過濾作用，截留Φ1 Φ5μπι以上的小微粒，截留率達到98%以上，與傳統工藝製備的Φ1 Φ5μπι核孔膜相比，其納汙能力增加5 8倍。
具體實施例下面結合具體實施例對本發明的小孔徑核孔濾膜的製備方法作詳細說明步驟1 採用高能直線加速器以15 25MeV能量對氪離子進行加速，加速後的氪離子經離子速流管道進入低真空輻照室，並直接輻照在預先放置在輻照室內的薄膜上，該薄膜為厚度20 30 μ m之間的PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)或PC(聚碳酸酯)塑料薄膜，氪離子僅穿透薄膜厚度的1/2 2/3，在穿透過程中，因電離作用，形成大孔徑柱狀徑跡損傷區。步驟2 將PET或PC塑料薄膜翻面，再採用高能直線加速器以70 SOMeV能量對氧離子進行加速，輻照薄膜的另一面，因氧離子電荷及質量小，且輻照能量高，氧離子穿透薄膜並形成小孔徑柱狀徑跡損傷區。 步驟3 在化學蝕刻前端，將氧離子輻照的膜面塗抹一薄層油膜，厚度為2 4 μ m。步驟4 將塗抹油膜後的薄膜放入帶超聲波裝置(振蕩頻率30 40KHZ)並置有 12mol/L的NaOH溶液的鹼性蝕刻槽中蝕刻10 30分鐘，溫度保持在40 50°C，且蝕刻時持續以超聲波振蕩鹼性蝕刻液。在其他的應用實例中，還可以根據蝕刻溶液的濃度對蝕刻時間進行相應的調整。以上述步驟製備的一批核孔濾膜，通過調整化學參數，可製備出系列柱狀大孔內套有若干小孔的複合孔核孔濾膜，用透射電鏡測量核孔濾膜的孔徑，得出該批核孔濾膜均為每個大孔內套有2 20個小孔，大孔孔徑為Φ8 Φ12μπκ小孔孔徑為Φ1 Φ5μπι 的近似柱狀孔，合格率為100%。
權利要求
1.一種複合孔核孔濾膜，其特徵在於所述核孔濾膜的厚度介於20 30 μ m之間，核孔為大孔內套有若干小孔的複合孔。
2.根據權利要求1所述的複合孔核孔濾膜，其特徵在於膜材核孔的上半部分為大孔， 孔徑為Φ8 Φ 12 μ m;下半部分為小孔，孔徑為Φ1 Φ5μπι。
3.根據權利要求1所述的複合孔核孔濾膜，其特徵在於核孔濾膜的基材選自PET或PC 聚酯薄膜。
4.一種複合孔核孔濾膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟採用兩種不同質量及能量的高能離子分別對聚酯薄膜的兩面進行輻照，首先採用質量較重的高能離子以較低的能量加速後輻照薄膜的一面，使其只穿透薄膜厚度的1/2 2/3， 形成柱狀損傷區；然後採用質量較輕的高能離子以較高的能量加速後輻照薄膜的另一面， 可穿透或不穿透薄膜，形成柱狀損傷區；將質量較輕、能量較高的離子輻照的膜面塗覆一薄層油膜；將薄膜浸入帶超聲波裝置的鹼性蝕刻槽蝕刻，蝕刻時持續以超聲波振蕩鹼性蝕刻液， 控制蝕刻時間及蝕刻溫度，蝕刻後製得柱狀大孔內套有若干小孔的複合孔核孔濾膜，大孔孔徑為Φ 8 Φ 12 μ m，小孔孔徑為Φ 1 Φ 5 μ m。
5.根據權利要求4所述的複合孔核孔濾膜的製備方法，其特徵在於所述質量較重的高能離子為氪離子；所述質量較輕的高能離子為氧離子；所述較低的能量範圍為15 25MeV ；所述較高的能量範圍為70 SOMeV ；
6.根據權利要求4所述的複合孔核孔濾膜的製備方法，其特徵在於所述塗覆一薄層油膜的厚度為2 4μπι;
7.根據權利要求4所述的複合孔核孔濾膜的製備方法，其特徵在於所述的超聲波振蕩頻率30 40ΚΗΖ，蝕刻時間為10 30min，蝕刻溫度為30 50°C。
全文摘要
本發明涉及精密分離領域，尤其涉及一種複合孔核孔濾膜及其製備方法，濾膜基材選自PET或PC聚酯薄膜，厚度介於20～30μm之間，核孔為大孔內套有若干小孔的複合孔，大孔孔徑為φ8～φ12μm，小孔孔徑為φ1～φ5μm。本發明核孔濾膜的製備方法，包括採用兩種不同質量及能量的高能離子分別對聚酯薄膜的兩面進行輻照、將其中一面塗覆一薄層油膜、超聲波振蕩鹼性蝕刻薄膜。本發明製備的核孔濾膜具有流速高、流通量大、納汙能力好、不易堵塞且製備成本低的特點；在使用時不需要與纖維膜配套使用，解決由於纖維膜纖維易脫落、吸附性高、耐高溫性能差等導致核孔濾膜應用受限的問題，使得核孔濾膜這種高性能分離材料應用更廣泛。
文檔編號B01D67/00GK102284250SQ20111021673
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者劉曉玲, 吳其玉, 唐舟, 楊建利, 羅勇 申請人:武漢智迅創源科技發展股份有限公司