CN101450287B - 一种着色中空纤维膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种着色中空纤维膜的制备方法，其特征在于该制备方法先根据产品颜色设计要求选择颜料，经与分散剂高速搅拌混合均匀后，再一并加入到成膜原料体系中，采用常规溶液纺丝方法或熔融纺丝方法制备中空纤维膜；所述颜料为钛白、炭黑、氧化铁黄、有机颜料黄138、铁红、有机颜料红122或/和群青中的一种或一种以上，平均粒径小于10微米，加入量为成膜原料体系中聚合物质量的0.2-5％；所述分散剂为钛酸酯、白石蜡或吐温-80，加入量为所述颜料加入质量的0.1～3.0％。

Description

一种着色中空纤维膜的制备方法

技术领域

本发明涉及分离膜技术，具体为一种选择适当着色剂，在不影响传统制膜工艺和所得产品性能的条件下，生产着色中空纤维膜的制备方法。

背景技术

现有中空纤维膜的主要颜色是白色，有些中空纤维膜材料的颜色为乳白色或浅黄色(该颜色多为未完全洗除致孔剂(如聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮)或表面活性剂等所致)，存在颜色单一、光泽度差等不足，难以满足中空纤维膜材料更加广泛的使用需求。溶液纺丝方法与熔融纺丝方法虽都可以制备中空纤维膜，但从着色角度看，熔融纺丝制备中空纤维膜要比溶液纺丝方法中空纤维膜困难得多，因为熔融纺丝方法的纺丝成膜过程温度较高，工艺条件要求更严格，着色剂的选择要求更高。在申请人检索范围内，无论是溶液纺丝方法制膜，还是熔融纺丝制膜，都尚未见到有关制备着色中空纤维膜的专利文献及其他相关研究文献报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种着色中空纤维膜的制备方法。该制备方法在至少不影响所得中空纤维膜性能的条件下，制备出多种色泽的着色中空纤维膜，具有工艺简单，成本较低，色泽牢固，着色过程不产生“三废”物质等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种着色中空纤维膜的制备方法，其特征在于该制备方法先根据产品颜色设计要求选择颜料，经与分散剂高速搅拌混合均匀后，再一并加入到成膜原料体系中，采用常规溶液纺丝方法或熔融纺丝方法制备中空纤维膜；所述颜料为钛白、炭黑、氧化铁黄、有机颜料黄138、铁红、有机颜料红122或/和群青中的一种或一种以上，平均粒径小于10微米，加入量为成膜原料体系中聚合物质量的0.2-5％；所述分散剂为钛酸酯、白石蜡或吐温-80，加入量为所述颜料加入质量的0.1～3.0％。

与现有常规化学纤维及纺织品的着色技术不同，本发明制备方法是针对微孔结构较难控制及工艺过程较为复杂的中空纤维(多孔)膜制备过程，需要保证着色过程中着色剂及分散剂对纺丝制膜工艺过程和最终所得中空纤维膜的分离性能(与中空纤维膜的微孔结构有关)不产生副作用，而在常规化学纤维及其纺织品的染色过程中对分离性能无要求。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明。

本发明设计的一种着色中空纤维膜(以下简称中空膜)的制备方法(以下简称制备方法)，主要是通过在常规熔融或溶液纺丝法制备中空纤维(多孔)膜的成膜原料体系中适量添加适当颜料实现的。

本发明制备方法关键是着力解决着色添加剂的选择问题。所述着色添加剂为颜料和分散剂。

1.颜料的选择依据及添加量：

(1)颜料的粒径：为适应纺丝制膜工艺并避免影响中空纤维膜的分离性能，所述颜料的粒径应小于10微米，较好的是在0.05～1微米，即纳米～亚微米范围内，并应具有良好的分散性；

(2)颜料的热稳定性：在熔融纺丝制膜过程中，由于对成膜原料体系热稳定性要求较高，所述颜料应选择耐热性较好的颜料，包括无机颜料和有机颜料；

(3)颜料的亲水性：本发明制备方法所得产品的中空纤维膜在水处理领域的应用最为广泛，所选颜料应为亲水性较好且不溶于水的物质；

(4)颜料的毒害性：本发明制备方法所得产品的中空纤维膜多用于水处理、食品、及卫生、环保等领域，所选颜料应无毒无害，铅白、镉黄等含有重金属及有毒物质的颜料不宜选择；

(5)颜料的添加量：为减小颜料的加入对中空纤维多孔膜微孔结构与分离性能的副作用，同时保证中空纤维膜的着色效果，需要控制颜料的添加量，一般的颜料添加量应为成膜原料体系中聚合物质量的0.2-5％；

2.分散剂及其添加量：为进一步提高颜料的分散性能(通常而言，颜料在其生产制备过程中表面已经过分散剂处理)，防止其在成膜原料体系中聚集或团聚、影响所得中空纤维膜的性能，保证所得中纤维膜的色泽均匀，本发明制备方法需用分散剂对颜料进行进一步处理(利用高速搅拌粉碎混合机使颜料与分散剂进一步充分混合均匀)，分散剂的添加量为颜料质量的0.1～3.0％；所用分散剂可选用常见的脂肪酯类分散剂如钛酸酯、石蜡类分散剂如白石蜡或表面活性剂如吐温-80等；

本发明在着色中空纤维膜的制备过程中，尽可能保持原有的溶液或熔融纺丝制膜工艺过程不变，以确保着色过程不影响或少影响所得中空纤维膜的各项性能以及膜制品的后续使用。

具体说，本发明可根据产品设计色泽的要求而选择不同颜料：例如，白色，可选择钛白颜料；钛白具有纯洁的白度，对光线的折射率高，粒度均匀，对光和热的作用稳定，化学性质上呈惰性；黑色，可选择炭黑颜料；炭黑的粒径可根据需要选择，粒径越小，颜色越黑；黄色，可选择氧化铁黄；该颜料具有较强的耐碱性，但耐酸性稍差、微溶于酸，在浓盐酸中可完全溶解，因而对酸洗过程要求较高的中空纤维膜不适用；黄色或可选择有机颜料黄138，其耐热温度在300℃以上，耐酸、耐碱，性质稳定；红色，可选择铁红颜料；该颜料在完成中空纤维膜着色的同时，还有利于提高其化学稳定性；或者选择有机颜料红122，其耐热性超过350℃，耐日光和耐有机溶剂性好；蓝色，可选择群青颜料；该颜料是一种以硅酸盐为主要原料，经高温煅烧而成，是一种含多元素且无毒的无机颜料，具有极好的耐光性、耐碱性、耐热性和耐候性，在200℃条件下长时间不变色，也具有较好的亲水性，但耐酸性较差，对于酸洗过程要求较高的中空纤维膜不适用。

本发明中空膜的成膜聚合物没有限制，包括聚丙烯中空纤维膜、聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚氨酯中空纤维膜和聚醚砜中空纤维膜等。本发明制备方法所述纺丝方法适用于现有成熟技术，包括采用熔融法或溶液法纺丝制膜工艺的各种中空纤维膜的成膜原料体系和制备方法，例如，聚丙烯中空纤维多孔膜的成膜原料体系和制备方法可参照专利ZL901003174号文献，工艺本质不变；聚偏氟乙烯中空纤维多孔膜可参照专利ZL200410067002.9号文献，工艺本质不变；聚氨酯中空纤维多孔膜可参照专利ZL200610013868.0号文献，工艺本质不变；聚醚砜中空纤维多孔膜可参照专利ZL97107831.9号文献，工艺本质不变，等等。需要指出的是，本发明制备方法具有普适性，即不仅适用于上述4个专利所述的纺丝制膜方法，而且也适用于其它现有熔融或溶液纺丝法生产中空纤维膜的制备方法。

本发明制备方法的最大特点是，通过在原有中空纤维膜的成膜原料体系中添加少量适当的纳米-亚微米级颜料粒子，在保持或基本保持原有纺丝制膜工艺条件及所得中空纤维膜分离及力学性能基本不变的情况下，制备着色或彩色中空纤维(多孔)膜，具有色泽可以根据产品设计要求任意选择，工艺较简单，成本较低，适用于现有设备，便于推广应用等特点。由于颜料本身的亲水性及其它特性如抗氧化性、耐溶剂性等，会对原有中空纤维多孔膜的性能略有改变，但并不影响原有纺丝制膜工艺及所得中空膜的基本性能。

下面用具体实施例来进一步说明本发明。实施例只是对本发明的进一步解释，其并不限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

采用常规(例如参照ZL90100317号专利文献中实施例1所述)的熔融纺丝方法制备聚丙烯中空纤维膜，在其它条件不变的情况下，向成膜原料体系中添加聚丙烯质量0.2％、平均粒径0.05微米的钛白粉；所述钛白粉先经分散剂钛酸酯分散处理，即利用高速搅拌粉碎混合机使分散剂与所用颜料进行充分均匀共混后，一并加入到成膜原料体系中纺丝；分散剂用量为钛白粉质量的0.1％，制得着色聚丙烯中空纤维膜。所得着色中空膜的气通量略有提高(提高程度小于5％)，白度明显增加，称为白色聚丙烯中空膜。

实施例2

采用常规(例如参照ZL200410067002.9号专利文献中实施例1所述)的熔融纺丝方法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜，在其它条件不变的情况下，向成膜原料体系中添加聚偏氟乙烯质量0.5％的平均粒径0.08微米的炭黑，其中炭黑经分散剂白石蜡分散处理，分散剂用量为炭黑质量的1％。余同实施例1。所得着色中空膜在气通量略有提高(提高程度小于5％)的情况下，呈现黑色，即黑色聚偏氟乙烯中空膜。

实施例3

采用常规(例如参照ZL200610013868.0专利文献中实施例1所述)的熔融纺丝方法制备聚氨酯共混中空纤维膜，在其它条件不变的情况下，向成膜原料体系中添加聚合物质量5％的平均粒径0.06微米的群青，其中群青经钛酸酯分散剂分散处理，分散剂用量为群青质量的3.0％。余同实施例1。所得中空膜在水通量略有提高(提高程度小于15％)的情况下，呈现蓝色，即蓝色聚氨酯中空膜。

实施例4

将实施例3所述原料体系中的群青颜料分别换为平均粒径为10微米的氧化铁黄、有机颜料黄138和铁红，其中替换的三种颜料均经钛酸酯分散剂分散处理，分散剂用量为颜料质量的1.0％。余同实施例3。所得中空膜在水通量略有提高(提高程度均小于10％)的情况下，前两者呈现黄色，即黄色聚氨酯中空膜；后一种呈现红色，即红色聚氨酯中空膜。

实施例5

将实施例3所述原料体系中的群青换为平均粒径为10微米的铁红和氧化铁黄的混合物(二者的质量比为5/95)，颜料经钛酸酯分散剂分散处理，分散剂用量为颜料总质量的2.0％。余同实施例3。所得中空膜在水通量略有提高(提高程度小于10％)的情况下，颜色接近粉色，即粉色聚氨酯中空膜。

实施例6

将实施例3所述原料体系中的群青换为平均粒径为10微米的铁红和氧化铁黄的混合物(二者的质量比为95/5)，添加量为4％，颜料经钛酸酯分散剂分散处理，分散剂用量为颜料总质量的0.5％。余同实施例3。所得中空膜在水通量略有提高(提高程度小于10％)的情况下，颜色接近紫色，即紫色聚氨酯中空膜。

实施例7

采用常规(例如参照ZL97107831.9号专利文献中实施例1所述)的溶液纺丝方法制备聚醚砜中空纤维膜，在其它条件不变的情况下，向铸膜液(原料体系)中添加聚醚砜质量5％的平均粒径1.0微米的铁红，其中铁红经吐温-80分散处理，吐温-80用量为铁红质量的2.8％。余同实施例1。所得中空膜在水通量基本不变的情况下，呈现浅红色，即浅红色聚醚砜中空膜。

Claims (2)

1.一种着色中空纤维膜的制备方法，其特征在于该制备方法先根据产品颜色设计要求选择颜料，经与分散剂高速搅拌混合均匀后，再一并加入到成膜原料体系中，采用常规溶液纺丝方法或熔融纺丝方法制备中空纤维膜；所述颜料为钛白、炭黑、有机颜料黄138、铁红或/和有机颜料红122中的一种以上，平均粒径小于10微米，加入量为成膜原料体系中聚合物质量的0.2-5％；所述分散剂为钛酸酯、白石蜡或吐温-80，加入量为所述颜料加入质量的0.1～3.0％。

2.根据权利要求1所述着色中空纤维膜的制备方法，其特征在于所述颜料的平均粒径为0.05～1微米。