非對(duì)稱膜的制作方法
【專利說(shuō)明】非對(duì)稱膜
[0001 ] 本申請(qǐng)為申請(qǐng)?zhí)枮?01310040428.4,申請(qǐng)日為2013年2月1日，發(fā)明名稱為"非對(duì)稱 膜"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中已知在上游表面上具有大孔徑、在下游表面上具有較小孔徑以及在從 上游表面到下游表面的方向上平均孔徑減小的非對(duì)稱膜(這種膜能夠稱作具有"V形孔結(jié) 構(gòu)"）。然而，常規(guī)非對(duì)稱膜可能具有較低的性能、容量和壽命期。
[0004] 因此，需要改進(jìn)非對(duì)稱膜。
[0005] 發(fā)明簡(jiǎn)述
[0006] 依照本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了非對(duì)稱膜，其包括：（a)第一多孔外表面；（b)第二 多孔外表面；（c)在第一多孔外表面和第二多孔外表面之間的多孔主體，多孔主體具有第一 多孔區(qū)域和第二多孔區(qū)域，第一多孔區(qū)域接觸第二多孔區(qū)域；（d)第一非對(duì)稱多孔區(qū)，第一 非對(duì)稱多孔區(qū)包括第一外表面并延伸到主體的第一多孔區(qū)域中并包括主體的第一多孔區(qū) 域；（e)第二非對(duì)稱多孔區(qū)，第二非對(duì)稱多孔區(qū)包括第二外表面并延伸到主體的第二多孔區(qū) 域中并包括主體的第二多孔區(qū)域;其中第一非對(duì)稱多孔區(qū)包括從第一外表面到主體的第一 多孔區(qū)增加的第一多孔非對(duì)稱性，且第二非對(duì)稱多孔區(qū)域包括從第二外表面到主體的第二 多孔區(qū)增加的第二多孔非對(duì)稱性，第一多孔表面具有第一平均孔徑，第二多孔表面具有第 二平均孔徑，其中第一平均孔徑大于第二平均孔徑。
[0007] 本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供了膜，其包括:包括孔、上游部分和下游部分的第一上 游區(qū)；和包括孔、上游部分和下游部分的第二下游區(qū)，其中第一區(qū)的孔具有在從上游到下游 的方向上增加的平均孔徑，第二區(qū)的孔具有從下游到上游的方向上增加的平均孔徑，第一 區(qū)的下游部分的平均孔徑大于第一區(qū)的上游部分的平均孔徑且大于第二區(qū)的上游部分的 平均孔徑，并且第一區(qū)的平均孔徑大于第二區(qū)的平均孔徑。
[0008] 本發(fā)明的其他實(shí)施方案提供了本發(fā)明的非對(duì)稱膜的制備方法和使用本發(fā)明的非 對(duì)稱膜處理流體的方法。
[0009] 附圖簡(jiǎn)述
[0010] 圖1顯示了用于流延依照本發(fā)明的實(shí)施方案的膜的示例概括系統(tǒng)，其顯示了第一 和第二擠出機(jī)、腔室、帶噴霧區(qū)，以及第一和第二輥。
[0011] 圖2A是依照本發(fā)明的包括聚醚砜(PES)的膜的實(shí)施方案的垂直截面的掃描電子顯 微鏡(SEM)照片。
[0012] 圖2B顯示了依照本發(fā)明的實(shí)施方案的膜的孔結(jié)構(gòu)的代表性截面圖解，示例了（a) 第一多孔外表面；（b)第二多孔外表面；（c)在第一多孔外表面和第二多孔外表面之間的多 孔主體，該多孔主體具有第一多孔區(qū)域和第二多孔區(qū)域；（d)第一非對(duì)稱多孔區(qū)；和(e)第二 非對(duì)稱多孔區(qū)。
[0013]圖3是依照本發(fā)明的膜的另一實(shí)施方案的垂直截面的SEM照片。
[0014]圖4A是依照本發(fā)明的膜的橫向的第二外表面的放大SEM照片。
[0015]圖4B是依照本發(fā)明的膜的橫向的第一外表面的放大SEM照片。
[0016] 圖5A是依照本發(fā)明的包括聚偏二氟乙烯(PVDF)的膜的實(shí)施方案的垂直截面的SEM 照片。
[0017] 圖5B顯示了依照本發(fā)明的實(shí)施方案的膜的孔結(jié)構(gòu)的代表性截面圖解，示例了包括 上游部分和下游部分的第一上游區(qū)和包括上游部分和下游部分的第二下游區(qū)。
[0018] 圖6A是依照本發(fā)明的膜的另一實(shí)施方案的垂直截面的SEM照片。
[0019 ]圖6B-6D分別是圖6A的膜在60-62區(qū)域處的垂直截面的放大SEM照片。
[0020] 發(fā)明詳述
[0021] 有利地，與常規(guī)的具有V形孔結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱膜相比，依照本發(fā)明的膜表現(xiàn)出減少的 結(jié)垢程度并提供提高的性能、容量和壽命期。不被任何特定的理論所束縛，相信通過(guò)第一區(qū) 的表面(例如上游表面)的孔的大尺寸和中尺寸滲余顆粒的數(shù)量減少了，由此減少了能夠堵 塞依照本發(fā)明的膜的內(nèi)部（即第一區(qū)的下游部分)的孔的滲余顆粒的存在量。因?yàn)榈谝粎^(qū)下 游部分的平均孔徑優(yōu)選大于第一區(qū)上游部分的平均孔徑且也大于第二區(qū)上游部分的平均 孔徑，因此膜能夠有利地在膜的內(nèi)部為滲余顆粒(例如小的滲余顆粒)和濾液提供更多的空 間。因?yàn)榈诙^(qū)的平均孔徑小于第一區(qū)的平均孔徑，因此通過(guò)第二區(qū)的表面(例如下游表 面)的孔的滲余顆粒(例如小的滲余顆粒)的數(shù)量減少且濾液通過(guò)第二區(qū)的表面的孔。
[0022] 依照本發(fā)明的實(shí)施方案，參照示意的圖2B中所示的孔結(jié)構(gòu)，提供了非對(duì)稱膜，其包 括(a)第一多孔外表面32; (b)第二多孔外表面33; (c)在第一多孔外表面和第二多孔外表面 之間的多孔主體34,多孔主體34具有第一多孔區(qū)域35和第二多孔區(qū)域36,第一多孔區(qū)域35 接觸第二多孔區(qū)域36; (d)第一非對(duì)稱多孔區(qū)37,第一非對(duì)稱多孔區(qū)37包括第一外表面32并 延伸到主體34的第一多孔區(qū)域35中并包括主體34的第一多孔區(qū)域35;和（e)第二非對(duì)稱多 孔區(qū)38,第二非對(duì)稱多孔區(qū)38包括第二外表面33并延伸到主體34的第二多孔區(qū)域36中并包 括主體34的第二多孔區(qū)域36;其中第一非對(duì)稱多孔區(qū)37包括從第一外表面32到主體34的第 一多孔區(qū)域35增加的第一多孔非對(duì)稱性，且第二非對(duì)稱多孔區(qū)38包括從第二外表面33到主 體34的第二多孔區(qū)域36增加的第二多孔非對(duì)稱性，第一多孔表面32具有第一平均孔徑，第 二多孔表面33具有第二平均孔徑，其中第一平均孔徑大于第二平均孔徑。
[0023] 依照本發(fā)明的實(shí)施方案，膜包括第一多孔外表面和第二多孔外表面。對(duì)于依照本 發(fā)明的實(shí)施方案的流體流動(dòng)，第一多孔外表面是上游表面，第二多孔外表面是下游表面。在 可替代的實(shí)施方案中，第一多孔外表面是下游表面，第二多孔外表面是上游表面。
[0024] 依照本發(fā)明的實(shí)施方案，膜包括在第一多孔外表面和第二多孔外表面之間的多孔 主體。多孔主體可以具有第一多孔區(qū)域和第二多孔區(qū)域。對(duì)于依照本發(fā)明的實(shí)施方案的流 體流動(dòng)，第一多孔區(qū)域是上游區(qū)域，第二多孔區(qū)域是下游區(qū)域。在可替代的實(shí)施方案中，第 一多孔區(qū)域是下游區(qū)域，第二多孔區(qū)域是上游區(qū)域。
[0025] 依照本發(fā)明的實(shí)施方案，本發(fā)明包括第一非對(duì)稱多孔區(qū)和第二非對(duì)稱多孔區(qū)。對(duì) 于依照本發(fā)明的實(shí)施方案的流體流動(dòng)，第一非對(duì)稱多孔區(qū)是上游區(qū)，第二非對(duì)稱多孔區(qū)是 下游區(qū)。在可替代的實(shí)施方案中，第一非對(duì)稱多孔區(qū)域是下游區(qū)，第二非對(duì)稱多孔區(qū)域是上 游區(qū)。第一非對(duì)稱多孔區(qū)可以包括第一外表面，且可以延伸到本體的第一多孔區(qū)域中并包 括本體的第一多孔區(qū)域。第二非對(duì)稱多孔區(qū)可以包括第二外表面，且可以延伸到本體的第 二多孔區(qū)域中并包括本體的第二多孔區(qū)域。
[0026] 膜的第一區(qū)可以具有任意適合的厚度。依照本發(fā)明的實(shí)施方案，膜的第一區(qū)可以 具有在從小于約10微米(Ml)到大于約250_的范圍內(nèi)（約10WI1-約250WI1，或約lOOwn-約200y m)的厚度。膜的第一區(qū)可以例如占膜總厚度的約5% (或更少)-約95% (或更多）、約15%-約 85%、約30%-約70%、或約45%-約55%。
[0027]膜的第二區(qū)可以具有任意適合的厚度。膜的第二區(qū)可以具有約l〇Mi(或更?。約 400wii(或更大)或約30wii-約IOOmi范圍內(nèi)的厚度。膜的第二區(qū)可以例如占膜總厚度的約4% (或更少)_約85% (或更多）、約10%-約80%、約20%-約70%、或約40%-約50%。
[0028] 依照本發(fā)明的實(shí)施方案，第一非對(duì)稱多孔區(qū)包括從第一外表面到主體的第一多孔 區(qū)域增加的第一多孔非對(duì)稱性。依照本發(fā)明的實(shí)施方案，第二非對(duì)稱多孔區(qū)包括從第二外 表面到該區(qū)域的第二多孔區(qū)增加的第二多孔非對(duì)稱性。
[0029] 在這方面，包括此處的區(qū)和區(qū)域的膜是非對(duì)稱的。此處所用的"非對(duì)稱"表示在跨 越膜本身或膜的給定區(qū)的截面(例如垂直截面)上平均孔結(jié)構(gòu)的變化。非對(duì)稱的膜或區(qū)具有 在整個(gè)膜或區(qū)上變化的平均孔結(jié)構(gòu)(通常平均孔徑）。通常，平均孔徑從一個(gè)部分或表面到 另一個(gè)部分或表面尺寸降低(例如平均孔徑從上游部分或表面到下游部分或表面降低）。然 而，本發(fā)明的實(shí)施方案也包括了其他類型的非對(duì)稱性，例如在非對(duì)稱區(qū)的厚度內(nèi)的某個(gè)位 置處孔徑經(jīng)過(guò)最小孔徑。第一非對(duì)稱多孔區(qū)和/或第二非對(duì)稱多孔區(qū)的孔徑可以具有在一 定方向（例如從上游到下游的方向、從下游到上游的方向、從第一多孔外表面到第二多孔外 表面的方向或從第二多孔外表面到第一多孔外表面的方向）上增加的平均孔徑。在這方面， 膜的第一和第二區(qū)各自都可以是非對(duì)稱的。膜，包括其區(qū)、區(qū)域和部分，都能夠具有任意適 合的孔徑梯度或比率，例如約1.1或更小、或約100.0或更大、約1.1-約100.0、約5.0-約 95.0、約10.0-約90.0、約15.0-約85.0、約20.0-約80.0、約25.0-約75.0、約30.0-約70.0、約 35.0-約 65.0、約40.0-約60.0、約1.1-約10.0、約2.0-約10.0、或約1.1-約 5.0。這種非對(duì)稱 性能夠通過(guò)將區(qū)的一個(gè)主表面上的平均孔徑與