CN100548453C - 无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维微孔滤膜的制备方法。该方法过程包括：将一定长度的涤纶短纤维分散到聚丙烯酰胺溶液中，制得纤维料浆，通过管型模具制成无纺管坯，对其进行碾压、粘合及焙烘处理，得到增强的无纺管；以聚偏氟乙烯为膜材料，以N，N-二甲基甲酰胺等为溶剂，以聚乙烯吡咯烷酮等为添加剂，按聚偏氟乙烯与溶剂和添加剂一定质量比配制制膜液；将制得的增强无纺管浸入制膜液中，进行涂敷，固化，得到增强型中空纤维膜。本发明优点在于：制备过程简单，制得的增强型中空纤维膜强度高，纯水通量为450L/m2·h～950L/m2·h。

Description

无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法。属于高强度中空纤维膜的制备技术。
背景技术
聚偏氟乙烯以其优良的耐腐蚀、耐溶剂、耐候性及机械性能而被日益广泛地应用于膜分离技术。聚偏氟乙烯中空纤维膜在废水处理、生活污水回用及反渗透用水预处理方面有较好的应用。在这些处理过程中，中空纤维膜持续经受使用及清洗时的水流冲击，故需要有较高的强度以保证其正常运行，这一点在浸没式膜组件中尤为突出。而一般方法制备的聚偏氟乙烯中空纤维膜，其强度性能与分离透过性能同时集中于膜体，两者难以兼顾，同时材料本身也使得制备的聚偏氟乙烯中空纤维膜强度较低，难以满足要求。而以合成纤维为增强材料加入到中空纤维之中，利用合成纤维来承担受力作用，则是一种效果明显的方法。专利200510013255.2公开了一种在中空纤维膜壁内植入长纤维的方法，专利200610013558.9则是在中空纤维膜壁内置入长纤维编织网，使中空膜的强度得到提高。
发明内容
本发明目的在于提供一种无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法。该方法制备过程简单，所制得的增强型中空纤维膜通量大，强度高。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其方法特征包括以下过程：
1.无纺管的制备
(1)将长度为1mm～6mm的100D/48F涤纶短纤维分散到浓度为0.05％～0.15％聚丙烯酰胺(PMMA)溶液中，得到浓度为0.8g/L～1.3g/L的纤维料浆，通过管型模具制成无纺管坯。
(2)将无纺管坯置于两平板间，内插圆棒，进行碾压干燥，制得无纺管。
(3)将颗粒状的聚氨酯树脂(PU)与N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)混合，加热，使PU充分溶解于DMAc中，制得质量浓度为5％～15％的PU胶粘剂；将步骤(2)无纺管浸入PU粘合剂中，1s～5s后从胶粘剂中取出，再浸入水中20min～45min，取出，干燥。得到增强的无纺管。
(4)对步骤(3)得到的增强无纺管进行热处理。在400℃～600℃条件下焙烘1s～6s，得到外径为1.4mm～2.4mm的二次增强无纺管。
2.以聚偏氟乙烯为膜材料，以N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、六甲基磷酸铵或四甲基脲为溶剂，以聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，氯化锂，硝酸钠或乙醇为添加剂，按聚偏氟乙烯与溶剂和添加剂质量比为(5～30)∶(55～95)∶(1～15)配制制膜液。
3.将步骤1制得的二次增强无纺管，浸入步骤2得到的制膜液中，进行涂敷，将涂敷后的无纺管浸入温度20℃～90℃，压力0.1MPa～0.6MPa，水为介质的凝固浴中，得到外径为2.6mm～3.0mm的增强型中空纤维膜。
本发明优点在于：制备过程简单，制备过程中通过增强型中空纤维膜制备条件的可控性，可以得到孔隙率为45％～70％，孔径为0.25μm～0.45μm，壁厚为0.3～0.6mm的增强型中空膜；以网络状的纤维结构对中空纤维膜进行增强，无纺管增强层与分离膜层之间的接触点多、结合紧密，所制得的增强型中空纤维膜的拉伸强度达18.5MPa～25.5MPa，抗爆破强度达0.35MPa～0.55MPa，纯水通量为450L/m2·h～950L/m2·h。
附图说明
图1为本发明制得的增强型中空纤维膜的轴向截面图。
图中：上表层为分离膜层，下层为无纺管增强层。
具体实施方式
实施例一
1.取长度为2mm的100D/48F涤纶短纤维20g，与20kg的浓度为0.1％的PMMA溶液混合，搅拌，得到均一的单纤维料浆。
2.利用管型模具制得无纺管坯，对其进行平板碾压，干燥。得到外径为2.8mm～3.2mm的无纺管。
3.取10g聚氨酯与90gDMAc混合，在100℃下，使聚氨酯充分溶解，得到10％的聚氨酯胶粘剂。
4.将步骤2所制得无纺管坯浸入步骤3制得的聚氨酯胶粘剂中，3s后，取出放入水中，无纺管的纤维层得到粘合而固结在一起，得到增强的无纺管。
5.将步骤4制得的增强无纺管进行焙烘，温度为550℃，时间为3s，得到壁厚为0.3mm，外径为2.4mm的再次增强无纺管。
6.取聚偏氟乙烯75g，N，N-二甲基乙酰胺385g，聚乙烯吡咯烷酮40g，加入溶料罐中，在60℃下搅拌8小时，溶解后静置脱泡，得到制膜液。
7.将步骤5制得的再次增强无纺管浸入步骤6制备的制膜液中，浸润完全后，取出浸入温度为20℃的水中，常压下浸泡48h，取出自然干燥，得到无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜。
经上述步骤所制得的无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜，性能参数为：膜孔径为0.27μm，外径2.6mm，壁厚0.4mm，0.1MPa下纯水通量750L/m2·h，爆破强度0.51MPa，拉伸强度25.5MPa，孔隙率61％。
实施例二
1.以实施例一中步骤1-6相同的原料质量及操作条件制备无纺管。
2.取聚偏氟乙烯50g，N，N-二甲基乙酰胺425g，聚乙烯吡咯烷酮25g，加入溶料罐中，在60℃下搅拌8小时，溶解后静置脱泡，得到制膜液。
3.将步骤1制得的再次增强无纺管浸入步骤2制备的制膜液中，浸润完全后，取出浸入温度为20℃的水中，常压下浸泡48h，取出自然干燥，得到无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜。
经上述步骤所制得的无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜，性能参数为：膜孔径为0.42μm，外径2.7mm，壁厚0.45mm，0.1MPa下纯水通量860L/m2·h，爆破强度0.41MPa，拉伸强度23MPa，孔隙率68％。
实施例三
1.取长度为2.5mm的100D/48F涤纶短纤维20g，与20kg的浓度为0.1％的PMMA溶液混合，搅拌，得到均一的单纤维料浆。
2.利用管型模具制得无纺管坯，对其进行平板碾压，干燥。得到外径为2.9mm～3.3mm的无纺管。
3.以实施例一中步骤3-5相同的程序制备外径为2.5mm的再次增强无纺管。
4.取聚偏氟乙烯50g，N，N-二甲基乙酰胺425g，氯化锂25g，加入溶料罐中，在60℃下搅拌8小时，溶解后静置脱泡，得到制膜液。
5.将步骤3制得的再次增强无纺管浸入步骤4制备的制膜液中，浸润完全后，取出浸入温度为20℃的水中，常压下浸泡48h，取出自然干燥，得到无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜。
经上述步骤所制得的无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜，性能参数为：膜孔径为0.29μm，外径2.7mm，壁厚0.4mm，0.1MPa下纯水通量465L/m2·h，爆破强度0.32MPa，拉伸强度20.3MPa，孔隙率48％。

Claims (1)

1.一种无纺管增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其方法特征包括以下过程：
1).无纺管的制备
(1)将长度为1mm～6mm的100D/48F涤纶短纤维分散到浓度为0.05％～0.15％聚丙烯酰胺溶液中，得到浓度为0.8g/L～1.3g/L的纤维料浆，通过管型模具制成无纺管坯；
(2)将无纺管坯置于两平板间，内插圆棒，进行碾压干燥，制得无纺管；
(3)将颗粒状的聚氨酯树脂与N，N-二甲基乙酰胺混合，加热，使聚氨酯充分溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，制得质量浓度为5％～15％的聚氨酯胶粘剂；将步骤(2)无纺管浸入聚氨酯粘合剂中，1秒～5秒后从胶粘剂中取出，再浸入水中20分钟～45分钟，取出，干燥，得到增强的无纺管；
(4)对步骤(3)得到的增强无纺管进行热处理，在400℃～600℃条件下焙烘1秒～6秒，得到外径为1.4mm～2.4mm的二次增强无纺管；
2).以聚偏氟乙烯为膜材料，以N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、六甲基磷酸铵或四甲基脲为溶剂，以聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，氯化锂，硝酸钠或乙醇为添加剂，按聚偏氟乙烯与溶剂和添加剂质量比为(5～30)∶(55～95)∶(1～15)配制制膜液；
3).将步骤1)制得的二次增强无纺管，浸入步骤2)得到的制膜液中，进行涂敷，将涂敷后的无纺管浸入温度20℃～90℃，压力0.1MPa～0.6MPa，水为介质的凝固浴中，得到外径为2.6mm～3.0mm的增强型中空纤维膜。
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