[發明專利]一種長纖維增強中空纖維膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110243287.7
• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102266726A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 徐又一;易磚;朱利平;陳承
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明屬于高分子膜材料的制備和增強技術領域，特別涉及一種長纖維增強中空纖維膜的制備方法。

背景技術

高分子中空纖維膜由于較大的表面積和易于封裝成組件的特點，目前已被廣泛的應用于水質的凈化、工業及市政污水的處理、中水回用、生物醫用等多個分離與濃縮領域。但高分子膜在通常膜的制備過程中因為力學強度不高，存在著在使用和清洗過程中容易發生斷裂的問題。為了提高中空纖維膜的力學強度，美國專利(US?Patent?No.5,472,607)公開了一種利用纖維編織管增強中空纖維制備復合膜的方法，其在專利中公開的制備纖維編織管增強的中空纖維復合膜的方法是在編織管的外層涂覆鑄膜液，然后通過溶液相轉化法，將高分子膜粘結到編織管上。通過該方法制備的中空纖維膜在拉伸強度上有很大提高，但制備的中空纖維復合膜只是在編織管外層有鑄膜液涂覆，制備的復合膜存在著以下問題：(1)在編織管內層粘附的鑄膜液較少，能起到分離層作用的高分子膜多數在編織管外層；(2)由于鑄膜液和纖維編織管之間粘結力較弱，在對中空纖維復合膜進行反洗過程中，容易造成高分子膜和編織管脫落；(3)通常采用的纖維編織管增強的中空纖維復合膜只適用于外壓式過濾。為了增加纖維編織管和高分子鑄膜液之間的粘結力，徐又一等在中國專利(ZL?2008?1?0121235.0)中公開了一種具有強界面結合力的聚偏氟乙烯中空纖維復合微孔膜的制備方法，該方法在對纖維編織管進行鑄膜液涂覆之前，需要先在纖維編織管上涂覆一層含氟的硅烷偶聯劑。專利所述方法能有效的增加聚合物和纖維編織管之間的界面結合力，但實施過程采用兩步涂覆的方法，工藝復雜，成本較高。而且，該方法制備的聚偏氟乙烯中空纖維復合微孔膜，也只適用于外壓式過濾。

為了制備同時可用于外壓和內壓式過濾的中空纖維復合膜，Yoon等人在專利(WO?03/097221)中提出了將高分子纖維和鑄膜液進行復合制備中空纖維復合膜的方法，該方法是通過獨立通道將纖維和鑄膜液分別引入到噴絲頭出口，在鑄膜液和芯液接觸成膜時進行復合。相對于在纖維編織管外層涂覆制備增強的中空纖維復合膜的方法，Yoon制備的中空纖維復合膜具有均質中空纖維的內層和外層結構。但由此方法制備的中空纖維復合膜，因為纖維和鑄膜液只在和芯液接觸成膜的短暫時間內進行接觸和復合，纖維和鑄膜液的復合程度有限，以至于只有部分纖維分散到鑄膜液中。同時，因為鑄膜液，長纖維以及芯液三者同時在出口處交匯，一旦纖維和芯液優先接觸，將導致被浸潤的纖維和鑄膜液附著能力大大減弱，纖維對中空纖維膜的增強作用減弱。因此，專利(WO03/097221)所陳述的方法中，主要存在纖維和鑄膜液在與芯液接觸之前沒有充分復合，導致長纖維對中空纖維膜的增強作用減弱的問題。其次，該專利中也沒有充分闡明如何防止鑄膜液從纖維通道溢出的問題。

本發明的目的是制備一種長纖維增強的中空纖維復合膜。為了增加纖維和鑄膜液的復合程度，以及將纖維增強材料有序并定向的分布到中空纖維膜的結構中，可以在噴絲頭結構中設計長纖維通道管的出口比芯液管短，這樣可以形成一段長纖維和鑄膜液的充分復合區。在噴絲頭出口，和芯液接觸的就是長纖維和鑄膜液的復合體，因而防止了長纖維和芯液優先接觸。同時，為了防止鑄膜液從纖維通道中溢出，纖維通道管與芯也管之間的縫隙略大于長纖維的直徑。此外，為了使長纖維分布到中空纖維膜結構之中，在長纖維經過纖維定位板后，可對纖維施加適當的牽引力，使得長纖維在伸直狀態下與鑄膜液復合。

除上述實現方式外，為了增加纖維的和鑄膜液復合程度，以及將纖維增強材料有序的分布到中空纖維膜的結構之中，也可以將長纖維從鑄膜液料液灌中引出，使長纖維經過鑄膜液管路，從鑄膜液入口進入噴絲頭，在共擠出后再與芯液接觸。類似地，為了使長纖維分布在中空纖維膜結構之中，在長纖維經過纖維定位板后，也可預先對纖維施加適當的牽引力，使得長纖維定位在鑄膜液擠出口之中的位置，避免長纖維在鑄膜液中的彎曲，從而導致減弱了中空纖維復合膜的強度。

綜上所述，本發明主要通過將長纖維和鑄膜液進行預先復合，并將長纖維定位在鑄膜液之中，并適當施加長纖維的牽引力來實現長纖維在中空纖維膜中的有序并伸直地分布和充分復合，從而制備一種長纖維增強的中空纖維復合膜。該方法適合于高力學強度，適用于外壓和內壓式過濾，以及共混改性等復合膜的制備，制備的復合膜可應用于水質的凈化、工業及市政污水的處理、中水回用、生物醫用等多個領域。采取的手段主要包括：材料的復合增強以及界面結合力控制，相轉化法成膜以及噴絲頭結構的設計。

發明內容