[發明專利]基于選擇性溶脹法制備嵌段共聚物中空纖維膜的方法

在審

• 申請號: 202010126875.1
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111318174A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 汪勇;鐘丁磊;周潔梅
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D69/08
• 分類號: B01D69/08;B01D69/02;B01D71/80;B01D67/00;A61M1/18
• 代理公司: 北京兆君聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11333
• 代理人: 劉俊玲

本發明提供一種基于選擇性溶脹制備嵌段共聚物中空纖維膜的方法，包括：以兩親嵌段共聚物為成膜材料，通過熔融紡絲制備得到致密的中空纖維；將所得中空纖維浸沒于溶脹劑中，在55?70℃水浴加熱下處理0?5h；處理結束后立即取出干燥，得到雙連續開孔結構的中空纖維膜。本發明的方法通過結合熔融紡絲和選擇性溶脹，只需使用少量溶劑即可制備得到中空纖維膜，且溶劑可重復使用，減少了對環境的影響；具有普適性，可廣泛應用于多種嵌段共聚物制備中空纖維膜的過程；制備得到的中空纖維膜可干態保存，降低了保存和運輸成本。

技術領域

本發明屬于多孔材料分離膜技術領域，具體涉及一種基于選擇性溶脹法制備嵌段共聚物中空纖維膜的方法。

背景技術

中空纖維膜是一種外形為纖維狀，具有自支撐作用的膜材料。由于中空纖維膜本身具有單位體積內裝填密度大、操作簡單、結構穩定等優勢，因此被廣泛應用于水處理、催化反應、食品加工、生物技術及醫療技術等方面。

現階段使用高分子材料制備中空纖維膜的方法主要為3種，分別是：熔融紡絲-拉伸法(MSCS)、熱致相分離法(TIPS)和非溶劑誘導相分離法(NIPS)。MSCS法是通過將高分子材料在高溫下熔融后在高應力下擠出，經后續的冷、熱拉伸操作使高分子材料垂直于擠出方向排列的片晶結構被拉開從而形成微孔結構，再通過熱定型工藝將孔道結構固定。該方法致孔操作對孔結構調控難度大，孔徑分布較寬，且適用于該方法的材料較少。TIPS法是將高分子材料與稀釋劑(高沸點的小分子化合物)混合，在高溫條件下形成均相溶液，紡絲后通過降溫誘導發生相分離，再經萃取等方式脫出稀釋劑，從而得到具有微孔結構的中空纖維膜。雖然TIPS法拓寬了高分子材料的范圍，但是其對工藝要求高，在中空纖維擠出過程中易形成致密皮層從而導致膜性能下降。NIPS法是將高分子材料溶于有機溶劑中形成均相溶液，加壓使其通過噴絲口擠出，經一定的揮發時間或直接浸入凝固浴中發生相分離從而形成中空纖維膜結構。NIPS法制備得到的中空纖維膜力學性能較差，在制備或使用過程中易發生斷絲情況。而且TIPS法和NIPS法在制備過程中往往會使用到大量的有機試劑作為稀釋劑或溶劑，需對有機試劑進行回收、分離及循環使用，極易造成環境污染。

在專利CN102764600A和CN106674580A中提供了通過選擇性溶脹制備嵌段共聚物多孔膜的方法，雖然該方法能夠制備得到性能優異的嵌段共聚物膜，但是該方法難以放大生產，且制備得到的膜為嵌段共聚物平板膜，在實際應用中受到限制。

因此，在本專利中以選擇性溶脹為基礎開發一種簡單有效且環境友好的制備中空纖維膜的方法。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷與不足，本發明的提出一種通過結合熔融紡絲和選擇性溶脹制備中空纖維膜的方法。該方法只需使用少量溶劑就能夠制備得到中空纖維膜，且通過簡單調節溶脹條件可以連續調控中空纖維膜的孔道結構和性能。

本發明實現上述目的的技術方案為：

一種通過熔紡-選擇性溶脹制備中空纖維膜的方法，包括：

1)以兩親嵌段共聚物為成膜材料，通過熔融紡絲制備得到致密的中空纖維；

2)將1)所得中空纖維浸沒于溶脹劑中，在55-70℃水浴加熱下處理0-5h。處理結束后將所述中空纖維立即取出，在一定溫度下干燥，得到雙連續開孔結構的中空纖維膜；

本發明所述方案中，步驟1)所述的兩親嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B組成(A-B)，其中所述嵌段A選自聚砜(PSF)或聚苯乙烯(PS)中的任意一種，所述嵌段B選自聚乙二醇(PEG)、聚環氧乙烷(PEO)、聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP)或聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)中的任意一種，所述兩親嵌段共聚物的總分子量為5-20萬道爾頓；優選所述的嵌段A是聚砜(PSF)，且所述的嵌段B是聚乙二醇(PEG)。