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日本膜技术：平均流量孔径为30nm以下的微孔的膜
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作者:pro10845f02
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发布时间: 2014-08-26
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一、树脂多孔膜技术状况
具有微小通孔的树脂多孔膜可以通过拉伸由氟树脂制成的膜来制造，其中氟树脂主要由聚四氟乙烯(PTFE)构成。主要由PTFE形成的树脂多孔膜具有优异的耐化学性和耐热性，因而被用作过滤微细粒子的过滤膜(过滤体)。现有技术，目前由PTFE制成的树脂多孔膜可以通过如下方法制造。首先，将助挤剂混入PTFE细粉末中。然后，将所述混合物糊料挤出以得到所需形状。将所述成形体加热以达到半烧结的状态(未烧结部分和烧结部分混合在一起的状态，该状态通过仅熔融一部分成形体而产生)。最后，将经处理的成形体拉伸成为多孔状。在上述说明中，首先，利用乳液聚合或其他方式使四氟乙烯聚合以形成直径为0.15μm至0.35μm的PTFE颗粒(一次粒子)，然后进行造粒以得到几百微米至几千微米的直径，由此来制造PTFE细粉末。然而，PTFE在PTFE没有完全熔融的半烧结状态下被拉伸。因而，所述方法基本上为粉末成型，因此在拉伸前颗粒之间存在间隙。从而难以制造孔径均匀的微孔膜。
另外具有很少缺陷(如空隙和裂纹)的氟树脂无孔膜的制造方法。首先，将氟树脂粉末(如PTFE细粉末)分散在分散介质中以制得氟树脂分散体，并将该氟树脂分散体涂布在平滑膜上。然后，将分散介质蒸发，并将氟树脂粉末烧结以使之完全熔融。该文献提到，在上述工序之后，通过拉伸该氟树脂无孔薄膜使之变成多孔薄膜，就能得到具有孔径均匀的微孔、高孔隙率且不含缺陷的氟树脂薄膜，并且可有利地将该氟树脂薄膜用作微细粒子的过滤膜。现有技术中通过将如上所述形成的氟树脂薄膜与可拉伸的支持体接合在一起，并随后在低于30°C下进行拉伸，就能够制造这样的氟树脂多孔薄膜:即使该薄膜的厚度在50μm以下，其仍具有能够除去微小颗粒的微孔，并且其具有高孔隙率。特别地，此方法可应用于平均流量孔径在45nm以下的氟树脂多孔薄膜的制造。
二、存在技术问题和日本新技术
虽然现有技术能够制造用于过滤微细粒子的微孔膜，但是市场也需要具有更微小的孔径以有效过滤更微细的粒子的氟树脂多孔薄膜(微孔膜)。此外，市场还需要具有更窄的孔径分布的微孔膜，这是因为要得到更加出色的分级性能，平均流量孔径与最大孔径之间的差值需要很小。
尽管有上述说明，但是在深入研究之后发现，当孔径显著降低时，由常规方法制造的PTFE微孔膜趋于使较大孔径区域中的孔径分布变宽，从而导致不能以高效率(以足够高的分级性能)除去微细的杂质粒子。另外，还发现，当孔径相当小时，过滤流速(处理量)趋向于变得特别小，这就需要大规模的装置。具体而言，在微孔膜的平均流量孔径为30nm以下的情况下，表面处具有开口的孔的尺寸变大。因此，上述问题变得引人注目。
日本最新研制的新技术：目的是提供这样的氟树脂微孔膜:该氟树脂微孔膜为具有极小孔径以及窄孔径分布的微孔膜，并且当被用作过滤膜时，其能够高效地除去微小的杂质颗粒。新技术的另一个目的是提供由前述微孔膜和多孔支持体组成的树脂多孔膜复合体，以及所述复合体的制造方法，并提供包括前述树脂多孔膜复合体的分离膜元件。
解决问题的手段
为解决上述问题，日本深入研究并因此发现，能够通过以下方法得到具有平均流量孔径为30nm以下的微孔的膜。首先，将与六氟丙烯或全氟烷基醚部分共聚的PTFE(改性PTFE)用作制造细粉末的材料。将该细粉末形成为膜状。将所形成的膜加热到改性PTFE的熔点或更高的温度以烧结细粉末，然后进行拉伸。新技术人还发现，即使当孔径为如上所述的极小孔径时，上述方法仍能够制造具有窄孔径分布的膜。这样，完成了新技术。
该技术详细工艺配方及制造方法请见：《国内外聚四氟乙烯(PTFE)过滤膜制造新技术工艺配方汇编》
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