[發(fā)明專(zhuān)利]一種聚氨酯中空纖維濾膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710073816.7
• 申請(qǐng)日: 2007-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101306329A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張涉;馬輝文;黃卓;孟麗娜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳市龍澄高科技環(huán)保有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01D69/08
• 分類(lèi)號(hào): B01D69/08;B01D71/54
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中空纖維濾膜的制備方法，具體地說(shuō)涉及一種低成本高滲透通量聚氨酯中空纖維濾膜的制備方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有可在常壓、常溫或低溫下操作，無(wú)相變，能耗低，單級(jí)分離效率高，不改變?yōu)V液的物理和化學(xué)性質(zhì)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單和不易污染環(huán)境等顯著優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于化工、電子、生物工程、環(huán)保工程和食品加工等領(lǐng)域。近年來(lái)，水環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，迫切要求有相應(yīng)的污水資源化技術(shù)，以緩解水資源的短缺。在污水處理領(lǐng)域中，由于膜分離過(guò)程具有工藝簡(jiǎn)單，節(jié)能，設(shè)備占地面積小，對(duì)水體可以做深度處理，運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，膜分離技術(shù)的應(yīng)用也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。中空纖維濾膜的典型特征是比表面積大，在進(jìn)行膜組件加工時(shí)，可以獲得很大的裝填密度，制成的設(shè)備體積非常緊湊，占地面積小；而且中空纖維濾膜組件使用的是自身支撐的分離膜，加工時(shí)不需要考慮支撐問(wèn)題，其生產(chǎn)成本一般低于其它類(lèi)型的膜；同時(shí)，由于沒(méi)有支撐層在反向清洗時(shí)不存在支撐層與膜層的剝離，所以這種膜可以進(jìn)行反向清洗。可見(jiàn)，中空纖維濾膜以其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在污水處理工程中占有重要地位。

常用的膜材料分為有機(jī)膜材料和無(wú)機(jī)膜材料，無(wú)機(jī)膜材料可以為金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等，目前無(wú)機(jī)膜材料中選用陶瓷的比較多，其優(yōu)點(diǎn)是：可以在pH＝0～14、壓力P<10MPa、溫度<350℃的環(huán)境中使用，其通量高、能耗相對(duì)較低，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競(jìng)爭(zhēng)力；缺點(diǎn)是：造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。有機(jī)高分子膜材料成本相對(duì)較低，造價(jià)便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應(yīng)用非常廣泛。隨著中空纖維濾膜分離技術(shù)應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，人們對(duì)中空纖維濾膜的性能不斷提出新的要求，常用的有機(jī)高分子膜材料也由早期的醋酸纖維素(CA)，發(fā)展到今天的聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)和芳香族聚酰胺等，這些膜材料雖然都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但使用它們時(shí)都存在一定的局限性。如公開(kāi)號(hào)為CN1548220的專(zhuān)利，制得的醋酸纖維素膜在堿性環(huán)境下易水解，pH適用范圍僅為4～7，且不耐細(xì)菌等微生物侵蝕。專(zhuān)利“一種具有永久親水性的聚砜中空纖維超濾膜及其制造方法(公開(kāi)號(hào)CN1557532)”采用聚砜作為膜材料，與醋酸纖維素膜相比，聚砜中空纖維濾膜的耐溫性和化學(xué)穩(wěn)定性都有了大幅度提高，但是聚砜材料價(jià)格昂貴，來(lái)源有限，因此限制了它的大規(guī)模使用。而公開(kāi)號(hào)為CN1778457的專(zhuān)利，在聚砜支撐膜上由芳香族多元胺與芳香多元酰氯界面縮聚復(fù)合得到的芳香族聚酰胺功能層，該復(fù)合膜的純水滲透通量為30～55L/(h·m²)，同樣存在著滲透通量不高和膜材料價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，難以推廣。因此，人們一直在尋找性能優(yōu)良，價(jià)格低廉的膜材料，以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需要。

聚氨酯，簡(jiǎn)稱(chēng)PU，是一種具有氨基甲酸酯鏈段重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚合物。PU分子中包括兩種鏈段，即由長(zhǎng)鏈多元醇構(gòu)成的“軟段”和由異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑構(gòu)成的“硬段”。自上個(gè)世紀(jì)30年代德國(guó)拜爾發(fā)現(xiàn)了合成PU的反應(yīng)以來(lái)，經(jīng)過(guò)近80年的應(yīng)用與發(fā)展，PU已成為世界六大重要合成材料之一。PU具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐水解、耐微生物侵蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的高分子材料。由于PU材料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，可大幅度降低制膜成本，使得PU制膜的研究受到了人們的越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

但是，目前有關(guān)PU膜的研究還是以平板膜為主，對(duì)PU中空纖維膜的研究很少，只有專(zhuān)利“一種聚氨酯共混中空纖維膜及其制造方法(公開(kāi)號(hào)CN1883778A)”中有所提及。該專(zhuān)利采用熔體紡絲—拉伸成孔的方法進(jìn)行制膜成孔，生成的纖維結(jié)構(gòu)比較致密，從而大大降低了膜的滲透通量；同時(shí)該專(zhuān)利使用聚烯烴類(lèi)聚合物作為分散組分參與制膜，由于其具有疏水性而降低了反應(yīng)的參與程度，不僅會(huì)造成原材料的浪費(fèi)，也會(huì)導(dǎo)致膜的滲透通量難以達(dá)到要求，因此限制了該方法的使用。

通過(guò)聚合加成法將線性多羥基聚合物、異氰酸酯和具有反應(yīng)活性氫原子的擴(kuò)鏈劑在高極性有機(jī)溶劑中反應(yīng)制得PU是已知的。由這些溶劑生成PU彈性纖維、長(zhǎng)絲和薄膜的技術(shù)也是已知的。上述技術(shù)可參看專(zhuān)利CN1147628C，CN1076737C，US5723563A和US5310852。本發(fā)明通過(guò)選擇多元醇、異氰酸酯和相應(yīng)的預(yù)聚添加物在最佳條件下進(jìn)行預(yù)聚合反應(yīng)生成了有著特定成分及配比特征的聚氨酯預(yù)聚物；再選擇了具有高極性的有機(jī)溶劑和擴(kuò)鏈劑，使預(yù)聚物擴(kuò)鏈聚合反應(yīng)處于最佳的反應(yīng)狀態(tài)，從而制得狀態(tài)穩(wěn)定的聚氨酯成膜膠液。