CN101254424A

CN101254424A - 一种亲水性pvb共混中空纤维膜及其制备方法

Info

Publication number: CN101254424A
Application number: CNA2008100310163A
Authority: CN
Inventors: 邱运仁
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2008-09-03

Abstract

一种亲水性PVB共混中空纤维膜及其制备方法，本发明采用具有亲水性基团的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作主要成膜物质，通过与其它含亲水性基团的有机高分子聚合物共混，从而获得具有不同亲水性的PVB共混中空纤维膜。一种制备这种亲水性PVB共混中空纤维膜的方法，把聚合物加入稀释剂加热使聚合物溶解并形成均匀的溶液，静置脱泡后经过高温喷丝头挤出或通过螺杆泵挤出，进入凝结浴、洗涤浴后，通过卷丝机把中空纤维膜缠绕于卷丝筒。本发明制膜工艺简单，膜孔径易于控制，重现性好；所制备的中空纤维膜性能稳定，既具有较强的亲水性又具有较高的机械强度，应用于化工、食品、制药、水处理等领域。

Description

一种亲水性PVB共混中空纤维膜及其制备方法

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，尤其是一种用聚乙烯醇缩丁醛与其它亲水性高分子聚合物来制备亲水性共混中空纤维膜的方法。

背景技术

随着环境污染的加剧和水资源的枯竭，人们对水的循环再利用、深度处理的呼声和要求越来越高，如何尽可能多地回收利用现有的水资源已成为人们关注的焦点，废水作为一种资源的观点也逐渐被公众所接受。膜分离技术作为一种新型的分离技术，由于分离效率高、无相变、节能环保、设备简单、操作简便等特点，已广泛应用于饮用水处理和废水处理等领域，包括石油、化工、纺织、食品加工、造纸、医药、机械加工等行业的废水处理。膜技术既能对废水进行有效的净化，且一般不用再添加其他的化学药剂，又能回收有用物质，其在水处理领域中的广泛应用正给人类带来了巨大的环境和经济效益。

目前用于水处理领域的高分子膜主要有聚砜(PSF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)等膜。这些膜虽然具有耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和较好机械强度等优点，但因具有较强的疏水性，在用于废水处理中，由于被分离物质在疏水膜表面产生吸附等原因，易造成膜污染，导致膜通量下降、膜使用寿命缩短等一系列问题。而最为广泛用于工业水处理的亲水膜主要是醋酸纤维素(CA)膜，CA膜虽然具有亲水性好又具有一定的机械强度，但其pH适用范围小、不耐高温、不耐微生物腐蚀、易生物降解、抗化学腐蚀性差、易被酸碱水解、抗压实性差、易被压密等缺点。一般来说，提高膜的亲水性，可增加膜的透水量，但亲水性过高，膜不仅易溶解，而且会失去机械强度，如高度亲水的聚乙烯醇(PVA)膜的机械强度较差。本发明采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为主要膜材，通过与其它亲水性高分子聚合物共混制备中空纤维膜，所制备的PVB共混中空纤维膜既具有较高的机强度又具有优良的亲水性能，本发明具有制膜工艺简单，膜孔径易于控制等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种亲水性聚乙烯醇缩丁醛(PVB)共混中空纤维膜及其制备方法。本发明采用聚乙烯醇与丁醛的缩聚物-聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作主要膜材，它不仅具有较高的亲水性，还具有耐光、湿度的变化、细菌和微生物、碱和稀酸以及耐低温等优良性能。PVB在安全夹层玻璃以及表面处理方面有广泛的应用，但国内外尚没有用PVB来制备中空纤维膜的相关专利报道，也没有PVB商业膜。这种新型的亲水性膜可克服传统的蔬水性膜在使用过程中的膜污染问题，同时又避免了高亲水性膜在机械强度较差等缺点。为了获得具有不同亲水性的PVB共混中空纤维膜，本发明采用不同亲水性材料对PVB进行共混制膜，可进一步增加膜的亲水性能或透水性能。

本发明提供一种制备这种亲水性共混中空纤维膜的方法，本发明是将聚乙烯醇缩丁醛(其中聚乙烯醇缩丁醛中乙烯醇质量百分含量为10％～20％，乙烯丁酯的质量百分含量为0％～3％)、亲水性高分子聚合物与稀释剂混合；亲水性高分子聚合物为聚乙烯醇(PVA)、丙烯酸-乙烯醇共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)三嵌段共聚物(商品名为Pluronic)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)或者为以上高分子聚合物的混合物。聚合物(PVB与共混聚合物)的质量分数为12％～45％，稀释剂为二甘油单丁醚、二甘醇、十三醇、聚乙二醇，N-甲基-2-吡咯烷酮等有机溶剂或者以上有机溶剂的混合物，稀释剂所占的质量分数为55％～88％。混合物在搅拌速度为10rpm～200rpm下搅拌并加热到140℃～200℃，以使聚合物完全溶解，并形成均相溶液，然后静置脱泡30min～100min。加热挤出头及喷丝头到140℃～200℃，在0～0.5MPa压力下或者用齿轮泵或螺杆泵挤出聚合物溶液，经喷丝头，进入凝结浴、洗涤浴后经卷丝机卷丝而成。

用本发明方法制备PVB共混中空纤维膜具有制备工艺简单、容易控制，所制备的PVB膜既具有较好的亲水性同时也具有较好的机械强度。在制膜过程中尤其是进入凝固浴与洗涤浴时有少量亲水性共混聚合物可能扩散而进入凝固浴与洗涤浴，加上亲水性的改变，所以在同样聚合物浓度与制膜工艺下所制备的共混中空纤维膜相比PVB中空纤维膜在截留性能基本不变的条件下具有更高的产水量。

下面用具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

实施例1：

取10gPVB、2gPVA(醇解度大于98％)和38g分子量为200的聚乙二醇混合，在搅拌速度为30rpm条件下加热到165℃温度下直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置60min，同时加热纺丝头以及挤出装置至165℃，用螺杆挤出机挤出聚合物溶液，经纺丝头、5cm空气距后，经过卷丝机带动，进入温度为20℃的凝结水浴、洗涤浴、绕于卷丝筒上，从而制备得亲水性PVB/PVA共混中空纤维膜。

实施例2：

取10gPVB、1gPVA(醇解度大于98％)、1gPVP和38g分子量为400的聚乙二醇混合，在搅拌速度为40rpm条件下加热到165℃温度下直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置60min，同时加热纺丝头以及挤出装置至165℃，用螺杆挤出机挤出聚合物溶液，经纺丝头、10cm空气距后，经过卷丝机带动，进入温度为10℃的凝结水浴、洗涤浴、绕于卷丝筒上，从而制备得亲水性PVB/PVA共混中空纤维膜。

实施例3：

取7gPVB、3g乙烯-乙烯醇共聚物和40g二甘油单丁醚，在搅拌速度为50rpm条件下加热到160℃温度下直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置60min，同时加热纺丝头以及挤出装置至160℃，用螺杆挤出机挤出聚合物溶液，经纺丝头、10cm空气距后，在卷丝机带动下，进入温度为25℃的凝结水浴、洗涤浴、绕于卷丝筒上，从而制备得亲水性PVB共混中空纤维膜。

实施例4：

取8gPVB、4g丙烯酸-乙烯醇共聚物和38g二甘醇混合，在搅拌速度为60rpm条件下加热到180℃直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置100min，同时加热纺丝头以及挤出装置至170℃，用螺杆挤出机挤出聚合物溶液，经纺丝头、0cm空气距后，在卷丝机带动下，进入温度为15℃的凝结水浴、洗涤浴、绕于卷丝筒上，从而制备得亲水性PVB共混中空纤维膜。

实施例5：

取10.5gPVB、2.5gPluronic和37.5gN-甲基-2-吡咯烷酮混合，在搅拌速度为15rpm条件下加热到140℃温度下直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置80min，同时加热纺丝头以及挤出装置至170℃，同时加热纺丝头以及挤出装置至140℃，在0.25MPa氮气压力下挤出聚合物溶液，经纺丝头、0cm空气距后，在卷丝机带动下，进入温度为25℃的凝结浴(凝结浴质量百分组成为5％的N-甲基-2-吡咯烷酮水溶液)、洗涤浴、绕于卷丝筒上，从而制备得亲水性PVB共混中空纤维膜。

实施例6：

取12gPVB、1gPVP聚乙烯基吡咯烷酮和40g混合稀释剂(30g分子量为400的聚乙二醇与10g十三醇的混合溶剂)，在搅拌速度为25rpm条件下加热到165℃温度下直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置70min，同时加热纺丝头以及挤出装置至160℃，用螺杆挤出机挤出聚合物溶液，经纺丝头、12cm空气距后，在卷丝机带动下，进入温度为25℃的凝结水浴、洗涤浴、绕于卷丝筒上，制备得亲水性PVB/PVP共混中空纤维膜。

实施例7：

取10gPVB、5gPluronic和35g十三醇混合，在搅拌速度为30rpm条件下加热到180℃温度下直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置50min，同时加热纺丝头以及挤出装置至165℃，在0.30MPa氮气压力下挤出聚合物溶液，经纺丝头、0cm空气距后，在卷丝机带动下，卷丝速度为0.170m/s，进入温度为0℃的凝结水浴、洗涤浴、绕于卷丝筒上，从而制备得亲水性PVB共混中空纤维膜。

实施例8：

取10gPVB、2g聚乙烯醇-丙烯酸共聚物、2gPluronic与分子量为600的聚乙二醇36g混合，在搅拌速度为65rpm条件下加热到180℃温度下直至完全溶解，形成均匀的溶液，静置70min，同时加热纺丝头以及挤出装置至165℃，在0.30MPa氮气压力下挤出聚合物溶液，经纺丝头、5cm空气距后，在卷丝机带动下进入温度为0℃的凝结水浴、洗涤浴、绕于卷丝筒上，从而制备得亲水性PVB共混中空纤维膜。

Claims

1一种亲水性PVB共混中空纤维膜，其特征在于：中空纤维膜的成膜物质为聚乙烯醇缩丁醛，其中乙烯醇质量百分含量为10％～20％，乙烯丁酯的质量百分含量为0％～3％，与PVB共混的成膜物质为亲水性有机高分子聚合物，其中聚合物的质量分数为12％～45％，其余为稀释剂，稀释剂所占的质量分数为55％～88％。

2、根据权利要求1所述的亲水性PVB共混中空纤维膜，其特征在于：所述的亲水性有机高分子聚合物为聚乙烯醇、丙烯酸-乙烯醇共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮或者为以上高分子聚合物的混合物。

3.一种制备权利要求1所述的亲水性PVB共混中空纤维膜的方法，其特征在于：将聚合物聚乙烯醇缩丁醛以及其它亲水性有机高分子聚合物与稀释剂混合，所述的稀释剂为二甘油单丁醚、二甘醇、十三醇、聚乙二醇，N-甲基-2-吡咯烷酮有机溶剂或者以上有机溶剂的混合物，混合物在搅拌速度为10rpm～200rpm下搅拌并加热到140℃～200℃，使聚合物完全溶解，并形成均相溶液，然后静置脱泡30min～100min，加热挤出头及喷丝头，在0～0.5MPa压力下或者用齿轮泵或螺杆泵挤出聚合物溶液，经喷丝头，进入凝结浴、洗涤浴后经卷丝机卷丝而成。

4.根据权利要求3所述的亲水性PVB中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的加热挤出头温度为140至200℃。

5.根据权利要求3所述的亲水性PVB中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述的凝结浴为水或者为二甘油单丁醚、二甘醇、十三醇、聚乙二醇或N-甲基-2-吡咯烷酮的水溶液。