СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕМБРАН Российский патент 1995 года по МПК B01D67/00 B01D71/00 

Изобретение относится к производству фильтрующих мембран, в частности асимметричных полупроницаемых мембран, например, для разделения смесей газов, фракционирования растворов высоко- и низкомолекулярных веществ, обессоливания воды.

Известен способ изготовления мембран, включающий смешивание с растворителем полимера, формирование смеси в тонкий слой, выдержку на воздухе, охлаждение смеси до уровня ниже температуры стеклования, удаление растворителя испарением.

Недостатками такого способа являются длительность и сложность технической реализации серийного изготовления мембран, невоспроизводимость их физических параметров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления микропористых мембран, включающий смешивание с растворителем олигомера или мономера, или их комбинации, формирование смеси в тонкий слой, проведение полимеризации при инициирующем воздействии, удаление растворителя.

Недостатком этого способа является получение мембран с порами, размеры которых одного порядка по всей ее толщине, что резко снижает производительность таких мембран.

Задача изобретения обеспечение получения асимметричных мембран с тонким мелкопористым барьерным рабочим слоем, увеличение производительности мембран и повышение воспроизводимости.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления мембран, включающем смешивание с растворителем олигомера или мономера или их комбинации, формирование смеси в тонкий слой, проведение полимеризации при инициирующем воздействии, удаление растворителя, согласно изобретению формирование смеси в тонкий слой осуществляют между двумя подложками, при этом для подложки со стороны заданного барьерного слоя используют материал с поверхностным натяжением на границе материал подложки олигомерная или мономерная, или олигомер мономерная составляющая смеси меньшим, чем на границе материал подложки растворитель, а для подложки со стороны заданного пористого слоя используют материал с поверхностным натяжением на границе материал подложки олигомерная или мономерная, или олигомер мономерная составляющая смеси большим, чем на границе материал подложки растворитель.

Мерой взаимодействия поверхности с жидкостью является поверхностное натяжение, при этом чем выше энергия взаимодействия, тем ниже поверхностное натяжение на границе поверхность-жидкость.

Таким образом, в зависимости от энергии взаимодействия на поверхности подложки может происходить концентри- рование или олигомера (мономера или олигомер мономера) или растворителя. В случае, когда поверхностное натяжение на границе раздела материал подложки олигомерная составляющая смеси меньше поверхностного натяжения на границе раздела материал подложки растворитель, происходит концентрирование олигомера на границе раздела. Это приводит при полимеризации к образованию на границе раздела плотного мелкопористого барьерного слоя.

В противоположном случае на границе раздела концентрируется растворитель и образуется относительно толстый крупнопористый слой.

Проведение формирования смеси между двумя подложками с разной энергией взаимодействия обеспечивает получение асимметричной мембраны с тонким мелкопористым барьерным слоем.

Величину поверхностного натяжения оценивают по капиллярному поднятию жидкости, между параллельными пластинами, используемых материалов, с одной стороны, из выражения
h (1) где σ_г-ж поверхностное натяжение на границе газ-жидкость;
d расстояние между пластинами;
θ угол смачивания материала жидкостью;
ρ плотность жидкости;
ρ_o плотность газа;
g ускорение свободного падения
C другой стороны, поверхностное натяжение на границе материал-воздух σ_м-г связано с углом смачивания жидкостью материала и поверхностным натяжением на границах воздух-жидкость σ_г-ж и материал-жидкость σ_м-ж, законом Юнга
σ_м-г σ_м-ж+ σ_г-ж сos θ. (2)
Из соотношений (1) и (2) вытекает выражение для определения величины поверхностного натяжения на границе материал-жидкость
σ_м-г-σ_м-ж h·d(ρ-ρ_o)g (3)
Для конкретного материала величина поверхностного натяжения на границе раздела материал-воздух постоянна, поэтому возможно сравнение поверхностного натяжения на границе раздела материал-жидкость для одного материала по высоте капиллярного поднятия различных жидкостей.

Чем меньше величина (σ_м-г- σ_м-ж), тем выше σ_м-ж и, соответственно увеличение ( σ_м-г σ_м-ж) говорит об уменьшении σ_м-ж.

Предлагаемый способ изготовления асимметричных мембран реализуется следующим образом.

Готовят композицию смешением 55 об. α,ω диметакрилат бисэтиленгликолькарбонат диэтиленгликоля ТУ-113-03-617-87 и 45 об. этилового спирта. После перемешивания смесь отливают между полиэтиленовой и полиэтилентерефталатной подложками и формируют равномерный тонкий слой. После этого проводят полимеризацию олигомерной составляющей смеси при инициирующем воздействии, например, облучают пучком ускоренных электронов с энергией 5 мэВ и током 100 мкА в течение 3 мин (поглощенная доза 3,3 М рад). Затем испарением удаляют этиловый спирт. В результате получают асимметричную мембрану с плотным барьерным поверхностным слоем толщиной 1 мкм со стороны полиэтилентерефталатной пленки и пористой основой со стороны полиэтилена.

Для наглядности соотношения по поверхностным натяжениям на границах используемых в примере материалов сведены в таблицу.

В целях улучшения механической прочности мембраны формирование в тонкий слой осуществляют пропиткой выбранной смесью стеклосетки. В этом случае также получают асимметричную мембрану с барьерным слоем, но армированную сеткой.

Проведенные экспериментальные работы по изготовлению мембран с различными подложками, олигомерными, мономерными, олигомер-мономерными составляющими смеси, растворителями и при различных инициирующих полимеризацию воздействиях показывают устойчивый эффект образования асимметричных мембран с мелкопористым барьерным слоем толщиной около 1 мкм, только при соблюдении условия соотношений поверхностных натяжений на границах подложка составляющая смеси и подложка растворитель.

Этим условием является то, что для подложки со стороны заданного барьерного слоя используют материал с поверхностным натяжением на границе материал подложки cоcтавляющая cмеcи меньшим, чем на границе материал подложки растворитель, а для подложки со стороны заданного пористого слоя используют материал с поверхностным натяжением на границе материал подложки составляющая смеси большим, чем на границе материал подложки растворитель.

Полученные по предлагаемому способу асимметричные мембраны обладают такой структурой барьерного слоя и размером ее пор, которые позволяют использовать их для разделения смесей газов, фракционирования растворов, обессоливания воды.

Благодаря уменьшению толщины рабочего слоя мембраны обеспечивается увеличение пропускной способности.

Изобретение относится к производству фильтрующих мембран, в частности асимметричных полупроницаемых мембран, например, для разделения смесей газов, фракционирования растворов, обессоливания воды. Способ изготовления мембран включает в себя смешивание с растворителем олигомера, мономера или их комбинации, формирование смеси в тонкий слой, проведение полимеризации при инициирующем воздействии, удаление растворителя. Новизна способа заключается в том, что формирование смеси в тонкий слой осуществляют между двумя подложками, при этом для подложки со стороны заданного барьерного слоя используют материал с поверхностным натяжением на границе материал подложки составляющая смеси меньшим, чем на границе материал подложки растворитель. Положительный эффект заключается в обеспеченнии получения асимметричных мембран с тонким рабочим слоем, повышении производительности мембран. 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕМБРАН, включающий смешение олигомера и/или мономера с растворителем, формирование смеси, проведение полимеризации при инициирующем воздействии и удаление растворителя, отличающийся тем, что формирование смеси осуществляют между двумя подложками с образованием двух слоев, при этом для первой подложки, расположенной со стороны барьерного слоя, используют материал с поверхностным натяжением на границе материал подложки олигомерная и/или мономерная составляющая смеси меньшим, чем на границе материал подложки - растворитель, а для второй подложки, расположенной со стороны пористого слоя, используют материал с поверхностным натяжением на границе материал подложки - олигомерная и/или мономерная составляющая смеси большим, чем на границе материал подложки растворитель.