[發(fā)明專利]一種同質(zhì)增強(qiáng)型中空纖維膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310068918.5
• 申請(qǐng)日: 2013-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103111194A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖長(zhǎng)發(fā);劉海亮;安樹(shù)林;張旭良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/30
• 分類號(hào): B01D71/30;B01D69/08;B01D67/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟(jì)群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增強(qiáng)型中空纖維膜制備技術(shù)，具體為一種同質(zhì)增強(qiáng)型中空纖維膜的制備方法。

背景技術(shù)

聚氯乙烯（PVC）作為膜材料具有化學(xué)性能穩(wěn)定、耐酸、耐堿、耐有機(jī)溶劑、耐微生物腐蝕性能良好、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛，已被廣泛用于制備超/微濾膜。已報(bào)道的聚氯乙烯中空纖維膜的制備方法主要有溶液相轉(zhuǎn)化法（例如CN1415407A專利文獻(xiàn)報(bào)道）和雙螺桿擠出機(jī)凍膠紡絲法（例如CN101912739A專利文獻(xiàn)）。溶液相轉(zhuǎn)化法所制備的膜分離精度高、易清洗，但其力學(xué)性能較差，在使用過(guò)程中易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象（在膜生物反應(yīng)器中使用中空纖維簾式膜組件時(shí)，斷絲現(xiàn)象尤為突出），設(shè)備使用壽命減短，成本增加。雙螺桿擠出機(jī)凍膠紡絲法所制備的膜強(qiáng)度高，但由于其無(wú)明顯皮層且為均質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，使用過(guò)程中易導(dǎo)致嵌入式污染，使得清洗頻率和能耗成本增加，縮短了膜的使用壽命。

增強(qiáng)型中空纖維膜的研究，目前較多的是采用長(zhǎng)纖維及編織管增強(qiáng)法。專利CN102343220A公開(kāi)了一種帶支撐材料的聚氯乙烯中空纖維膜的制備方法，其在膜的制備過(guò)程中將單絲纖維和鑄膜液共擠出，使得纖維包覆在膜基體中，可有效增強(qiáng)膜的拉伸強(qiáng)度。專利CN101543731A報(bào)道了一種編織管增強(qiáng)中空纖維膜的制備方法，它是先將纖維編織成中空纖維編織管，而后將其與鑄膜液共擠出，在凝固浴中成膜，此方法亦可有效增強(qiáng)膜的拉伸強(qiáng)度。上述方法制備的異質(zhì)增強(qiáng)型（增強(qiáng)體與膜表面分離層為不同化學(xué)組成的物質(zhì)）中空纖維膜均存在界面結(jié)合強(qiáng)度較差的問(wèn)題，在實(shí)際使用過(guò)程中易出現(xiàn)膜絲破裂或涂覆層剝離基體的現(xiàn)象。而同質(zhì)增強(qiáng)型（增強(qiáng)體與膜表面分離層為相同化學(xué)組成的物質(zhì)）中空纖維膜可有效改善表面分離層與增強(qiáng)體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度，專利CN102600733A公開(kāi)了一種同質(zhì)增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法，其是將鑄膜液經(jīng)過(guò)噴絲頭組件均勻涂覆于熔融紡絲制得的中空纖維膜表面，制得同質(zhì)增強(qiáng)型聚偏氟乙烯中空纖維膜。但對(duì)于同質(zhì)增強(qiáng)型聚氯乙烯中空纖維膜的制備方法未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種同質(zhì)增強(qiáng)型中空纖維膜的制備方法。該制備方法通過(guò)同質(zhì)增強(qiáng)的方式，使制備的增強(qiáng)型聚氯乙烯中空纖維膜兼具優(yōu)良的力學(xué)性能和較高的分離精度，并且工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，便于工業(yè)實(shí)施。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種同質(zhì)增強(qiáng)型中空纖維膜的制備方法，該制備方法采用以下工藝：

(1)制備增強(qiáng)體基膜；以增塑雙螺桿擠出法制備斷裂強(qiáng)度大于15MPa的聚氯乙烯中空纖維膜，并以該中空纖維膜作為同質(zhì)增強(qiáng)型聚氯乙烯中空纖維膜的增強(qiáng)體基膜；

(2)制備聚氯乙烯鑄膜液；聚氯乙烯鑄膜液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為：

聚氯乙烯??????5-18%；

水溶性物質(zhì)????5-10%；

溶劑??????????72-90%；各組分之和為100%，

將上述各組分混合于70-90℃水浴中，攪拌3-4小時(shí)溶解后，真空脫泡，即得到均勻的聚氯乙烯鑄膜液；其中，所述水溶性物質(zhì)為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚氧化乙烯；所述溶劑為聚氯乙烯的良溶劑，選自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜或四氫呋喃；

(3)增強(qiáng)體表面預(yù)處理；配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-80%的所述溶劑水溶液，將步驟(1)制備的基膜外表面浸潤(rùn)在該溶液水溶液中，浸潤(rùn)時(shí)間為2-20s；

(4)制備同質(zhì)增強(qiáng)型聚氯乙烯中空纖維膜；首先將所述鑄膜液通過(guò)紡絲噴絲頭均勻涂覆于浸潤(rùn)的增強(qiáng)體基膜表面，然后把該基膜在導(dǎo)絲輥牽引下紡絲成膜，涂覆后的膜再經(jīng)過(guò)2-20cm長(zhǎng)的空氣間隙進(jìn)入10-50℃的凝固浴中充分凝固，即得到所述同質(zhì)增強(qiáng)型聚氯乙烯中空纖維膜；所述鑄膜液溫度為10-70℃；所述牽引速度為0.5-5.0m/min；所述凝固浴介質(zhì)為所述溶劑的水溶液，溶劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-80%。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的同質(zhì)增強(qiáng)型中空纖維膜制備方法的特點(diǎn)在于：采用增塑雙螺桿擠出法與溶液相轉(zhuǎn)化法相結(jié)合的方法制備了同質(zhì)增強(qiáng)型聚氯乙烯中空纖維膜，該聚氯乙烯中空纖維膜同時(shí)兼具了所述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，即高強(qiáng)度和高分離精度。該制備方法采用增強(qiáng)體與表面分離層相同的材質(zhì)，避免了異質(zhì)增強(qiáng)型材料的熱力學(xué)相容性差的缺陷，在達(dá)到膜力學(xué)性能改善的同時(shí)，也避免了表面分離層易剝離的缺陷，同時(shí)相比于異質(zhì)編織管涂覆前表面預(yù)處理的難度也節(jié)約了成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明同質(zhì)增強(qiáng)型中空纖維膜制備方法一種實(shí)例所得同質(zhì)增強(qiáng)型聚氯乙烯中空纖維膜橫截面的電鏡照片圖。