[發明專利]聚四氟乙烯中空纖維復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010149389.1
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111330453B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 劉國昌;陳江榮;郭春剛;李浩;車振寧;呂經烈
• 申請（專利權）人: 自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D69/08;B01D71/36;B01D67/00;B01D69/02;B01D61/36
• 代理公司: 天津市君硯知識產權代理有限公司 12239
• 代理人: 張東浩

本發明屬于分離膜技術領域，尤其涉及一種聚四氟乙烯中空纖維復合膜及其制備方法，該復合膜為雙層結構，所述復合膜包括外側的親水超濾表皮層和內側的疏水PTFE支撐層，所述親水超濾表皮層初始接觸角為20°?85°，所述親水超濾表皮層的厚度為2μm?50μm，表面的微孔結構呈圓形且均勻分布，微孔的平均孔徑為5nm?100nm，所述親水超濾表皮層的斷面為海綿狀孔，所述疏水PTFE支撐層初始接觸角為108°?158°，其微孔結構為由微細纖維間縫隙形成的點線狀分離孔，分離孔的平均孔徑為750nm?4000nm，孔隙率為65%?85%。本發明的有益效果是：該復合結構聚四氟乙烯中空纖維膜具備持久疏水性和高效分離性能。同時，本發明制備方法簡便、高效、經濟、環保，制得的復合膜穩定性好。

技術領域

本發明屬于分離膜技術領域，具體涉及微孔分離膜及其制備技術，尤其涉及非對稱微孔結構聚四氟乙烯中空纖維復合膜及其制備方法。

背景技術

采用多層復合方式構建PTFE中空纖維膜非對稱微孔結構，是解決現有技術產品孔徑分布范圍寬和孔隙率低的有效方法。即以拉伸法制備的PTFE中空纖維膜為基礎，在其表面做進一步修飾，得到分離層，以此實現對膜微孔結構和性能的精確調控，進一步實現其精準高效分離的目的。目前，已有的技術手段有涂覆法、氣相沉積法、包纏法和聚合法。

相比，涂覆法和包纏法更符合工業化生產實際。氣相沉積法雖有研究，但是受限于嚴格的工藝環境條件和較小的PTFE膜加工尺寸，暫時還不適用于PTFE分離膜的大規模工業生產。聚合法相關研究較多，主要集中在PTFE微孔膜親水化改性，幾乎無孔徑調控作用，如專利CN 103191654A、CN 103394297A和CN 110394068A。

涂覆法是在已制備的PTFE中空纖維膜表面均勻地附上一層聚合物溶液或粒子，固化后形成膜，從而調節或修飾膜微孔結構。如中國專利CN 1566204A公開了一種PTFE復合平板膜制備方法，即在雙向拉伸的PTFE微孔膜表面連續均勻地涂覆聚氨酯或嵌段聚醚酯溶液，在80～190℃下烘干制成透濕型平板復合膜。此膜表皮為透濕性致密封閉層，適用于制作透氣防水服裝面料，但是其氣通量低，無法滿足過濾、分離過程需要。中國專利CN108144459A公開了三層聚四氟乙烯中空纖維復合膜，由表面分離層、過渡層和PTFE支撐層三部分組成，表面分離層為聚合物膜，過渡層起粘結作用。由于過渡層的實施增加了制膜工藝的復雜程度，且工藝時間較長(如硼酸改性劑干燥需隔熱晾干)，不利于工業生產。

與涂覆法不同，包纏法是將已制備的孔徑較小的PTFE平板膜分切成特定寬度后包纏在中空纖維膜外表面，再通過燒結處理使二者緊密復合為一體，達到減小膜孔徑、提高過濾精度的效果，如中國專利CN 103386256A和CN 110394068A。包纏法雖然較為成熟，但最終膜分離精度受限于平板膜孔徑，較難制得50nm以下微孔結構復合膜；其次，需要考慮增加包纏膜與底膜之間的粘結強度，避免脫落。

為此，本發明在申請人專利CN 102961976B、CN 105521716B和CN 105854639A工作基礎上進一步延伸。

發明內容

針對現有技術產品皮層致密或孔徑無法調控至超濾范疇、皮層與支撐層粘結強度差以及制備工藝復雜等技術問題，本發明提供了一種聚四氟乙烯中空纖維復合膜及其制備方法。其目的是通過設計、調控PTFE中空纖維膜微孔結構和表面性能，提高皮層與支撐層粘結強度、減小膜表層孔徑、提高孔隙率，賦予其超濾截留和疏水膜分離雙重性能，提高其在膜蒸餾、膜吸收等膜接觸器過程過濾分離效率，提高耐壓力和水質沖擊能力，降低滲漏風險，延長膜的使用壽命。

本發明的另一個目的是簡化非對稱微孔結構PTFE中空纖維復合膜的制備工藝，提高其生產效率和產品質量。

為實現上述目的，本發明提供以下技術方案：