СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН Российский патент 1996 года по МПК B01D71/48 

Изобретение относится к области разделения сред с помощью полупроницаемых мембран, в частности к способу производства тpековых мембpан из полимерных пленок путем облучения их высокоэнергетическими тяжелыми ионами и обработки растворами химических травящих реагентов, и может быть использовано в производстве мембранных фильтрующих материалов.

Возросшие требования к качеству мембран (дисперсия диаметров пор, форма пор, степень чистоты мембран, механическая прочность, фильтрационные характеристики и т.д.) обусловливают особые требования к способу производства трековых мембран, качество которых и определяет эффективность процессов способа. С точки зрения улучшения фильтрационных характеристик уменьшение толщины мембран, а также увеличение их пористости ограничено механической прочностью самого фильтрующего материала. Полимерные трековые мембраны толщиной 20 мкм и более имеют более высокие, по сравнению с тонкими мембранами, прочностные характеристики, что позволяет увеличить пористость мембран, не ухудшая селективности работы фильтра, что в конечном счете приводит к ускорению микро- и ультрафильтрационных процессов с их использованием.

Известен способ получения фильтрующего материала толщиной до 20 мкм с коническими порами, согласно которому пленку облучают заряженными частицами и далее подвергают воздействию травящего реагента и нейтрализатора [1] Несмотря на то, что этот способ позволяет исключить в процессе травления облученных полимерных пленок образование области с минимальным диаметром в центральной части продольного сечения пор, он имеет существенные недостатки. Необходимо дополнительное аппаратурное оформление для поддержания вытравливающего реактива в контакте с одной поверхностью облученной пленки и нейтрализатора или инертную (воздушную) среду в контакте с другой поверхностью; постоянная корректировка концентрации травящего реагента снижает эффективность процесса. Фильтрующие материалы с коническими порами обладают недостаточно высоким качеством и фильтрационными характеристиками.

Известен способ получения асимметричных микропористых мембран, согласно которому исходную мембрану подвергают двойному облучению тяжелыми ионами с последующим травлением после каждого облучения [2] Энергия частиц первого облучения достаточна для частичного проникновения в мембрану. При втором облучении частицы проходят сквозь мембрану. После травления мембрана имеет два вида пор с большим диаметром на одной поверхности и с меньшим на обеих сторонах. Этот способ имеет два недостатка. Во-первых, поры с малым диаметром располагаются хаотично и их количество, проходящее через крупные поры, не превышает пористости на поверхности мембраны, которая ограничена механической прочностью материала мембраны. Вероятность попадания малых пор в большие поры зависит от углов падения пучков облучаемых ионов, которые на каждой стадии облучения должны быть различны. Во-вторых, на второй стадии облучения и травления за счет возможного слияния пор будет наблюдаться уменьшение селективности действия мембраны.

Известен способ производства трековых мембран, содержащий облучение полимерной пленки ускоренными ионами тяжелых элементов, сенсибилизацию треков облучением ультрафиолетовым светом, травление деструктированных треков раствором неорганического реагента, нейтрализацию остатков травителя уксусной кислотой, промывку мембраны дистиллированной водой и сушку горячим воздухом [3]
Недостатком известного способа является невысокая эффективность процесса, обусловленная тем, что продукты травления треков, нейтрализации и промывки не выводятся из процесса, что приводит к росту концентрации загрязнений, снижающих качество мембран и степень их частоты.

Наиболее близким изобретению является способ изготовления трековых мембран, включающий облучение полиэтилентерефталатной (ТЭТФ) пленки ускоренными высокоэнергетическими ионами тяжелых металлов, сенсибилизацию треков горячим раствором диметилформамида, отмывку пленки водой от раствора сенсибилизатора, травление треков раствором гидроокиси натрия, нейтрализацию травящего реагента раствором уксусной кислоты, отмывку мембраны водой и сушку горячим воздухом [4]
Однако этот способ имеет несколько недостатков. Во-первых, в качестве сенсибилизатора используется одно из наиболее вредных химических веществ, при работе с которым, кроме средств индивидуальной защиты, необходимы специальные меры по обезвреживанию вредных выбросов и промстоков. В качестве раствора нейтрализации также используется экологически вредное вещество уксусная кислота, требующая внедрения значительных дополнительных затрат по охране окружающей природной среды. Во-вторых, не предусмотрена очистка травящего реагента от продуктов деструкции треков пленки. Накопление продуктов и увеличение их концентрации в зоне реакции снижает скорость процесса выщелачивания, что в свою очередь снижает эффективность способа, увеличивает содержание в пленке загрязняющих веществ, а также приводит к появлению дефектов пленки, снижающих ее качество (проколы, прорывы и т.п.). В-третьих, снижение качества мембран обусловлено также отсутствием очистки промывной воды от продуктов реакции, загрязняющих мембрану в процессе ее отмывки. Кроме этого, при использовании мембран в медицинской промышленности качество отмытых мембран может быть недостаточным с точки зрения наличия остаточных форм бактерий и органических веществ.

Цель изобретения повышение эффективности процесса и качества трековых мембран.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе после сенсибилизации облученной ПЭТФ-пленки осуществляют травление активированных треков до образования каналов размером 0,3-0,5 от требуемого диаметра пор, удаляют продукты травления из каналов пор воздействием деионизованной воды, а затем осуществляют радиальное травление внутренней поверхности каналов до требуемого диаметра пор мембраны, а перед сушкой мембраны осуществляют ее стерилизацию анолитом воды с водородным показателем менее 5. Травление и удаление продуктов осуществляют одновременно с воздействием на пленку ультразвуковых колебаний при 60-90^оС.

П р и м е р 1. Полиэтилентерефталатную пленку толщиной 23 мкм облучают ускоренными ионами криптона с интенсивностью облучения 10⁸ ионов см². Далее полимерную пленку подвергают сенсибилизации путем воздействия ультрафиолетового излучения с длиной волны 300 нм и интенсивностью потока 10¹⁶ см^-2·с^-1.

Для получения мембраны с диаметром пор 0,7 мкм облученную пленку обрабатывают в травильном растворе NaOH концентрации 3,3 N при 76^оС в течение 4 мин. При травлении пленку подвергают воздействию ультразвуковых колебаний частотой 18 кГц, генерируемых магнитостриктерами. После травления диаметр канала пор, измеренный по фотографиям с электронного микроскопа ISM, составил 0,28-0,3 мкм. Затем пленку выдерживают в деионизованной воде марки А ОСТ 11.029.003-80 при 76^оС в течение 5 мин при воздействии ультразвуковых колебаний частотой 18 кГц, генерируемых магнитостриктерами. После этого пленку подвергают повторному травлению гидроокисью натрия концентрации 3,3 N при 76^оС в течение 5 мин. После травления пленку тщательно отмывают деионизованной водой марки А при 25^оС. В результате были получены мембраны с цилиндрическими порами диаметром 0,70-0,71 мкм.

Далее отмытую мембрану выдерживают в анолите воды с водородным показателем 4, 5, обладающем биоцидными свойствами, в течение 45 мин при 30^оС, а затем высушивают горячим воздухом с температурой 55^оС. После выдержки мембран в анолите и сушки оценивалось качество стерилизации мембран путем анализа водной вытяжки при кипячении мембран на содержание органических веществ и колоний микроорганизмов. Количество органических веществ в исследуемой пробе составило менее 0,1 мг/л, колоний микроорганизмов не обнаружено.

П р и м е р 2. Полиэтилентерефталатную пленку толщиной 23 мкм облучают тяжелыми ионами и ультрафиолетовым светом в соответствии с режимами, указанными в примере 1. Для получения мембран с диаметром пор 0,2 мкм облученную пленку обрабатывают в растворе NaOH концентрации 3,3 N при 74^оС в течение 1,5 мин при воздействии ультразвуковых колебаний в соответствии с примером 1.

После травления диаметр канала пор, измеренный по фотографиям с электронного микроскопа, составил 0,1 мкм. После этого пленку выдерживают в деионизованной воде марки А при температуре 74^оС в течение 3 мин при воздействии ультразвуковых колебаний согласно примеру 1. Далее пленку повторно обрабатывают в растворе NaOH концентрации 3,3 N при температуре 74^оС в течение 2,5 мин и тщательно отмывают деионизованной водой марки А при 25^оС. В результате были получены мембраны с цилиндрическими порами, измеренными по фотографиям с электронного микроскопа JSM, диаметром 0,20-0,21 мкм.

Затем отмытую мембрану выдерживают в анолите воды с водородным показателем 4,2 в течение 40 мин при 30^оС и высушивают горячим воздухом с температурой 55^оС.

После сушки мембран оценивалось качество их стерилизации путем анализа водной вытяжки при кипячении мембран на содержание органических веществ и колоний микроорганизмов. Количество органических веществ в исследуемой пробе составило мене 0,1 мг/л, колоний микроорганизмов не обнаружено.

Использование: производство мембранных фильтрующих материалов. Сущность изобретения: исходную полиэтилентерефталатную пленку облучают высокоэнергитическими ионами тяжелых металлов. Проводят сенсибилизацию треков ультрафиолетовым светом. Затем осуществляют травление их раствором неорганического реагента одновременно с воздействием на пленку ультразвуковых колебаний при 60 - 90^oС в две стадии. Сначала получают каналы размером 0,3 - 0,5 от требуемого диаметра пор мембраны. Удаляют продукты травления деионизированной водой. Затем - до требуемого диаметра пор. Остатки реагентов нейтрализуют, мембрану промывают водой, стерилизуют анолитом воды с pH менее 5 и сушат.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН облучением полиэтилентерефталатной пленки высокоэнергетическими ионами тяжелых металлов, сенсибилизацией треков, травлением их раствором неорганического реагента, нейтрализацией остатков реагента, промывкой водой и сушкой, отличающийся тем, что сенсибилизацию треков осуществляют ультрафиолетовым светом, травление проводят одновременно с воздействием на пленку ультразвуковых колебаний при 60 - 90 С в две стадии - сначала до образования каналов размером 0,3 - 0,5 требуемого диаметра пор мембраны, а затем после удаления продуктов травления деионизированной водой - до требуемого диаметра пор, перед сушкой пленку стерилизуют анолитом воды с рН < 5.