專利名稱:陽極氧化鋁隔膜的制作方法
歐洲專利早期公開說明書EPA 178831介紹了陽極氧化鋁隔膜，其微孔從隔膜的一側(cè)表面伸展到另一側(cè)表面，其中包括從一側(cè)表面向內(nèi)伸展的較大微孔體系和從另一側(cè)表面向內(nèi)伸展的較小微孔系，較大微孔體系又與較小微孔體系互相連接，從而使一個或多個較小微孔的內(nèi)部一端與較大微孔的內(nèi)部一端互相連接在一起并且基本上沒有盲的較大微孔。這些隔膜用作過濾介質(zhì)則具有良好的性能。特別是能夠把他們的孔率配置得很高，從而使良好的顆粒保留性能與高流通率結(jié)合起來。此種隔膜可通過緩慢降低電壓技術(shù)(slow valtage reduction technique)將常規(guī)的陽極氧化鋁隔膜與其金屬底板分離來形成，目的是使金屬和氧化物的接觸面上的阻檔層變得很薄并最后溶去任何殘留在金屬/氧化物界面上的阻檔層。所設(shè)計的過濾裝置具有單位體積的最大過濾表面積。用平的金屬底板制作的陽極氧化物隔膜本身也是平面的，不會提供最大的單位體積的過濾表面積。
德國書2444541介紹了在草酸中對鋁底板進(jìn)行陽極氧化制造自持多孔厚陽極鋁層的方法。已經(jīng)知道，用簡單的方法將鋁板或鋁合金板進(jìn)行彎曲或壓制成形，可以制成不規(guī)則的或異乎尋常的(陽極氧化鋁隔膜)形狀。
根據(jù)本發(fā)明提供的陽極氧化鋁隔膜，至少將其一側(cè)表面按0.005或0.01～50毫米尺度進(jìn)行靠模加工?？蓪⒈景l(fā)明的隔膜安裝到過濾裝置內(nèi)，其提供的單位體積的過濾表面積大于用平隔膜所可能提供的。另外，本發(fā)明的隔膜可以安裝在類似于空心絲系統(tǒng)的新型過濾裝置中。
靠模包括在表面上制成至少有一個凸面和至少一個凹面，而一般來說有許多凸面和凹面。當(dāng)我們說將一表面按0.005～50毫米尺度進(jìn)行靠模加工時，意思是指在兩個鄰近凹面之間的距離或兩個相鄰?fù)姑嬷g的距離是在上述范圍的平均值內(nèi)。
至少將本發(fā)明的隔膜的一側(cè)表面，一般是將其兩側(cè)表面進(jìn)行靠模加工。該種靠模是微觀的，又是小尺度的，既不應(yīng)將其與由形成隔膜的電解液溶解作用所產(chǎn)生的所有陽極氧化物隔膜的微觀表面粗糙度混為一談，也不應(yīng)與由彎曲鋁板產(chǎn)生的大尺度影響混為一談。這種靠模最好使隔膜的表面上具有許多交替著的峰和谷，或可以或不可以在隔膜表面上延伸的波級，其中峰間的平均距離D為0.01～50毫米，最佳為0.1～10毫米，在相鄰谷上的峰的平均高度至少為0.1D，最好至少為0.2D。陽極氧化物隔膜是在金屬底板上成形的并且是由金屬底板制成的，它的形狀與金屬底板是一致的。因此，具有一定外形表面的隔膜可以很簡單地通過將具有相應(yīng)外形表面的鋁金屬底板進(jìn)行陽極氧化處理就能形成。為得到金屬底板所需外形可通過各種已知的技術(shù)，包括單獨加工或配合加工-機(jī)械加工;
-在形狀合適的模子之間進(jìn)行壓制;
-在成型軋輥之間進(jìn)行輥壓;
-能夠產(chǎn)生波級效果的浸蝕加工;
-研磨、噴丸處理或噴砂處理。
根據(jù)所用技術(shù)，仿形表面可以是任意選擇的，也可以是預(yù)先選定的。
從底板上除去陽極氧化隔膜時，在某些情況下，棱頂和槽底會產(chǎn)生薄弱的區(qū)域。當(dāng)棱谷間的高度差相對于棱間距離而言很大時，這種情況更為明顯。微觀尺度的金屬底板的表面光潔度是重要的，最好應(yīng)盡可能平滑。在靠模低板上平滑的表面光潔度可通過化學(xué)方法來獲得，例如苛性蝕刻或電解拋光;或通過機(jī)械方法，例如機(jī)械拋光?；瘜W(xué)浸蝕具有使棱頂更加銳利效果，但出乎意料地是這未必會使陽極氧化物隔膜更難以去除。
盡管無孔隔膜具有一定的使用價值，例如用作催化劑載體，但是根據(jù)本發(fā)明的隔膜最好是多孔的，而且從兩側(cè)主要表面向內(nèi)伸展的互相連接的微孔大體上與其該表面成直角。隔膜厚度最好基本均勻，這意味著兩側(cè)主要表面都具有一致的外形，最佳厚度為0.1～100微米，孔徑最佳為2毫微米至2微米(1000毫微米＝1微米)。微孔通?？梢允且灾睆酱篌w均勻的圓柱形由隔膜一側(cè)表面伸展到另一側(cè)表面。但是，正如歐洲專利早期公開說明書EPA 178831所述，隔膜最好包括從隔膜的一側(cè)表面向內(nèi)伸展的較大微孔體系與從另一側(cè)表面向內(nèi)伸展的較小微孔體系互相連接。
構(gòu)成薄膜表面外形的交替峰谷，其形狀可以是任意的，也可以無規(guī)分布或規(guī)則分布的。在本發(fā)明的一個較佳實施例中，峰谷包括交替向長棱和槽，他們通常可以是線形的和互相平行的直線并按有規(guī)則間距排列的。例如，相鄰兩個棱之間的距離D可以為0.01～50毫米，最佳為0.1～10毫米，兩棱間的槽深可以為0.1D至1.0D，或者更深些?？梢钥吹剑裟ひ粋?cè)表面上的棱頂對應(yīng)于另一側(cè)表面上的槽底。因為銳利的棱頂在某些情況下會產(chǎn)生薄弱的區(qū)域，所以棱頂和對應(yīng)的槽底最好是圓的而不是尖的。這種表面形狀最好按本發(fā)明制成這樣一片隔膜，即其表面積至少大于相應(yīng)的一片普通平面隔膜表面積的10%。與通常的平面隔膜相比，這種波級隔膜在液體流過波級時，具有改進(jìn)的自凈特點。
制造本發(fā)明的隔膜比較簡單，在諸如硫酸或磷酸電解液中，對具有所需表面形狀的鋁金屬底板進(jìn)行陽極氧化，即可形成多孔陽極氧化物隔膜，然后將薄膜與任何余留金屬底板分離。可用的各種分離技術(shù)有(1)歐洲專利早期公開說明書EPA 178831中所介紹的電壓降的技術(shù)。這是一種最佳技術(shù)，能夠得到最佳隔膜，其中一種較大微孔體系由一側(cè)表面向內(nèi)伸展并與由另一側(cè)表面向內(nèi)伸展的較小微孔體系相連接。
(2)R.W.Thomas在Trans.Inst.Metal Fin.(1976，54，80～90)中介紹的方法多少與上述技術(shù)有些相似，此技術(shù)包括溶去阻檔層，使得到的隔膜具有基本上均勻的平行的微孔。
(3)美國書US 3850762所介紹的用鹽酸腐蝕掉金屬底板和阻檔層的方法，得到的隔膜具有基本上平行的圓柱形微孔。
(4)美國書US 3626233所介紹的在氯化汞水溶液中，溶解金屬底板的方法。
(5)可將金屬底板溶于溴/甲醇，如需要時，再接著進(jìn)行進(jìn)一步處理，以溶解該阻檔層。
根據(jù)多孔隔膜本身所具有的性質(zhì)，到目前為止所介紹的多孔隔膜都可用作過濾器的組件，把要過濾的液體與隔膜的一側(cè)表面接觸即可從另一側(cè)表面回收濾液。這種配置多少有點浪費過濾裝置中的空間。另一方面，本發(fā)明還包括具有兩個陽極氧化鋁隔膜的結(jié)構(gòu)，這樣的隔膜至少有一側(cè)表面具有許多交替的長棱和槽，并且沿著棱頂，例如用粘合劑或無機(jī)水泥與另一塊隔膜粘合。
用作濾層時，其中一個或兩個隔膜都需要是多孔的。另一個隔膜可以是普通的平面隔膜。但是，較為理想的是兩個隔膜都具有交替的長棱和槽的對應(yīng)系統(tǒng)，并且沿著各自相應(yīng)的棱頂粘合在一起。當(dāng)棱和槽一般呈直線并彼此平行時，則得到的結(jié)構(gòu)形狀相當(dāng)于一排空心絲。相當(dāng)于空心絲束的結(jié)構(gòu)可以由兩個以上的隔膜來形成。例如，一種有用的結(jié)構(gòu)包括許多平面隔膜和許多本發(fā)明的具有交替平行的長棱和槽的隔膜，而此兩組隔膜交替地把一組隔膜層疊在另一組隔膜的上面并且沿著棱頂粘合在一起。平面隔膜可以是多孔的，也可以是無孔的。棱狀隔膜與平面隔膜之間的空隙即組成管，他們可以排列成為各層平行，或者例如與各交替層以一定角度延伸至另一層。另一種類似的結(jié)構(gòu)是具有交替的平行的長的槽和棱的隔膜被具有交替峰谷或波紋的隔膜取代，他們不是沿著連續(xù)線而是在各獨立點上與平面隔膜粘合。還有一種結(jié)構(gòu)是包括具有交替平行的長的棱和槽的許多本發(fā)明的隔膜，這些薄膜互相層疊并沿著其各自的棱頂粘合在一起。這種結(jié)構(gòu)的單位體積的過濾表面積很高。在這種結(jié)構(gòu)中，相鄰隔膜間的孔道構(gòu)成管。這些結(jié)構(gòu)同樣可用作常規(guī)的空心絲過濾介質(zhì)系統(tǒng)，用一組管子，把待過濾流體引入管中，從管間區(qū)回收濾液。或者將此系統(tǒng)反過來進(jìn)行操作，即將待過濾流體引入管間區(qū)，濾液從管中回收，由于管子在凸邊的阻力比凹邊的阻力大得多，因此在要求過濾介質(zhì)兩端能保持一個顯著的壓力差的情況下，這可能是最佳的方案。
參考附圖，其中圖1～3表示在生產(chǎn)本發(fā)明的隔膜中的各個階段。圖3是經(jīng)由如此生產(chǎn)的隔膜的橫截面;
圖4是根據(jù)本發(fā)明兩個可交替隔膜的橫截面;
圖5和6是兩層或多層隔膜粘接在一起形成的結(jié)構(gòu)的橫截面。
關(guān)于附圖，圖1表示鋁金屬底板10，其表面由是交替平行的棱12和槽14形成的，它們垂直于紙平面延伸。圖2表示陽極氧化后的同一塊金屬底板10，板上帶有陽極氧化鋁隔膜16，其形狀與底板表面一致。
圖3表示除去底板后的隔膜。每個表面包括交替的棱18和槽20，其中一側(cè)表面的棱相應(yīng)于另一側(cè)表面的槽，反之亦然。棱頂和槽底都用尖的直角表示，因此，隔膜表面積是外形尺寸相同的普通平面隔膜的1.4倍。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的另外兩種隔膜。其中棱頂和槽底都被倒圓。圖5表示一層隔膜疊在另一層隔膜上面，他們沿著各自的棱頂在22處接觸，并且兩者粘合在一起的結(jié)構(gòu)，得到的結(jié)構(gòu)構(gòu)成一排管子24。
圖6表示由7層隔膜組成的結(jié)構(gòu)，其中4個是平面隔膜26，它們可以是多孔的或無孔的。插入這些隔膜之間的是根據(jù)本發(fā)明的隔膜28，其外形見圖4所示。棱狀隔膜28沿棱頂在與平面隔膜26互相接觸的地方30處與平面隔膜粘合在一起。
實施例1把一塊5厘米×5厘米×0.3毫米的平面鋁板機(jī)械加工成圖1所示的鋸齒狀，相鄰的棱間距約2毫米，相間的槽深約1毫米。然后，該樣品在25℃下，用0.4克分子H3PO4進(jìn)行陽極氧化，得到厚30微米的陽極氧化物隔膜。采用在歐洲專利早期公開說明書EPA 178831號公開的電壓降低技術(shù)，可把薄膜與金屬底板分離開。所得到的陽極氧化鋁隔膜具有與底板相對應(yīng)的鋸齒狀，該隔膜是多孔的有一種從一側(cè)表面向內(nèi)伸展的較大微孔體系與從另一側(cè)表面向內(nèi)伸展的較小微孔體系互相連接。棱頂是弱區(qū)，該處隔膜勢必比別處易于破裂。
實施例2將99.99%高純度鋁板(15×50厘米)按下列規(guī)格機(jī)械加工成有交替平行的棱和谷a)棱間距為1.5毫米;棱頂與谷底的高度差為0.5毫米;棱頂和谷底的曲率半徑為0.3毫米。
b)棱間距為1.5毫米;谷底至棱頂高度為0.25毫米;谷底和棱頂?shù)那拾霃綖?.4毫米。
然后將每塊板切割成較小的板(15×7.5厘米)用于下述實驗。
1)用棱狀鋁板(a)制作棱狀隔膜。先將鋁板用堿性去污劑洗滌脫脂，然后將該鋁板在常規(guī)條件下進(jìn)行陽極氧化，得到厚60微米的薄膜。再將該薄膜用歐洲專利早期公開說明書EPA 178831介紹的電壓降低技術(shù)處理。然后再在33%磷酸中浸漬4分鐘，設(shè)法將該薄膜撕起。
可以觀察到并不能將微薄膜整塊地撕起，而是沿著棱的已經(jīng)破裂的地方，撕起一條條的薄隔膜條。再用樣品鋁板重復(fù)進(jìn)行陽極氧化操作但并不能解決問題。
2)將鋁板在苛性蘇打/硝酸鈉混合物中侵蝕60分鐘，然后將該鋁板進(jìn)行陽極氧化，并將制成的薄膜進(jìn)行上述電壓降低處理和按上述步驟進(jìn)行剝離可以觀察到陽極氧化物薄膜可從鋁底板上撕起，并得到大片的棱狀隔膜。
顯微鏡研究棱狀鋁板，說明腐蝕劑主要是溶解了谷中的鋁，使棱具有比原先更銳利的峰頂。
3)用鋁板(b)制作棱狀隔膜。將該鋁板進(jìn)行陽極氧化，然后將制成的薄膜進(jìn)行上述電壓降低處理和按上述步驟進(jìn)行剝離。雖然棱不如板(a)銳利，但是無法將薄膜從鋁板表面撕起。
4)用苛性蘇打/硝酸鈉侵蝕60分鐘后，用鋁板(b)制作棱狀隔膜。將鋁板腐蝕60分鐘，然后將該鋁板進(jìn)行陽極氧化并將得到的薄膜進(jìn)行上述電壓降低處理和按上述步驟進(jìn)行剝離。制成的薄膜可從鋁板上整塊地撕起并甚至具有與該鋁板相應(yīng)的尺寸。
再經(jīng)顯微鏡檢查，說明經(jīng)堿性腐蝕處理后，棱頂比原先更銳利。由此可以得出結(jié)論，經(jīng)機(jī)械加工過的鋁板的微觀平滑度對確定可從鋁板上撕起的陽極氧化物隔膜片的尺寸是一個重要的因素。
5)用經(jīng)電拋光過的鋁板(b)制作棱狀隔膜。將鋁板用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行電拋光，然后將該鋁板進(jìn)行陽極氧化，并將制成的薄膜進(jìn)行上述電壓降低處理和按上述步驟進(jìn)行剝離?？梢杂^察到該薄膜可大塊地撕起。
電拋光具有使鋁變平滑和使棱頂沒有原先那么銳利的作用。
權(quán)利要求
1.一種陽極氧化鋁隔膜，至少其一側(cè)表面按0.005～50毫米尺度靠模加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的隔膜，其中兩側(cè)表面都靠模加工成許多交替的峰和谷或波紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的隔膜，其中兩側(cè)表面都靠模加工成交替的長棱和槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的隔膜，其中相鄰峰或棱的間距D為0.1～10.0毫米，谷或槽的深度至少為0.1D。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2～4的任一項所述的隔膜，其中峰頂或棱頂和谷底或槽底都被倒圓。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1～5的任一項所述的隔膜是多孔的。
7.一種制造陽極氧化鋁隔膜的方法，至少其一側(cè)表面按0.005～50毫米的尺寸靠模加工，該方法包括提供鋁金屬底板，將底表面按0.005～50毫米的尺寸靠模加工，將加工過的表面按微觀尺寸進(jìn)行拋光，在電解液中將該鋁板進(jìn)行陽極氧化，在所述表面上形成多孔陽極氧化物隔膜，并從任何余留下來的金屬底板上分離薄膜。
8.一種包括兩個陽極氧化鋁隔膜的結(jié)構(gòu)，其中包括這樣一種隔膜，至少其一側(cè)表面有許多交替的長棱和槽，并且沿棱頂與另一隔膜粘合。
9.根據(jù)權(quán)利要8所述的結(jié)構(gòu)，其中包括兩塊隔膜，每塊隔膜均具有交替平行的長棱和槽，而此二塊隔膜沿各自的棱頂粘合在一起。
10.一種包括許多組由一個重疊在另一頂上的陽極氧化鋁隔膜結(jié)構(gòu)，至少每組的第二塊隔膜具有峰或長棱，在峰或沿棱峰處與其鄰近隔膜相粘合。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的結(jié)構(gòu)，其中交替隔膜是平面的并可以是多孔的或無孔的。
專利摘要
通過靠模加工鋁金屬底板的表面，經(jīng)陽極氧化，在表面形成多孔隔膜。使該隔膜從底板分離，制成至少一側(cè)表面按尺度0.01～50毫米靠模加工的多孔陽極氧化鋁隔膜。該靠模由一系列平行的棱和槽構(gòu)成。通過利用幾個這種彼此沿棱頂粘合的隔膜，可以制成具有作為過濾介質(zhì)的性質(zhì)良好的結(jié)構(gòu)。
文檔編號B01D67/00GK87103499SQ87103499
公開日1988年5月4日 申請日期1987年4月15日
發(fā)明者威廉·羅伊·里格比, 羅賓·克里斯托弗·弗爾塔, 安東尼·塔爾博特·托馬斯 申請人:艾爾坎國際有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan