PEEK膜以及有关方法和装置与流程

本说明书涉及使用聚(醚醚酮)型聚合物(peek)制成的多孔聚合物过滤膜、包括所述peek膜的装置，以及制备和使用所述peek膜的有关方法。

背景技术：

1、过滤膜和过滤器产品是现代工业中用于从有用流体的流动中去除非所需材料(污染物、微粒、杂质等)的不可缺少的工具。使用过滤器处理的有用液体尤其包括水、液体工业溶剂和处理流体、用于制造的工业气体，以及具有医学或制药用途的液体。从流体中去除的非所需材料可以是呈固体颗粒形式的杂质或污染物、微生物、挥发性有机材料，以及气态或液态流体中所含的化学物质。通常，正在处理的或处于处理条件下的流体会对过滤器产品的稳定性提出挑战，例如流体可能是使过滤器材料化学降解的流体，或者处理条件可能会涉及高温，或此两者。

2、过滤膜的特点，例如化学组成、尺寸、尺度和物理特性(例如孔隙率、孔径)，涉及测量的性能特性(例如“泡点”、“流动时间”、滞留量等)。在这些特点的范围的当前界限内，过滤器当结合特定类型的流体、在特定流速(流动时间)下使用时，可以包括针对过滤性能(滞留量)已实现有效平衡的尺寸(例如厚度)、孔隙率和孔径特点。典型的孔径是在微米或亚微米范围内，例如约0.001微米至约10微米。平均孔径为约0.001到约0.05微米的膜有时归类为超滤膜。孔径在约0.05与10微米之间的膜有时归类为微孔膜。

3、就商业用途而言，过滤膜必须能够像过滤器那样以高效可靠的方式发挥性能，例如必须能够从通过过滤膜的流体的连续流动中高效地去除大量杂质。过滤性能可以根据例如流动时间(ft)和滞留量评估。流动时间是流体流动通过过滤膜的速率的度量并且必须足以容许过滤膜在商业上的使用。滞留量是指经由过滤膜从流体的流动中去除的杂质的数量(百分比)。孔隙率、孔径和泡点可影响流动时间与滞留量。为了提高滞留量而可需要较小孔隙的膜可具有较高泡点和较长(但仍适用)的流动时间。较大的孔径可能与相对较低的滞留量、但较短的流动时间和较低的泡点相关。就商业用途而言，过滤膜必须提供流动时间与过滤性能(例如根据滞留量所测量)的良好组合。

4、聚(氧基-1,4-亚苯基氧基-1,4-亚苯基-羰基-1,4-亚苯基)，通常称为聚(醚醚酮)或者peek，具有有利的物理特性以及化学和热稳定性以用于多种用途，包括用作过滤膜。高熔点、高玻璃转化温度、低溶解度和良好的耐化学性使得peek成为已知在具有挑战性的环境中用于过滤应用的材料。peek在高温(例如300摄氏度)下是稳定的，并且在室温下、在常见有机溶剂存在下是稳定的。除高浓度的强酸之外，peek在过氧化氢、酸和碱中也是相对稳定的。

5、当前已知的用于制造peek过滤膜的技术就流动和滞留特性能够得到增强且达成平衡的程度而言受到了限制。使用非溶剂诱导式相分离(nips)工艺将peek处理成膜结构具有挑战性，原因是其在有机和无机溶剂中具有高度稳定性。已尝试使用热诱导式相分离来处理peek(参见美国专利4,957,817)，但形成的多孔结构可能缺乏通量、孔径和形态的高度所需组合。

技术实现思路

1、本说明书涉及用聚(醚醚酮)制成的多孔膜、含有所述膜的过滤装置，以及使用所述膜和装置从液体或者气态流体去除污染物的方法。

2、本说明书还涉及如下制备多孔peek膜的方法：形成含有非固体形式的peek于有机液体(称为“溶剂”)中的含聚合物热液体(例如“铸膜液”)。所述溶剂是非极性的且其沸点高于peek聚合物的熔点。热溶剂中所含的peek聚合物呈非固体形式，例如熔化或者溶解，并且热铸膜液是均质的液体溶液。

3、在示例方法中，所述膜是根据熔铸工艺形成，例如称为“热诱导式相分离”方法(“tips”)的类型的方法。在这些示例方法中，peek聚合物优选peek聚合物的非磺化形式，并且铸膜液中的非极性溶剂是三苯基甲烷。

4、还根据示例方法，多孔peek聚合物膜可制备成物理特性与性能特性展现所需或有利的平衡。根据示例方法，将形成多孔膜的peek聚合物材料在升高的温度下溶解于非极性溶剂中，所述非极性溶剂当受热时呈液体形式且具有高沸点。溶于溶剂中的聚合物形成热的均质铸膜液，所述铸膜液含有完全溶解于或熔化于溶剂中的聚合物。然后使铸膜液成形，例如通过将热铸膜液浇铸于平坦光滑的表面上以形成热铸膜液于表面上的薄膜，或通过另一种成形技术(例如挤出)来形成管状膜。成形之后的铸膜液然后加以冷却，以诱导溶液内的peek聚合物发生相变。聚合物形成凝固、成形的聚合物主体(例如多孔平坦膜或多孔管状体)，所述主体包括其中形成有小孔隙的凝固聚合物材料。孔隙含有一部分原始溶剂，随后将这部分原始溶剂去除而得到多孔膜。

5、示例多孔peek膜可展现流速与孔径(根据泡点测量)的所需组合，优选与通过不同方法制成的多孔peek膜相比改进的高流速与高泡点的组合。

6、示例多孔过滤膜可具有至少25、30或40磅/平方英寸(psi)或更大的初始泡点；至少25、30或40磅/平方英寸(psi)或更大的平均泡点(使用hfe-7200(3m)，在22摄氏度的温度下测量)，或这二者。优选的膜还可以具有有效或相对较低(与其它多孔peek膜相比)的流动时间与所述泡点的组合，例如使用ipa测得的低于约5,000秒或低于4,000秒的实测流动时间，和使用水测得的低于约5,000秒、4,000秒或低于3,000秒的实测流动时间。根据滞留量测量，所述膜还展现有效的过滤特性。

7、在一方面，本发明涉及一种多孔聚醚醚酮膜，其具有：在膜表面积为13.5cm2且压力为14.5psia的情况下使用异丙醇(500毫升)测得的小于10,000秒的流动时间；以及在21摄氏度的温度下使用hfe-7200测得的至少25磅/平方英寸(psig)的初始泡点。

8、在另一方面，本发明涉及一种制备多孔聚醚醚酮膜的方法。所述方法包含：制备一种组合，基于所述组合的总重量，所述组合包含：含有聚醚醚酮的20至40重量％聚合物，和沸点高于聚合物熔点的60至80重量％溶剂；加热所述组合以形成均质的铸膜液；促使铸膜液中的聚醚醚酮凝聚以形成多孔膜；以及从多孔膜中去除溶剂。

9、在又另一方面，本发明涉及一种均质的含聚合物液体，其含有熔化于溶剂中的聚醚醚酮聚合物。基于含聚合物液体的总重量，所述液体含有：20至40重量％的包含聚醚醚酮的聚合物；和60至80重量％的溶剂，所述溶剂的沸点高于所述聚醚醚酮的熔点。

技术特征：

1.一种多孔聚醚醚酮膜，其具有：

2.根据权利要求1所述的膜，其具有70％至85％范围内的孔隙率。

3.根据权利要求1所述的膜，其具有

4.根据权利要求1所述的膜，其具有在21摄氏度的温度下使用hfe-7200测得的至少40psig的平均泡点。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的膜，其具有50到200微米范围内的厚度。

6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的膜，其包含薄片。

7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的膜，其中所述聚醚醚酮是非磺化的。

8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的膜，其中所述聚醚醚酮具有从高于75mw至125mw的范围内的分子量。

9.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的膜，其包含沸点高于所述聚醚醚酮的熔点的残余溶剂。

10.根据权利要求9所述的膜，其中所述残余溶剂是三苯基甲烷。

11.一种过滤器产品，其含有根据权利要求1至4中任一权利要求所述的膜。

12.一种纯化液体的方法，所述方法包含使所述液体通过根据权利要求1至4中任一权利要求所述的膜。

13.一种制备多孔聚醚醚酮膜的方法，所述方法包含：

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述溶剂具有至少320摄氏度的沸点。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述溶剂是三苯基甲烷。

16.根据权利要求13至15中任一权利要求所述的方法，其中所述聚醚醚酮具有从高于75mw到125mw的范围内的分子量。

17.根据权利要求13至15中任一权利要求所述的方法，其中所述膜具有在膜表面积为13.5cm2且压力为14.5psia的情况下使用异丙醇(500毫升)测得的小于10,000秒的流动时间。

18.根据权利要求13至15中任一权利要求所述的方法，所述膜具有70％到85％范围内的孔隙率。

19.根据权利要求13至15中任一权利要求所述的方法，所述膜具有在21摄氏度的温度下使用hfe-7200测得的至少25psig的初始泡点。

20.根据权利要求13至15中任一权利要求所述的方法，所述膜具有在21摄氏度的温度下使用hfe-7200测得的至少40psig的平均泡点。

21.一种均质的含聚合物液体，其包含熔化于溶剂中的聚醚醚酮聚合物，所述液体包含：20至40重量％的包含聚醚醚酮的聚合物，和

22.根据权利要求21所述的液体，其中所述溶剂具有至少320摄氏度的沸点。

23.根据权利要求21所述的液体，其中所述溶剂是三苯基甲烷。

24.根据权利要求21至23中任一权利要求所述的液体，基于聚合物总重量，所述聚合物包含至少90重量％的聚醚醚酮。

25.根据权利要求21至23中任一权利要求所述的液体，其中所述聚醚醚酮具有75mw至125mw范围内的分子量。

26.根据权利要求21至23中任一权利要求所述的液体，其主要由所述聚合物和所述溶剂组成。

技术总结本申请涉及PEEK膜以及有关方法和装置。描述了使用聚(醚醚酮)型聚合物PEEK制成的多孔聚合物过滤膜、包括所述PEEK膜的装置，以及制备和使用所述PEEK膜的有关方法。技术研发人员：D·L·格热尼亚,V·卡利亚尼,P·波伦,W·J·洛伦齐,T·斯里瓦斯塔瓦受保护的技术使用者：恩特格里斯公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23