CN106310983A - 一次性聚醚砜空气微滤膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一次性聚醚砜空气微滤膜及其制备方法，所述空气微滤膜以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜9～15％、溶剂57～87.5％、表面粗糙剂1～10％、成孔剂1～8％和防水纳米粉0.5～10％，按比例将聚醚砜和溶剂混合，在25～80℃搅拌3～5h，按比例加入表面粗糙剂、成孔剂和防水纳米粉，继续搅拌8～15h，过滤，真空脱泡8～20h得到铸膜液；将铸膜液浇铸在支撑体上，用刮刀刮膜得到初生膜；将初生膜在空气中停留15～180s将溶剂挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中清洗后，在70～110℃烘干2～15min得到一种开孔率高、疏水高、阻水高、表面水接触角大的空气微滤膜。

Description

一次性聚醚砜空气微滤膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及空气微滤膜技术领域，具体是一种一次性聚醚砜空气微滤膜及其制备方法。

背景技术

目前市场上用于空气过滤的材料，如醋酸纤维素膜、聚丙烯溶喷纤维膜、尼龙膜、核孔膜均存在不同的缺点：醋酸纤维素膜，原料是从棉花中提炼的，强度差，宜粉化，而且易被许多微生物侵蚀而分解，当微生物的种类及取代的化学基团不同时，膜性能被破坏的程度也不相同；聚丙烯膜由于采用高温熔喷拉丝法制成，其膜表面由许多的裸露在外的长纤维组成，它耐酸耐碱，强度也好，但是纤维易脱落，生产的膜孔径也较大，很难做到0.2～1.2μm的膜；尼龙膜，目前市场的膜大多使用尼龙66，强度高，但也存在耐碱不耐酸的特性，而且本身具有吸湿性，随着吸湿性的增加，空气通量降低，膜孔径易变化；核孔膜又名核径迹——蚀刻膜，是国外70年代发展起来的一种新型微孔滤膜，利用核反应堆中的热中子使铀-235裂变，裂变产生的碎片穿透有机高分塑料薄膜，在裂变碎片经过的路径上留下一条狭窄的辐照损伤通道，这通道经氧化后，用适当的化学试剂蚀刻，即可把薄膜上的通道变成圆柱状微孔，控制核反应堆的辐照条件和蚀刻条件，可以得到不同孔密度和孔径的核孔膜，但是核孔膜的制作工艺较为复杂，膜的价格高，应用受到限制。

聚醚砜(Polyethersulfone简称PES)是英国ICI公司在1972年开发并成功商品化的一种特种工程塑料，由于PES玻璃化温度高，物、化性能优良，被国外用于制造纳滤膜、超滤膜及微滤膜，还有血液透析过滤器等，用于空气过滤的比较少，用它生产的膜具有强度高、过滤效果好、流速快等优点。

传统的一次性聚醚砜空气膜以质量百分比计，由以下的原料制成：膜材料：PES，10～35％；溶剂：二甲基甲酰胺，30～75％；溶出剂：氯化钠，0～10％以及气体蒸发剂：碳酸钙，20～60％。其制备工艺为：将膜材料、溶剂、溶出剂和气体蒸发剂放入容器内，在25～85℃温度范围内搅拌0.5～6h使充分溶解，经过过滤膜脱泡，放置熟化，制得PES铸膜液；将铸膜液倒在玻璃板或其它支撑体上，用刮刀刮膜，刮刀的间隙为0.03～0.18mm，刮膜的操作温度20～45℃，相对湿 度50～90％；从刮膜进入相转化的第一阶段，初生膜在空气中20～150秒蒸发、沉淀，初步凝胶；成孔成膜后，进入第一个凝固浴，凝固浴温度控制在15～45℃，保持3～20min，第一个凝固浴成份包括水和盐酸(0～12％)，第一个凝固浴中的盐酸与膜中的碳酸钙反应生产二氧化碳，形成细孔；第二步进入第二水浴中进行清洗，第二水浴为纯化水，温度为20～90℃，保持10～60min，在30～80℃的温度中烘干。以上制备工艺的缺点是：由于上述的配方中采用气体强制成孔法，具有开孔率低、流量低、过滤效果低的缺点，还有制备过程中使用的盐酸对环境、土壤、地下水都有不小的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开孔率高、疏水高、阻水高、表面水接触角大的一次性聚醚砜空气微滤膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一次性聚醚砜空气微滤膜，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜9～15％、溶剂57～87.5％、表面粗糙剂1～10％、成孔剂1～8％和防水纳米粉0.5～10％。

作为本发明进一步的方案：所述的聚醚砜为PES-3000p，分子量为2×10⁴～5×10⁵。

作为本发明进一步的方案：所述的溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或N-甲基-2-吡咯烷酮。

作为本发明进一步的方案：所述的成孔剂为丙酮、无水乙醇、乙二醇或水。

作为本发明进一步的方案：所述的表面粗糙剂为二氧化硅。

作为本发明进一步的方案：所述的防水纳米粉为聚四氟乙烯纳米粉。

所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和溶剂加入到搅拌机内，在25～80℃搅拌3～5h，按比例加入表面粗糙剂、成孔剂和防水纳米粉，再继续搅拌8～15h，过200目滤网，真空脱泡8～20h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.15～0.35mm，刮膜温度为25～40℃，相对湿度40～80％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留15～180s将溶剂挥发成孔， 然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有20～40℃的无热原纯化水，第二清洗浴中具有25～50℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为5～20min、5～20min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在70～110℃烘干2～15min得到空气微滤膜。

作为本发明进一步的方案：所述空气微滤膜的平均孔径为0.05～1.2μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是相转化非对称膜，即膜的一面孔要大于或小于另一面的孔，故称非对称膜。由于铸膜液的组成是有机高分子PES及各种溶剂组成的，所以有机高分子是由很多很小的分子单体连结而成，高分子铸膜液通过各种途径使高分子从均相溶液中沉析出来，即分为二相：一相为高分子富相最后形成高分子膜，另一相为高分子贫相，最后成为膜中之孔，添加的表面粗糙剂使膜表面产生纳米级凹凸的结构(类似荷叶结构)，生产的膜表面疏水角更高，防水纳米粉的添加提高了膜的阻水性，在相同的铸膜液组成中，只需改变环境的温度、湿度、蒸发时间，就能改变蒸发速度常数，从而获得不同孔径的膜。

本发明采用优质塑料聚醚砜，通过液·液相分离法，工艺简单，产品成本低，符合中国消费情况，所生产的产品具有开孔率高(60～85％)、流量高(用Φ25的膜做过滤器，10kPa压力下的气体流量大于2800-3200ml)、过滤效果高(对≥0.3μm的微粒滤除率大于95％)，即具备了三高的性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例中，一次性聚醚砜空气微滤膜，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜9％、N-甲基-2-吡咯烷酮85％、表面粗糙剂2％、丙酮2％和防水纳米粉2％。

所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和N-甲基-2-吡咯烷酮加入到搅拌机内，在60℃搅 拌3h，按比例加入表面粗糙剂、丙酮和防水纳米粉，再继续搅拌10h，过200目滤网，在20℃条件下真空脱泡10h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，支撑体为玻璃板，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.2mm，刮膜温度为30℃，相对湿度70％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留70s将N-甲基-2-吡咯烷酮挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有25℃的无热原纯化水，第二清洗浴中具有25℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为5min、5min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在70℃烘干4min得到空气微滤膜。

实施例2

本发明实施例中，一次性聚醚砜空气微滤膜，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜10％、二甲基甲酰胺81％、表面粗糙剂7.5％、无水乙醇1％和防水纳米粉0.5％。

所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和二甲基甲酰胺加入到搅拌机内，在80℃搅拌5h，按比例加入表面粗糙剂、无水乙醇和防水纳米粉，再继续搅拌8h，过200目滤网，在20℃温度下真空脱泡8h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，支撑体为玻璃板，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.15mm，刮膜温度为40℃，相对湿度80％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留180s将二甲基甲酰胺挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有40℃的无热原纯化水，第二清洗浴中具有50℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为20min、20min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在70℃烘干15min得到空气微滤膜。

实施例3

本发明实施例中，一次性聚醚砜空气微滤膜，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜12％、N-甲基-2-吡咯烷酮83％、表面粗糙剂2％、丙酮1％和防水纳 米粉2％。

所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和N-甲基-2-吡咯烷酮加入到搅拌机内，在60℃搅拌3h，按比例加入表面粗糙剂、丙酮和防水纳米粉，再继续搅拌10h，过200目滤网，在20℃温度下真空脱泡10h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，支撑体为玻璃板，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.25mm，刮膜温度为28℃，相对湿度60％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留50s将N-甲基-2-吡咯烷酮挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有25℃的无热原纯化水，第二清洗浴中具有30℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为6min、8min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在80℃烘干5min得到空气微滤膜。

实施例4

本发明实施例中，一次性聚醚砜空气微滤膜，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜12％、二甲基乙酰胺83％、表面粗糙剂1％、丙酮2％和防水纳米粉2％。

所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和二甲基乙酰胺加入到搅拌机内，在80℃搅拌3h，按比例加入表面粗糙剂、丙酮和防水纳米粉，再继续搅拌15h，过200目滤网，在25℃温度下真空脱泡15h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，支撑体为玻璃板，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.30mm，刮膜温度为25℃，相对湿度55％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留30s将二甲基乙酰胺挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有20℃的无热原纯化水，第二清洗浴中具有40℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为10min、10min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在90℃烘干5min得到空气微滤膜。

实施例5

本发明实施例中，一次性聚醚砜空气微滤膜，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜13％、二甲基甲酰胺65％、表面粗糙剂8％、乙二醇6％和防水纳米粉8％。

所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和二甲基甲酰胺加入到搅拌机内，在25℃搅拌5h，按比例加入表面粗糙剂、乙二醇和防水纳米粉，再继续搅拌8h，过200目滤网，在20℃温度下真空脱泡8h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，支撑体为玻璃板，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.15mm，刮膜温度为40℃，相对湿度80％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留180s将二甲基甲酰胺挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有40℃的无热原纯化水，第二清洗浴中具有50℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为5min、5min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在110℃烘干2min得到空气微滤膜。

实施例6

本发明实施例中，一次性聚醚砜空气微滤膜，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜15％、二甲基甲酰胺80％、表面粗糙剂1％、丙酮2％和防水纳米粉2％。

所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和二甲基甲酰胺加入到搅拌机内，在25℃搅拌3h，按比例加入表面粗糙剂、丙酮和防水纳米粉，再继续搅拌15h，过200目滤网，在25℃温度下真空脱泡20h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，支撑体为玻璃板，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.35mm，刮膜温度为25℃，相对湿度40％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留15s将二甲基甲酰胺挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有20℃ 的无热原纯化水，第二清洗浴中具有40℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为10min、10min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在110℃烘干5min得到空气微滤膜。上述发明实施例所得的空气微滤膜的性能测试结果如下表1所示：

表1 实施例1-6的样品性能

本发明的一次性聚醚砜空气微滤膜主要用于医用临床输液器进气件过滤空气中的微粒和细菌。首先将空气微滤膜制成规定的形状，做成空气过滤器。空气过滤器分上壳体、下壳体，壳体是由医用高分子塑料经注塑成型得到，然后其中间放上本发明滤膜，起过滤作用。上壳体、下壳体和空气微滤膜装配后用超声波进行焊接成一体，一端进气，空气经过空气微滤膜后，其中的微粒和细菌即可被空气微滤膜截留和滤除，然后从另一端输出相对洁净的气体，在临床上使输液达到安全、有效的目的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领 域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一次性聚醚砜空气微滤膜，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料制成：聚醚砜9～15％、溶剂57～87.5％、表面粗糙剂1～10％、成孔剂1～8％和防水纳米粉0.5～10％。

2.根据权利要求1所述的一次性聚醚砜空气微滤膜，其特征在于，所述的聚醚砜为PES-3000p，分子量为2×10⁴～5×10⁵。

3.根据权利要求1所述的一次性聚醚砜空气微滤膜，其特征在于，所述的溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或N-甲基-2-吡咯烷酮。

4.根据权利要求1所述的一次性聚醚砜空气微滤膜，其特征在于，所述的成孔剂为丙酮、无水乙醇、乙二醇或水。

5.根据权利要求1所述的一次性聚醚砜空气微滤膜，其特征在于，所述的表面粗糙剂为二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的一次性聚醚砜空气微滤膜，其特征在于，所述的防水纳米粉为聚四氟乙烯纳米粉。

7.一种如权利要求1～6任一所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：按比例将聚醚砜和溶剂加入到搅拌机内，在25～80℃搅拌3～5h，按比例加入表面粗糙剂、成孔剂和防水纳米粉，再继续搅拌8～15h，过200目滤网，真空脱泡8～20h得到铸膜液；

第二步：将第一步得到的铸膜液浇铸在支撑体上，用刮刀刮膜得到初生膜，其中，刮刀的间隙高度为0.15～0.35mm，刮膜温度为25～40℃，相对湿度40～80％；

第三步：将第二步得到的初生膜在空气中停留15～180s将溶剂挥发成孔，然后依次进入第一凝固浴、第二清洗浴中进行清洗，所述第一凝固浴中具有20～40℃的无热原纯化水，第二清洗浴中具有25～50℃的无热原纯化水，所述初生膜在第一凝固浴、第二清洗浴中的停留时间分别为5～20min、5～20min，将经过第二清洗浴清洗后的初生膜在70～110℃烘干2～15min得到空气微滤膜。

8.根据权利要求7所述的一次性聚醚砜空气微滤膜的制备方法，其特征在于，所述空气微滤膜的平均孔径为0.05～1.2μm。