[發明專利]一種制備內襯增強型中空纖維復合膜的涂覆與凝固裝置及方法

有效

• 申請號: 201610181809.8
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105749758B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 汪朝暉;崔朝亮;周杰;汪效祖;邢衛紅;徐南平
• 申請（專利權）人: 南京膜材料產業技術研究院有限公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/08;B01D69/12;B01D71/34
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發明在于提供一種用于改進型水平涂覆法生產內襯增強型中空纖維復合膜的涂覆與凝固裝置與方法。該裝置包括涂覆裝置、成膜甬道區、凝固水浴槽、循環水浴裝置。涂覆裝置由涂覆機頭固定于可調傾斜角的機箱底板上，凝固裝置的主體是一字排列的多級長方體水槽，水槽一側的高度可在一定的范圍內調節，使涂覆機頭與編織管保持同心。空氣段由成膜甬道區控制環境的溫、濕度，與凝固槽平行排列，避免凝固槽蒸發的水汽與膜絲接觸。凝固浴槽在膜絲進、出兩側開槽，槽口處既是膜絲的進出通道，同時凝固劑從槽口溢流到加熱水箱后由泵輸送回凝固浴槽。相比傳統垂直涂覆內襯膜裝置，該裝置具有操作簡單、工藝條件容易控制、生產率高的優點。

技術領域

本發明涉及有機中空纖維微孔膜制備領域，尤其是由編織管內襯增強的中空膜管及其生產裝置。所述的涂覆與凝固裝置應用于改進型水平涂覆法復合膜制備系統。

背景技術

隨著工業化程度不斷提升和各類水資源品質的日益惡化，化學穩定性好、機械強度高、抗污染能力強成為對膜分離材料性能越來越普遍的要求。同時由于大量水體的深度污染而導致的水質型缺水，傳統生物處理法由于自身的缺點（出水水質差、占地面積大、處理周期長、沖擊負荷低等）已不能滿足經濟社會發展的需求，使膜生物反應器（MBR）過程成為最有市場前景的廢水處理技術，同時，應用于MBR過程中的內襯增強型中空纖維復合膜憑借其優越的性能得到了快速的發展。

內襯增強型中空纖維復合膜主要由涂覆的表面分離層和編織管或其他類型支撐材料所組成，分別擔負分離與高強度兩項功能。表面分離層可選擇的膜材料包括聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）或聚偏氟乙烯（PVDF）等，美國專利4061821公開了一種制備內襯編織管的聚丙烯腈中空纖維膜，中國專利CN102389721A公開一種帶支撐材料的聚丙烯腈膜及其制備方法。通過干-濕工藝制備PAN中空纖維膜，并從其他入口使單絲進入噴絲頭，混紡制備帶支撐材料的聚丙烯腈中空纖維復合膜，美國KOCH公司的PURON? MBR膜元件以PES為表面分離層材料（JuddS. 2006，The MBR BOOK ），美國專利5472607公開了一種PVDF溶液涂覆管狀編織物以形成由編織物加強的中空纖維膜的方法，中國專利CN104117289A、CN1695777A、CN101357303A、CN102784566B等公開了以PVDF為分離層材料的內襯增強型復合膜材料。

最初的纖維增強型中空膜制備工藝源于Hayano等人（US Patent No.4061821）提出了的一種纖維編織管涂覆技術，該技術只是將鑄膜液簡單地涂覆在纖維編織管的外表面，很難控制鑄膜液向編織管內的滲入量，易堵塞中空纖維膜內腔，并且在使用中容易脫落。在此基礎上，加拿大Zenon公司（US Patent No.5472607，US2003/0098275A1，WO 00/78437A1）公開了一種制備聚合物復合中空纖維膜，通過減小纖維束的旦尼爾數、增加纖維束的編織密度以及改進纖維束的編織方式，使鑄膜液與纖維編織管共擠出進行涂覆時，不至于滲入到編織管內部，由于該制備技術只是將聚合物涂敷在纖維編織管的外表面，聚合物分離層與纖維編織管結合力較弱，分離膜易于脫落的問題沒有解決。

支撐層是在中空纖維膜內部引入編織纖維管或纖維束作為支撐體，利用編織纖維管或纖維束來增加膜材料的機械強度。其中編織纖維管或纖維束本身要具有良好的化學與熱穩定性，以及優越的機械性能，能夠被鑄膜液所潤濕，但不能被鑄膜液中溶劑所溶解，美國專利US5472607公開了編織管所用的纖維材料為聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（尼龍）、聚烯烴纖維（丙綸、乙綸等）、聚氨酯纖維（氨綸）、聚砜纖維、醋酸纖維素纖維。

表面分離層的成膜機理與干-濕法浸沒相轉化制膜工藝一樣，為一動力學雙擴散過程，由聚合物-溶劑-非溶劑三種主要成分構成鑄膜液體系。成膜過程分成兩個階段：內襯材料-如編織管經過涂覆機頭形成初生膜層，首先在空氣中經歷擴散受限的蒸汽相轉化（第一階段），然后進入凝固浴經歷完全的擴散相轉化（第二階段）。