PTFE平板膜折叠式滤芯的研发及在医药过滤中的应用

？20．诲峡两岸膜法水处理院士髙峰论坛暨第六届全囯医药行业膜分离技术应用研讨会ＰＴＦＥ平板膜折叠式滤芯的研发及在医药过滤中的应用郭玉海，朱海霖，王峰，张华鹏，唐红艳，陈建勇（浙江理工大学，浙江省纤维材料和加工技术重点实验室，杭州310018）摘要：采用“挤出压延双向拉伸”法，通过改殳纵向拉伸倍数，制备出孔径为0．1？0．46ｆｘｍ，孔隙羊大于80％的疏水聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）平板微孔膜．制备的ＰＴＦＥ平板微孔膜具有“纤维－结点”的网状微孔结构，孔隙分布均勾．采用亲水材枓为“藤”、ＰＴＦＥ平板膜中的原纤为“树”的“藤缠树”物理亲水改性方法对ＰＴＦＥ平板膜进行亲水改性，改性后ＰＴＦＥ平板微孔膜的静态水接触角从132（下降至43（以下．随着亲水剂用量的增大，平板膜的纯水通量随之增大．关键词：ＰＴＦＥ平板膜；折叠式滤芯；“挤出压延双向拉伸”法；物理亲水改性平板微孔膜折叠式滤芯因具有高截留率、高流ＰＴＦＥ平板微孔膜良好的亲水性，同时采用后整理通量、低压差和广泛的化学相容性等特点，在医药、方法对折叠式滤芯中的ＰＰ支撑导流层进行亲水改食品、饮料、啤酒、化工等行业中广泛使用，如医药工性，研究了亲水型ＰＴＦＥ平板微孔膜折叠式滤芯的业中无菌原料药、药液除菌等过滤，食品工业中白过滤效率．酒、饮料、葡萄酒、果酒等过滤，化学工业中有机溶剂、各种醇类、化学试剂等过滤．平板微孔膜折叠式头尽“刀滤芯中的滤膜材料主要有聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）、聚1．1ＰＴＦＥ平板微孔膜的制备偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）、聚丙烯（ＰＰ）和聚醚砜（ＰＥＳ）等．ＰＴＦＥ平板微孔膜的制备工艺流程为：ＰＴＦＥ其中，ＰＴＦＥ是一种对强酸、强碱、有机溶剂等具有树脂＋助挤剂—混和—熟化—糊料挤出—条状ＰＴ良好耐受性的膜材料，以ＰＴＦＥ为原料制备的平板ＦＥ—压延成基带—干燥脱脂—纵向拉伸—横向拉微孔膜折叠式滤芯具有孔径分布均匀、孔隙率高、水伸—热定型处理—切割—收卷．主要工艺如图1所通量大、截留率高、良好的化学耐受性和热稳定性等示．在横向拉伸倍数恒定时，通过改变纵向拉伸倍数特点．（1．5倍、2倍、4倍），可制备出不同孔径的ＰＴＦＥ平本文采用“挤出压延双向拉伸”法制备了板微孔膜，分别编号为Ｐ－ｌ、Ｐ＿2、Ｐ－3．拉伸倍数按ＰＴＦＥ平板微孔膜［1］，通过物理后整理方法赋予公式（1）计算：拉伸后平板膜的长度拉伸前平板膜的长度，ｎｎｎ／ｒｎ婦｛口数—拉伸前平板細长度Ｘ10°Ｘ⑴1．2ＰＴＦＥ平板微孔膜和ＰＰ支撑导流层的亲水改性剂，将质量浓度为5％的亲水剂和交联剂混合，分别分别选择含ＯＨ和ＣＯＯＨ官能团的单体涂覆在ＰＴＦＥ平板微孔膜表面和ＰＰ支撑导流层表进行自由基共聚得到含ＯＨ和ＣＯＯＨ的亲水面，70。Ｃ下烘干5ｈ．第一作者简介：郭王诲（1973＿），男，河北保定人；主要研究方向：ＰＴＦＥ分离膜材＋4的制备及应用；Ｅ－ｍａＪ：ｇｙｈ＠ｚｓｔｕｅｄｕｃｎ郭玉海：ＰＴＦＥ平板膜折叠式滤芯的研发及在医药过滤中的应用？21？ｎ横向Ｉ＾一□，／糊料挤出压延双向拉伸滅ｉＰＴＦＥ平嫌徽孔膜的制番：ＣｆＳＫｔ鍾1．3测试与表征．采用ＥＶＱＭＡ2Ｓ型场发射扫描电镜（ＦＥＳＥＭ，襻肩卡尔蔡司）观察ＰＴＦＥ．平板微孔膜的表陳形貌；細气体渗纖？ｍ分ｆｆ仪（Ｐ。ｒｏＵＳｎＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．Ｔ3ＳＡ）测试ＰＴＦＥ平板微孔膜的起泡点動和最大孔径：，测试液为无水乙醇；采用予压力栗ｒｌ－ｉｍｙｊｙＫ收集并瓦湿重法测试孔隙率；采用ＤＯ4010接触角分析仪料液槽卜ＪＪＪ．（襪艮克＆士公荀）测试表面接触角，每张平板微ＵｅＪ［＾3孔膜平行测定5次．取平均慎．来用，自制的错流微电子天平滤癡寰《如ｆｆｌ2所泰）铡试亲水改性聍ＰＴＦＥ平板图2自制错流黴滤装膜的纯水通鼂分别采用起泡点法和气体扩散流1＂纤维－绪点，微孔结构．因此，＿ＰＴＦＥ平板微孔测试亲水型ＰＴＦＥ平板微孔膜折叠式滤芯的完整膜的制备过程中拉伸作用对微孔结构的形成．至关性．童要，图3为ＰＴＦＥ平板微孔膜的ＦＥＳＥＭ照片，可见，采用“挤出一掘延双向拉伸—热定型”法制备2々果与讨1七的ＰＴＦＥ平板微孔膜具有“纤维－结点”的网状微孔2．1ＰＴＦＥ平板膜的微孔结构研究结构，孔径分布均勻，孔隙发达、．表．1为ＰＴＦＥ平板ＰＴＦＥ平板微孔膜成孔机制为在挤出、压微孔膜的结构参数．从表中可知，当纵向拉伸倍数増延、拉伸ａｃｔ：下，树脂粒子：发生缠结，并初步纤维化；大序板膜放泡点压力降低屬大孔轻增大，孔隙率进一步拉伸可促便其中的微细纤维拉长，最终形成提高．：：ｉ：：：、二：、Ｐ－ｌＰ－2Ｐ－3图3ＰＴＦＥ平板微孔膜的ＦＥＳＥＭ照片表1ＰＴＦＥ平板微孔膜的结构参数平板微孔膜纵向拉伸倍数／倍膜厚度／ｙｍ起泡点压力／ＭＰａ孔隙率／Ｍ最大孔径／＾ｍＰ－ｌ1．5560．16981．00．11Ｐ－22550．12782．80．22Ｐ－34560．08687．50．44，Ｍ‘海蛱永处理■￡寶峰选蠱處业處资离技术愈用研讨邊2．2ＰＩＴＥ平板微孔膜和ＰＰ支撑导流层的亲水改性支撑导流层的ＦＥＳＥＭ照片，ＰＰ支撑导流层的亲水簡4为亲水改性前后ＰＴＦＥ平板微孔膜的改性机理与ＰＴＦＥ平板徼孔膜相亂表2为盡水改ＦＥＳＥＭ照片．从图4中可知，改性前，ＰＴＦＥ原膜巽性前后ＰＴＦＥ平板微孔膜和ＰＰ支撑导篇层的静态有：庫纤－结点的蜘蛛网状结构，孔径分布均勻，孔隙水接触角．从表中可知，改性前ＰＴＦＥ平板微孔膜率裔；亲水改性＠5在原纤－结点结构上附眷“＿的水接触角高达132ｓ，为疏水材料；亲水改性启水的亲水剂．本文中亲水改性的机想为；先逋过自由基接触角下降感43°以下？随着亲水剂用量的增大，水聚合得到含ＯＨ和ＣＯＯＨ官能团的亲水剂，将接触角越小．ＰＰ支撑导流层在亲水改性前的静态水此亲水剂涂覆在ＰＴＦＥ平板微孔膜表面并用交联接触角为89°，由于ＰＰ支撑导流层为无纺布材料，剂交联一0Ｒ？由于ＰＴＦＥ平板膜孔隙发达，孔隙率？Ｌ径大于100ｐｍ，亲水改性后5水接触角降至ｔｆ，亲裔；■：亲水剂在膜表面形成类似子“藤缠树”的亲水性水效果优异，表Ｓ为亲水剤用：暈对ＰＴＦＥ平板微孔包覆层，交联剂与亲水剂上的一ＯＨ发虫反应，从而膜的纯水遞量＿秦响．由ｆｆｌ可知，亲水剂用鸶越大，使其牢圆地附蓍在膜表面，图5为亲水改性前启ＰＰ纯水通量脑之增大？懇＿＿＿＿改性前的Ｐ－2改性后的Ｐ－2ｒｔｉ集？］ｔ改性：被驗ＦＴＦＫ，板膜的ＦＥＳＥＭｆｆｍ亲水改性前ｐｐ支撑导流层亲水改性后ＰＰ支撑导流层＿Ｓ拿求政偉｜｜＠ＰＰ棄＿辱＿盧的ＦＥＳＥＭＭ表2亲水改性前后ＰＴＦＥ平板微孔膜（Ｐ－2）和2．3折叠式滤芯完整性测试研究ＰＰ支撑导流层的静态水接触角泡点法测试滤悉孔径的方法为全世界通用的检‘亲水改性后亲水剂￣测方法，其原理为：当膜被液体完全润湿鼓，在膜的两改性前用量／＾！＾）侧加上：气体？差ＡＰ，由于毛细孔效应和液体表面？！5＿张力在一定的驾压下，液膜被冲开，气体气抱平凝与ＰＴＦＥ平抿微孔膜13：？＂25°Ｉｆ孔径相等时会穿过孔，此时接触角为（）？气泡将产？！ｉ；＇‘‘生于最先通过的最大孔．在扩散流测试中，．10，芯表3亲水剂＾量对ＰＴＦＥ平板微孔膜（Ｐ－幻￥］被水翻后，在滤器的上讓绝一定体积和勵的丨ｌ＾Ｍ气体，注人泡点压力的80爲的，体压力？测试气体ＰＴＦＥ＾？ｍ？Ｌ？＊7ＭＷＭ／（ｇ＇ｍ2）从膜内扩散到另一面的流違表4为亲水型ＰＴＦＥ々十￣——ｔｔ￣＾￣7＾－￣－＾―平板微孔膜的起泡点压力和扩散流．纯水通量／（ｋｇ？ｍ2？ｈ〗）80013001500郭玉海：ＰＴＦＥ平板膜折叠式滤芯的研发及在医药过滤中的应用．23？表4亲水型ＰＴＦＥ平板微孔膜的至43°以下．起泡点压力和扩散流3）将亲水ＰＴＦＥ平板微孔膜制备成折叠式滤＾Ｔ￣芯的完整性测试研究结果表明，三种膜的起泡点压起泡点压力／ＭＰａ0．1610．1220．085力分别为。？161、0．122和0．085ＭＰａ，扩散流分别最大孔径／ｍｍ0．110．220．45为4、5和6ｍＬ／ｍｍ．扩散流／（ｍｌ．ｍｉｎ1）456参考文献：3结：［ｌ］ＧｕｏＹｕｈａｉ，ＣｈｅｎＪｉａｎｙｏｎｇ，ＨａｏＸｉｎｍｉｎ，ｅｔａｌ．Ａｎｏ？ｖｅｌｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｐｒｅｐａｒｉｎｇｅＰＴＦＥｍｉｃｒｏ－ｐｏｒｏｕｓｍｅｍ－1）米用“挤出压延双向拉伸”法，通过改变ｂｒａｎｅｔｈｒｏｕｇｈｅＰＴＦＥ／ｅＰＴＦＥｃｏ－ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ纵向拉伸倍数，制备出孔径为0．1—0．46ｆｘｍ，孔隙［Ｊ］，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，2007，42：2081率大于80％的疏水聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）平板微孔2085．膜．制备的ＰＴＦＥ平板微孔膜具有“纤维－结点”的［2］ＫｉｔａｍｕｒａＴ，ＫｕｒｕｍａｄａＫＩ，ＴａｎｉｇａｋｉＭ，ｅｔａＬＦｏｒｍａ－网状微孔会吉构，孔隙分布均勾．ｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｐｏｌｙｔｅｔｒａ？ｕｏｒｏ－2）通过“藤缠树”物理亲水改性方法，得到亲水ｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＰＴＦＥ）ｐｏｒｏｕｓｍｅｍｂｒａｎｅｔｈｒｏｕｇｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌＰＴＦＥ平板微孔膜，膜的静态水接触角从132。下降ｏｐｅｍｔｉｏｎｓＵ］．ＰｏｌｙｍＥｎｇＳｃｉ，1999，39：22562263．