[發(fā)明專利]高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其制備方法

無效

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• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102527249A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐俊峰;陳翠仙;尹中升;俞鋒;葛潔
• 申請（專利權(quán)）人: 天邦膜技術(shù)國家工程研究中心有限責(zé)任公司
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D71/26;B01D67/00
• 代理公司: 大連科技專利代理有限責(zé)任公司 21119
• 代理人: 龍鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜分離領(lǐng)域，特別是涉及一種高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其制備方法。?

背景技術(shù)

膜分離具有分離效率高、選擇性好、能耗低、無二次污染、設(shè)備投資少等特點(diǎn)，已在化工、石油、電子、醫(yī)療、食品、飲料、城市自來水工程及環(huán)保等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。微孔聚烯烴中空纖維膜的力學(xué)強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性能等優(yōu)于醋酸纖維素及其衍生物膜，因而用途十分廣泛如微濾、超濾、膜蒸餾、膜萃取血液氧等。中空纖維膜具有許多特殊的優(yōu)異性能，越來越受到人們的重視。?

中空纖維微孔膜的特點(diǎn)是具有很高的裝填密度，可以提供很大的比表面積，這使得在相同的性能下與其他形式的膜比較，組件體積最小。膜組件呈自支撐結(jié)構(gòu)，無需另加其它支撐體，可大大簡化膜組件組裝的復(fù)雜性；重現(xiàn)性好，放大容易。一般情況下，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的膜組件與工業(yè)規(guī)模的膜組件相比，其中的流動形式與分離效果差別不大；靈活性：中空纖維膜可根據(jù)情況采取內(nèi)壓和外壓兩種過濾方式。設(shè)備小型化，結(jié)構(gòu)簡單化。?

聚烯烴中空纖維膜具有微孔均勻、分離性能好、強(qiáng)度高、耐溫與耐腐蝕性能好、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)。?

聚乙烯中空纖維膜與聚丙烯中空纖維膜相比，在性能上更具有優(yōu)勢，比如其孔隙率高、氣體透過率大、耐腐蝕與耐老化性能好、壽命更長等。?

而現(xiàn)有技術(shù)制備聚烯烴中空纖維膜采用的“溶液濕紡法”，工藝流程中使用大量的溶劑，且制得的纖維膜力學(xué)性能較差，后期處理中對溶劑體系進(jìn)行回收、分離及循環(huán)利用，增大了設(shè)備投入，易造成環(huán)境污染。?

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是提供一種高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其制備方法。?

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：?

本發(fā)明是將拉伸法制膜應(yīng)用于高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的制備，拉伸法制備中空纖維微孔膜，是利用熔融擠出、中空紡絲成型的工藝技術(shù)，在不需要任何添加劑(包括溶劑)的情況下，使半結(jié)晶聚合物在應(yīng)力場下結(jié)晶，形成垂直于應(yīng)力方向且平行排列的層狀片晶結(jié)構(gòu)；熱處理后，對其進(jìn)行拉伸，產(chǎn)生了相互貫通的裂紋形微孔結(jié)構(gòu)；再進(jìn)行熱定型處理，可得到中空纖維微孔材料。

熔融紡絲成型過程，決定了初生纖維的微觀結(jié)構(gòu)，是拉伸致孔成膜的基礎(chǔ)。采用不同紡絲工藝，所得到的初生纖維的微觀結(jié)構(gòu)有所不同。本發(fā)明采用向上紡絲工藝，向上紡絲法與向下紡絲相反，向上紡絲是熔體細(xì)流從模具中垂直向上擠出，在卷繞張力作用下，被拉伸冷卻成型，最終得到成膜用初生纖維。?

向上紡絲工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：?

⑴?可紡更高相對分子質(zhì)量的樹脂；

⑵?可紡更大直徑的纖維；

⑶?可得到更均勻的幾何尺寸、孔隙率和分子取向；

⑷?可得到更高的滲透通量和機(jī)械強(qiáng)度。

一種制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，包括以下工藝流程：熔融紡絲、冷卻、卷繞、熱處理、冷拉伸、熱拉伸、熱定形，聚乙烯樹脂原料經(jīng)熔融處理后，聚乙烯熔體由螺桿擠出機(jī)擠出噴絲口，在卷繞拉力作用下，拉伸成型。?

所述聚乙烯樹脂的熔融指數(shù)為0.3～5.5，優(yōu)選為5.0～5.5。?

所述熔融紡絲的紡絲溫度為170℃～220℃，優(yōu)選為100℃～150℃，紡絲溫度為熔體流出噴絲孔前的溫度，又稱擠出溫度。?

所述冷風(fēng)工藝中，冷卻風(fēng)距離噴絲口150mm～350mm，優(yōu)選為280mm～330mm；聚乙烯熔體離開噴絲頭到卷繞的整個紡絲過程中，固化點(diǎn)以前，是熔體細(xì)流向初生纖維轉(zhuǎn)化的過渡階段，也是纖維形成的最重要階段，此時熔體的粘度上升很快，因而，冷卻起重要作用。如果冷卻風(fēng)離噴絲口較近，則熔體細(xì)流在離開噴絲板后立即被冷卻，熔體粘度迅速上升，噴絲頭處拉伸應(yīng)力提高，初生絲纖維的預(yù)取向幾率較大，結(jié)晶度較高，但此時形成垂直于應(yīng)力方向的折疊鏈片晶較少，因而彈性回復(fù)率較低；當(dāng)冷卻風(fēng)離噴絲口較遠(yuǎn)時，聚合物熔體擠出后粘度上升較緩慢，因而聚合物分子鏈具有一定的馳豫時間進(jìn)行取向，其彈性回復(fù)率和雙折射上升；但是吹風(fēng)位置過高，聚合物分子鏈的馳豫時間進(jìn)一步延長，熔體中大分子鏈段的解取向效應(yīng)增加。?

所述冷風(fēng)工藝中，冷卻溫度為10℃～30℃。?

所述工藝流程中卷繞線速度與擠出線速度的比值范圍為3000～4000。卷繞線速度與擠出線速度之比，也稱紡絲/牽引比。?

所述的制備方法制得的高密度聚乙烯中空纖維微孔膜，熔融紡絲采用向上紡絲工藝，聚乙烯熔體經(jīng)噴絲口垂直向上擠出。?

本發(fā)明聚乙烯中空纖維微孔膜材料及膜結(jié)構(gòu)、性能的表征方法如下：?

1、聚乙烯（PE）纖維的結(jié)晶度?