[發明專利]基于偏二氟乙烯聚合物的高韌性中空纖維膜

有效

• 申請號: 201580039633.6
• 申請日: 2015-07-21
• 公開（公告）號: CN106659985B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: W·高薩;R·雷博三世;G·S·奧布里恩;S·加布洛爾;R·A·威爾
• 申請（專利權）人: 阿科瑪股份有限公司
• 主分類號: B01D71/34
• 分類號: B01D71/34
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 樂洪詠;沙永生

使用具有相對低的結晶度的含有偏二氟乙烯聚合物的組分，如Kynaro樹脂，制備具有改進的韌性和耐久性的中空纖維膜。本發明的一個方面提供了一種呈纖維形式的膜，其中i)該纖維具有聚合物組分的多孔壁，該多孔壁封閉延伸該纖維的長度的中央中空空間；ii)該聚合物組分具有如通過廣角X射線衍射確定的小于約35％的結晶度；iii)該聚合物組分由偏二氟乙烯的至少一種均聚物或共聚物構成；并且iv)該膜具有每平方毫米的膜截面至少約0.5J的斷裂能。

發明領域

本發明涉及對于制備具有改進的韌性的中空纖維膜有用的基于偏二氟乙烯聚合物的配制品。

相關技術的討論

聚偏二氟乙烯(PVDF)樹脂已經成為用于制備水處理膜的優選材料，因為其高純度、監管批準、和對于在此應用中使用的許多氧化劑和清潔化學品的耐受性。中空纖維膜因為其每單位體積更高的表面積(這允許更小的、更有效的過濾組件)在膜應用中通常是優選的。中空纖維膜還特別適合用于在膜生物反應器(MBR)中使用的水下過濾組件。MBR系統也是全世界水處理市場中發展最快的部分之一。

在中空纖維膜的商業發展中，主要的挑戰是纖維斷裂。纖維斷裂導致在該組件中的完整性的損失和污染穿透的可能性。當纖維斷裂時，必須使該組件脫離服務，從視覺上定位該斷裂的纖維，并且然后塞住。這可能是非常耗時并且昂貴的過程。

關于中空纖維膜完整性的擔憂是廣泛采用這項重要技術的主要阻礙。改進機械特性、并且特別是減少纖維斷裂是許多膜公司的重要目標。

一個關鍵區別因素是如何測量或對這些膜的機械特性分等級。通常，進行拉伸測試以確定斷裂伸長率和斷裂應變。不幸地，該測試不真實地指示膜所經受的真實生活機械應力。更經常地，膜經受來自湍流水流動的反復運動和反沖循環。相比單軸伸長，這種應力更接近地類似于撓曲疲勞。膜所遭遇的另一種損傷應力是存在于給水中的固體磨料顆粒的撞擊。對缺口和切口的耐受性是將大大改進中空纖維膜耐久性的另一種特性。非負載的中空纖維膜的最終壽命是由每根單獨的纖維的韌性、或斷裂能決定的。發明簡要概述

本發明的一個方面提供了一種呈纖維形式的膜，其中i)該纖維具有聚合物組分的多孔壁，該多孔壁封閉延伸該纖維的長度的中央中空空間；ii)該聚合物組分具有如通過廣角X射線衍射確定的小于約35％的結晶度；iii)該聚合物組分由偏二氟乙烯的至少一種均聚物或共聚物構成；并且iv)該膜具有每平方毫米的膜截面至少約0.5J的斷裂能。已經發現改變用來制備此類膜的聚合物配制品的結晶度增加這些膜的韌性，由此降低在長期使用中的疲勞有關的斷裂。因此，本發明提供了一種增加用于水處理應用使用的中空纖維膜的韌性的方式。該聚合物組分的結晶度選擇為使得由其制備的中空纖維膜的斷裂能高于使用具有大于35％的結晶度的聚合物組分制備的類似的中空纖維膜的斷裂能。

該聚合物組分可以，例如，選自由以下各項組成的組：

a)聚合物，該聚合物是按重量計從約80％至約99％的偏二氟乙烯和按重量計從約1％至約20％的一種或多種共聚單體的共聚物；

b)按重量計從約10％至約80％的偏二氟乙烯均聚物以及按重量計從約20％至約90％的按重量計從約60％至約99％的偏二氟乙烯和按重量計從約1％至約40％的一種或多種共聚單體的共聚物的共混物；

c)按重量計從約10％至約80％的高結晶度偏二氟乙烯均聚物和按重量計從約20％至約90％的低結晶度偏二氟乙烯均聚物的共混物；

d)含有長鏈支化的偏二氟乙烯均聚物或共聚物；以及

e)含有一部分非常高分子量的聚偏二氟乙烯均聚物或共聚物的偏二氟乙烯共聚物。

該聚合物組分可以具有如通過廣角X射線衍射確定的至少約20％的結晶度。