[發明專利]一種膜蒸餾用聚偏氟乙烯膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210057356.X
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102580575A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 宋正偉;蔣蘭英;蔡旭東
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34;B01D67/00;B01D61/36
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

技術領域

本發明屬于分離用合成膜制備領域，設計了在干-濕相轉化法綜合NMP和水混合溶液，以及水作為外凝膠浴的雙凝膠浴法合成膜蒸餾用多孔PVDF中空纖維膜的方法。

背景技術

膜蒸餾技術是一種新型環保節能的膜分離技術，近年來隨著高分子材料和制膜技術的發展逐步成為膜分離研究的熱點。

膜蒸餾基于其分離機理，所使用的是疏水性微孔膜。現行制可產業化運用的合成多孔膜的主要方法之一是1963年科學家Loeb和Sourirajan發明相轉換制膜法，即將聚合物溶于某種有機溶液當中并以一定的形態浸入含有非溶劑的凝膠浴中，借助溶劑和非溶劑的交換使溶液轉化成固體形成非對稱的膜結構。該方法所要求的條件適中(如常溫、常壓)，且對膜結構的調整非常靈活。因此一直是高分子聚合物合成膜制作工藝的首選。但就微孔膜的制作而言，現有相轉變過程卻有一定的局限性。它通常采用水作為單一凝膠浴，得到的膜表面的孔隙率不高，影響了膜的分離效率。因此，為改善膜結構，增加孔隙率，提高膜蒸餾的效率，采用PVDF材料制備分離膜是一個熱門的研究領域。

聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的化學穩定性和熱穩定性，成為近年來制備膜蒸餾用分離膜的主要材料。PVDF材料的玻璃化溫度為-39℃，熔點為170℃，一般可以在-40-150℃長期使用(膜蒸餾過程操作溫度為30-100℃)；PVDF具有穩定的化學性質，不易被強酸、強堿、強氧化劑和鹵素等腐蝕，對醇、醛、脂肪烴和芳香烴等大多數有機溶劑也很穩定。僅N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰(DMAC)、二甲基亞砜等強極性的有機溶劑可以溶解PVDF材料。

本發明以PVDF作為膜材料，采用新型雙凝膠浴，即以N-甲基吡咯烷酮(NMP)的水溶液作為其中一種外凝膠浴，以提高膜孔隙率，改善膜分離性能。

發明內容：

本發明的目的是針對現有商業疏水性多孔膜大都不是專門為膜蒸餾過程設計、膜的各方面的性質還不能使膜蒸餾過程達到最佳的效果這一現狀，提出一種采用雙凝膠相轉換的方法，來制備表面多孔、高孔隙率的蒸餾用膜。

本發明的目的是通過下列步驟實現：

一種膜蒸餾用聚偏氟乙烯膜的制備方法，采用干-濕相轉化法制備中空聚偏氟乙烯膜絲，包括以下步驟：

1)配制鑄膜液：采用聚偏氟乙烯為原料、N-甲基吡咯烷酮為溶劑，加熱攪拌，混合成均質透明的鑄膜液；

2)雙凝膠浴：鑄膜液從噴絲頭的外孔擠出，同時芯液從噴絲頭內孔噴出；然后兩次通過外凝膠浴相變成型；所述的外凝膠浴為NMP與水的混合溶液或水；

3)紡出的膜絲經過浸泡，晾干再制成膜蒸餾用聚偏氟乙烯膜。

步驟1)中所述的鑄膜液采用聚偏氟乙烯為原料、N-甲基吡咯烷酮為溶劑，按下列重量百分比配制而成：

聚偏氟乙烯：10-20wt％；

N-甲基吡咯烷酮：80-90wt％。

將上述混合后的溶液在60-65℃下攪拌4-6小時，得到均質溶液后靜置20-24小時除去溶液中的氣泡。

步驟2)中所述的采用NMP與水的混合溶液的外凝膠浴時，NMP的重量百分比不超過50％。

步驟2)中所述的芯液采用NMP與水的混合溶液或者水。

所述的芯液采用NMP與水的混合溶液時，NMP的重量百分比不超過50％。

所述的步驟2)中鑄膜液從噴絲頭擠出進入外凝膠浴之前，需要通過0-16cm的氣隙高度。

所述的鑄膜液用蠕動泵打入噴絲頭，并從噴絲頭外孔擠出，其流速在3-7ml/min，鑄膜液溫度為5-50℃；芯液以氮氣壓力作為動力打入噴絲頭并從噴絲頭內孔噴出，其流速在1-5ml/min，芯液溫度為5-50℃。

所述的兩次外凝膠浴溫度均為5-50℃，通過每次外凝膠浴的時間均為12-20s內。

所述的步驟3)中紡出的膜絲放入水中浸泡3-7天，然后分別用甲醇和正己烷浸泡膜絲各90-120分鐘，最后把膜絲放在陰涼處晾干得到。

發明的有益效果

1、本發明提供的制備蒸餾用中空纖維的干-濕相轉化法，是現有膜工業生產的主流方法，容易實現工業化生產；

2、本發明采用雙凝膠浴方法，兩次通過外凝膠浴相變成型；外凝膠浴為NMP與水的混合溶液或水；例如：a膜絲首先通過NMP與水混合溶液的凝膠浴，接著再進入水的凝膠浴相變成型；b膜絲首先通過水的凝膠浴相變，接著進入NMP與水混合溶液的外凝膠浴成型。這兩種凝膠的方式都有助于表面多孔、孔隙率高的薄膜結構。

附圖說明