CN101824298A - 一种用于中空纤维膜组件的铸封材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述铸封材料是一种双组分聚氨酯粘合剂的固化产物，所述双组分为组分A和组分B，其中组分A为多羟基化合物和过量的多异氰酸酯反应形成的端异氰酸酯基聚氨酯预聚物，组分B为含有活泼氢的组分，粘合剂是两组分按照下列重量百分比配制而成：组分A：30％～50％，组分B：50％～70％，本发明适用于多种聚合物及其合金材料的中空纤维膜组件的铸封，具有广泛的工业实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于水处理领域的中空纤维膜组件的铸封材料。
背景技术
中空纤维膜及其组件广泛应用于水处理膜法分离领域。在使用过程中，通常将若干根中空纤维膜丝填装在膜组件中，并使用铸封材料将膜丝端部固定，使膜丝之间，以及膜丝与外壳之间粘结在一起。在膜组件工作过程中，原料水通经过膜丝外部的过滤腔，透过多孔中空纤维膜束，得到的滤液通过膜丝的中空部分(外压型膜组件)或者原料水通过膜丝的中空部分，经过多孔中空纤维膜束过滤，得到滤液从膜丝外部的空腔收集(内压型膜组件)。由于原料水和滤液不能发生混合，因此压力驱动下的组件正常工作要求铸封材料与膜丝和膜壳具有良好的粘结性与密封性，且具有适中的硬度固定膜丝。并且为了保证高分散的中空纤维膜丝均匀分布，铸封材料还要具有良好的流动性。
现有技术中，环氧树脂胶粘剂是最常采用的铸封材料。然而在实际应用中发现，采用环氧树脂胶粘剂浇铸的中空纤维膜组件，由于环氧树脂本身的脆性，容易在反洗、曝气等外力作用下在膜丝和铸封材料的接触点发生应力集中而被破坏，出现断丝现象。而硬度较小的铸封材料机械强度较差，不能起到支撑膜丝的作用。因此为了克服上述缺点，迫切需要选择一种具有合适强度和硬度的粘合剂作为铸封材料。
发明内容
针对现在技术中存在的缺陷，本发明提供一种具有合适强度和硬度的用于中空纤维膜组件的铸封材料，用于中空纤维膜组件中膜丝之间以及膜丝与膜壳之间的粘结和固定。
本发明提供的用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述铸封材料是一种双组分聚氨酯粘合剂的固化产物，所述双组分为组分A和组分B，其中组分A为多羟基化合物和过量的多异氰酸酯反应形成的端异氰酸酯基聚氨酯预聚物，组分B为含有活泼氢的组分，粘合剂是两组分按照下列重量百分比配制而成：组分A：30％～50％，组分B：50％～70％。
优选的，其中所述双组分聚氨酯粘合剂的固化温度可在10℃～90℃范围内选择，固化时间为30min～48h。
优选的，其中适宜的多异氰酸酯为含有两个或两个以上活性部位的二异氰酸酯、三异氰酸酯以及它们的改性体。
更优选的，其中适宜的多异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、己二异氰酸酯(HDI)、三甲基己二异氰酸酯(TMDI)、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)、4，4′，4″-三苯基甲烷三异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。
优选的，其中适宜的多羟基化合物为含有两个或两个以上活性部位的聚酯多元醇、聚醚多元醇、环氧树脂、蓖麻油。
优选的，其中组分B可选用多元醇或多元胺类。
优选的，其中所述多元醇为含有两个或两个以上活性部位的聚酯多元醇、聚醚多元醇。
更优选的，其中所述聚酯多元醇为多元醇与二元羧酸脱水缩聚而成。
优选的，其中适宜与二元羧酸脱水缩聚的多元醇为乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、一缩二丙二醇、一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷、甘油。
优选的，其中二元羧酸可为己二酸、壬二酸、癸二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、马来酸、马来酸酐。
优选的，其中所述聚醚多元醇可为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯蓖麻油多元醇、聚四氢呋喃二醇。
优选的，其中所述组分B为-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)、丙二醇双-(4，4′-二氨基)苯甲酸酯。
优选的，其中所述双组分聚氨酯粘合剂用于包括但不限于聚砜，聚醚砜，聚偏氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈聚合物等及其合金材料所制备的中空纤维膜组件。
本发明提供的双组分聚氨酯胶粘剂，通过选择两组份的种类及配比，从而调制成具有合适硬度，粘结强度的粘合剂。该胶粘剂能够将膜丝之间，膜丝与膜壳之间粘结固定，胶粘剂合适的硬度可以防止膜丝与粘合剂连接点由于应力集中而产生的破坏。
本发明提供的双组分聚氨酯胶粘剂具有性能可调节、粘合力强、强度和硬度好，粘接范围广等优点。同时本发明提供的双组分聚氨酯胶粘剂克服了环氧树脂类胶粘剂较脆，容易因此膜丝断裂的缺点，具有优异的耐化学性，合适的硬度和强度，可长时间使用且不会引起断丝或膜组件泄露，是一种非常具有前景的用于中空纤维膜组件的铸封材料。
另外，本发明提供的双组分聚氨酯胶粘剂由于其反应物种类的多样性，可以对多种材料进行粘合，广泛应用于金属，无机材料，塑料，橡胶以及皮革的粘合。
具体实施方式
本发明用于中空纤维膜组件的铸封材料是一种双组分聚氨酯粘合剂的固化产物，所述双组分为组分A和组分B，其中组分A为多羟基化合物和过量的多异氰酸酯反应形成的端异氰酸酯基聚氨酯预聚物，组分B为含有活泼氢的组分，粘合剂是两组分按照下列重量百分比配制而成：组分A：30％～50％，组分B：50％～70％。
下面结合表1给出本发明双组分质量百分比的一些优选实施例，但本发明的双组分的含量并不局限于该表中所列数值，对于本领域的技术人员来说，完全可以在表中所列数值范围的基础上进行合理概括和推理。
表1：双组分占总重量的质量百分比含量(％)
| 序号 | 组分A | 组分B |
| 1 | 30 | 70 |
| 序号 | 组分A | 组分B |
| 2 | 32 | 68 |
| 3 | 35 | 65 |
| 4 | 37 | 63 |
| 5 | 40 | 60 |
| 6 | 44 | 56 |
| 7 | 46 | 54 |
| 8 | 48 | 52 |
| 9 | 49 | 51 |
| 10 | 50 | 50 |
其中，适于本发明的端异氰酸酯基聚氨酯预聚物为多羟基化合物和过量的多异氰酸酯反应形成。适宜的多异氰酸酯为含有两个或两个以上活性部位的二异氰酸酯、三异氰酸酯以及它们的改性体，例如2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、己二异氰酸酯(HDI)、三甲基己二异氰酸酯(TMDI)、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)、4，4′，4″-三苯基甲烷三异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。适宜的多羟基化合物为含有两个或两个以上活性部位的聚酯多元醇、聚醚多元醇、环氧树脂、蓖麻油等。
聚酯多元醇为多元醇与二元羧酸脱水缩聚而成。适宜的多元醇例如乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇，1，6-己二醇、新戊二醇、一缩二丙二醇、一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷、甘油。二元羧酸可以为己二酸、壬二酸、癸二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、马来酸、马来酸酐。聚醚多元醇可为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯蓖麻油多元醇、聚四氢呋喃二醇。
含有活泼氢的组分可选用多元醇或多元胺类，如上述结构的聚酯多元醇、聚醚多元醇，或者-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)、丙二醇双-(4，4′-二氨基)苯甲酸酯。
下面结合具体实施例再对本发明作进一步描述。
实施例1
端异氰酸酯基聚氨酯预聚物为MDI和聚乙二醇(PEG)以1.6∶1的比例在80℃下反应4小时的产物，催化剂二月桂酸二丁基锡的用量为总量的0.3‰。活泼氢组分为聚碳酸酯二元醇。双组分聚氨酯粘合剂按下列重量百分比配制：端异氰酸酯基聚氨酯预聚物：40％，含有活泼氢组分：60％。混合配制成粘合剂后采用离心浇铸，然后在室温下固化48h。
实施例2
端异氰酸酯基聚氨酯预聚物为HDI和聚己二酸乙二醇酯二醇以1.5∶1的比例在80℃下反应6小时的产物，催化剂二月桂酸二丁基锡的用量为总量的0.5‰。含有活泼氢组分为聚氧化丙烯二元醇。双组分聚氨酯粘合剂按下列重量百分比配制：端异氰酸酯基聚氨酯预聚物：38％，含有活泼氢组分：62％。混合配制成粘合剂后采用离心浇铸，然后在60℃下固化36h。
实施例3
端异氰酸酯基聚氨酯预聚物为IPDI和聚己二酸乙二醇酯二醇以1.6∶1的比例在80℃下反应5小时的产物，催化剂辛酸亚锡的用量为总量的0.5‰。含有活泼氢组分为聚碳酸酯二元醇。双组分聚氨酯粘合剂按下列重量百分比配制：端异氰酸酯基聚氨酯预聚物：48％，含有活泼氢组分：52％。混合配制成粘合剂后采用离心浇铸，然后在90℃下固化20h。
利用实施例1～3提供的铸封材料进行测试得到的结果如表2所示，所有测试条件均按照国家标准执行。
表2铸封材料的性能
由上述实例，本发明提供的用于中空纤维膜组件的双组分聚氨酯粘合铸封材料具有强度好，粘结力强，硬度可调的优点，完全适用于中空纤维多孔膜的铸封材料。
本发明用双组分聚氨酯胶粘剂铸封的中空纤维膜，包括但不限于聚砜，聚醚砜，聚偏氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯等聚合物及其合金材料所制备的中空纤维膜，任何在本发明基础上进行的相应的改进，均不脱离本发明的思想，均落入本发明保护的范围。
Claims (13)
1.一种用于中空纤维膜组件的铸封材料，其特征在于所述铸封材料是一种双组分聚氨酯粘合剂的固化产物，所述双组分为组分A和组分B，其中组分A为多羟基化合物和过量的多异氰酸酯反应形成的端异氰酸酯基聚氨酯预聚物，组分B为含有活泼氢的组分，粘合剂是两组分按照下列重量百分比配制而成：组分A：30％～50％，组分B：50％～70％。
2.根据权利要求1所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述双组分聚氨酯粘合剂的固化温度可在10℃～90℃范围内选择，固化时间为30min～48h。
3.根据权利要求1所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中适宜的多异氰酸酯为含有两个或两个以上活性部位的二异氰酸酯、三异氰酸酯以及它们的改性体。
4.根据权利要求3所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中适宜的多异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、己二异氰酸酯(HDI)、三甲基己二异氰酸酯(TMDI)、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)、4，4′，4″-三苯基甲烷三异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。
5.根据权利要求1所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中适宜的多羟基化合物为含有两个或两个以上活性部位的聚酯多元醇、聚醚多元醇、环氧树脂、蓖麻油。
6.根据权利要求1所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中组分B可选用多元醇或多元胺类。
7.根据权利要求6所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述多元醇为含有两个或两个以上活性部位的聚酯多元醇、聚醚多元醇。
8.根据权利要求5或7所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述聚酯多元醇为多元醇与二元羧酸脱水缩聚而成。
9.根据权利要求8所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中适宜与二元羧酸脱水缩聚的多元醇为乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、一缩二丙二醇、一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷、甘油。
10.根据权利要求8所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中二元羧酸可为己二酸、壬二酸、癸二酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯、马来酸、马来酸酐。
11.根据权利要求5或7所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述聚醚多元醇可为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯蓖麻油多元醇、聚四氢呋喃二醇。
12.根据权利要求1、6或7任一项所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述组分B为-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)、丙二醇双-(4，4′-二氨基)苯甲酸酯。
13.根据权利要求1所述用于中空纤维膜组件的铸封材料，其中所述双组分聚氨酯粘合剂用于聚砜，聚醚砜，聚偏氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚乙烯、聚丙烯聚合物及其合金材料所制备的中空纤维膜组件。
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