[發明專利]一種聚酰亞胺中空纖維及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610795980.8
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN107778484B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 武德珍;田國峰;李建華;齊勝利
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;D01F6/94;D01F6/78;D01F1/08;D01D5/24;D01D5/06;D01D10/06;D01D10/02;D01D5/12;B01D53/22
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王園園;李婉婉

本發明涉及高性能膜法分離技術領域，公開了一種聚酰亞胺中空纖維及其制備方法和應用，該聚酰亞胺中空纖維中的聚酰亞胺的結構式如式(1)所示，本發明還涉及制備聚酰亞胺中空纖維的方法以及該方法制得的聚酰亞胺中空纖維，還涉及上述聚酰亞胺中空纖維的應用。該方法得到的聚酰亞胺中空纖維，具有良好的力學性能、耐高溫性能和氣體分離效果。

技術領域

本發明涉及高性能膜法分離技術領域，具體地，涉及一種聚酰亞胺中空纖維及其制備方法和應用。

背景技術

膜分離技術是近年來崛起的一項高效節能的物質分離和濃縮技術，已從最初的海水與苦咸水脫鹽、純水及超純水制備、工業水回用，逐步拓展到環保、化工、醫藥、食品等領域，發展前景備受關注。

20世紀80年代到90年代出現了工業規模的氣體膜分離技術，其中最重要的是1979年美國Monsanto公司用于氫/氮分離的Prism系統的建立。1985年DOW化學公司向市場提供了以富氮為目的的空氣分離器Generon。膜法氣體分離的基本原理是各組分氣體透過分離膜時，根據氣體在膜內的溶解度和擴散滲透速率的不同而達到分離目的。在各種氣體分離膜中，非對稱中空纖維是一種非常重要的膜結構形式，因其具有自支撐、組件內流體力學條件好，以及具有非常大的比表面積、制成組件后其裝填密度高，分離氣體成本低等特點，成為氣體分離膜的發展方向。基于氣體分離膜的基本原理，分離膜的材質和結構是決定膜性能的關鍵。在膜結構控制方面，研究無缺陷皮層的非對稱結構，從而可以提高氣體滲透率和透氣選擇性；在材質方面，膜材要與各種氣體介質接觸，同時單根膜的產氣量隨壓力和溫度的升高而增大，因此耐溫、耐壓、耐介質腐蝕的膜材質將會有助于提高單根膜的產氣量、分離效率和使用壽命。

聚酰亞胺(簡稱PI)是分子結構含有酰亞胺基鏈節的芳雜環高分子化合物，主鏈鍵能大，不易斷裂分解，耐高低溫性好；拉伸、彎曲、壓縮強度較高，具有優良的耐油和耐有機溶劑性能。因此，相對于其它氣體分離膜，用PI紡制的中空纖維膜具有突出的耐壓、耐高溫和耐有機溶劑性能，良好的氣體滲透性和選擇性，在對有機氣體和液體的分離上具有特別重要的意義。現有技術中，最為常見的方法是采用可溶性芳香族聚酰亞胺作為紡絲液，采用純水等不良溶劑作為芯液，通過干噴濕紡工藝共同擠出浸入凝固浴，然后經溶劑交換等后處理工藝得到非對稱中空纖維膜。例如專利申請CN102905779A采用上述方法得到了O₂/N₂分離系數大于5.3的中空纖維膜。然而，具有可溶性特點的聚酰亞胺材料的單體選擇范圍有限，價格通常較高，影響了其大范圍推廣。更為重要的是，良好的溶解性會在相當一定程度上影響其耐介質腐蝕性，無法滿足某些特定溶劑或氣體的分離使用。

為解決這一問題，有研究采用均苯四甲酸二酐(PMDA)與二氨基二苯醚(ODA)為主要原料合成聚酰胺酸，并在聚酰胺酸中加入多孔填料或具有吸附功能的顆粒作為紡絲液，然后通過干噴濕紡工藝制備聚酰胺酸中空纖維，最后加熱得到具有多孔結構或具有特定吸附功能的聚酰亞胺中空纖維。由于需要加入納米或微米級填料，容易引起纖維的結構缺陷，形成應力集中點，影響纖維的力學強度和操作壓力，且該方法通常需要將纖維在水中浸泡超過24h以充分交換溶劑，然后再經過自然干燥若干小時，最后加熱成型若干小時，生產制備周期較長，不利于規模化生產放大。

因此，現在急需一種分離效果以及耐性和力學性能較優異的聚酰亞胺中空纖維及其制備方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中聚酰亞胺中空纖維分離效果差的缺陷，提供一種聚酰亞胺中空纖維及其制備方法和應用。

第一方面，本發明提供了一種聚酰亞胺中空纖維，該聚酰亞胺中空纖維中的聚酰亞胺的結構式如式(1)所示，

式(1)中，Ar為以及可選的B選自由以下基團組成的組：