CN115025644A

CN115025644A - 一种改良型高强度pvdf膜的制备方法

Info

Publication number: CN115025644A
Application number: CN202210739154.7A
Authority: CN
Inventors: 张秋实; 赵兴勃; 刘天林; 李玲; 郭鑫宇; 吴少华
Original assignee: Tianjin Huaxia Yitai Environmental Engineering Co ltd
Current assignee: Tianjin Huaxia Yitai Environmental Engineering Co ltd
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2022-09-09

Abstract

本发明公开了一种改良型高强度PVDF膜的制备方法，按照配比，将各组分放置于搅拌反应釜中混合加热搅拌均匀，得到纺丝原液，纺丝原液通过纺丝泵与编织管交汇，涂覆后的初生膜丝，通过第一卷绕机牵引通过凝固浴，最后通过第二卷绕机进行卷绕成卷；对膜丝去除石蜡油并在去离子水中浸泡清洗后悬挂晾干，得到高强度PVDF膜。本发明提供的制备方法制备出的中空纤维膜，强度高，孔径分布均匀；该混合膜同时具有内支撑管、分离层结构，解决了传统的PVDF膜实际应用过程中容易污堵、断丝的情况；本发明提供的制备方法具有操作简单以及工艺条件容易控制的特点。

Description

一种改良型高强度PVDF膜的制备方法

技术领域

本发明涉及纤维膜材料技术领域，尤其涉及一种改良型高强度PVDF膜的制备方法。

背景技术

超滤膜技术是一种膜透过溶液过滤、分离、浓缩技术，在压力作用下，溶液中的小分子量溶质、溶剂能够穿过超滤膜上的微孔，大分子溶质、杂质、藻类、病毒则将被滞留在膜另外一侧。目前超滤膜过滤技术因其良好的分离性能，现在水处理领域大量应用。随着技术的发展，目前超滤技术已经在矿井水处理领域开始逐步应用，但是由于矿井水中悬浮颗粒多，前端预处理工艺需要投加大量的混凝药剂，造成后端的超滤膜容易污堵，且煤粉颗粒质地坚硬，容易磨损膜表面，造成膜丝容易断裂，膜寿命减少，传统的超滤膜在矿井水处理中应用效果不佳，并且传统的PVDF膜的制备方法存在操作复杂，工艺条件不易控的弊端。因此开发一种不需添加混凝药剂的PVDF膜的制备方法具有重要意义，且该方法制造出的PVDF膜可以适应高悬浮物矿井水的，具有耐磨损、高通量的特点。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种改良型高强度PVDF膜的制备方法。

本发明提供的一种改良型高强度PVDF膜的制备方法，包括如下步骤：

1)物料烘干：将超高分子量聚乙烯、聚偏氟乙烯分别烘干备用；

2)将超高分子量聚乙烯、聚偏氟乙烯、稀释剂、添加剂按照配比置于搅拌反应釜中，且在搅拌的条件下缓慢升温至60℃，保持20min，然后再升温至130℃保持30min，直至共混溶液呈现透明状，得到纺丝原液；

3)通过氮气压力罐将搅拌好的纺丝原液转移至脱泡罐进行脱泡；

4)将脱泡完毕的纺丝原液，通过纺丝泵在喷丝头处与编织管交汇，纺丝原液涂覆于编织管上；

5)涂覆后的初生膜丝，经过凝固浴与喷丝头的空气段、由牵引卷绕轮处理，膜丝卷绕成束，形成膜丝；

6)膜丝后处理。

优选的，所述配比为超高分子量聚乙烯10～15份；聚偏氟乙烯50～60份；添加剂5～15份；稀释剂10～35份；

优选的，所述添加剂为聚乙烯醇，所述稀释剂为石蜡油。

优选的，所述超高分子量聚乙烯的分子量高于100万，聚偏氟乙烯的分子量为50～52万。

优选的，所述搅拌反应釜内的搅拌速度控制在60±10r/min。

优选的，所述脱泡罐脱泡真空度为-0.10MPa，脱泡温度为60±10℃，脱泡时间为5±1小时。

优选的，所述纺丝原液通过纺丝泵控制纺丝原液的涂覆于编织管上的厚度，出料速度控制在10～80r/min；所述编织管作为PVDF膜的内衬结构，用于增强PVDF膜的强度。

优选的，所述纺丝原液通过喷丝头，经由卷绕轮牵引卷绕，牵引的速度即纺丝速度，牵引速度控制在15m/min；卷绕后的膜丝经过凝固浴，凝固浴采用水浴，温度控制在40℃。

优选的，所述膜丝后处理为膜丝在卷绕轮收丝后，将膜丝在汽油脱蜡槽中浸泡8h，除去石蜡油，然后再在去离子水清洗槽中浸泡清洗，浸泡时间4h，浸泡清洗完毕，膜丝悬挂晾干，即改良型高强度PVDF膜制造完成；所述改良型高强度PVDF膜的孔隙率为85％，平均孔径为0.01～0.2um，纯水通量达到400L/(m2.h)。

相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：

(1)本发明的改良型高强度PVDF膜的制备方法，使用干湿相转化法；该方法纺丝原液中按比例加入超高分子量聚乙烯，充分利用超高分子量聚乙烯高强度，耐磨损的特性，提高原PVDF膜的强度和耐磨性；

(2)本发明的改良型高强度PVDF膜的制备方法，在PVDF膜内部加上编织管，增强PVDF膜的强度，编织管外表面涂覆上纺丝原液以达到精确控制PVDF膜表面孔的结构；

(3)本发明的改良型高强度PVDF膜的制备方法，制造的PVDF膜的膜丝直径≤2mm，而拉伸强度达到90Mpa以上，是一般制备方法制得的聚偏氟乙烯膜的拉伸强度的10倍以上，具有高强度的特点；该膜的孔隙率为80％左右，平均孔径较小为0.01～0.2um，而纯水通量达到了400L/(m².h)，具有孔小高通量的特点；

(4)本发明的改良型高强度PVDF膜的制备方法，纺丝原液配方与纺丝工艺相结合，使得产品在保证高强度、高精度的前提下，工艺更加简单、生产效率更高，膜丝质量也更加稳定。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为纺丝流程示意图；

1、氮气压力罐；2、搅拌反应釜；3、脱泡罐；4、纺丝泵；5、喷丝头；6、编织管；7、凝固浴；8、第一卷绕机；9、第二卷绕机；10、汽油脱蜡槽；11、去离子水清洗槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种改良型高强度PVDF膜的制备方法，包括如下步骤：

2)将超高分子量聚乙烯、聚偏氟乙烯、稀释剂、添加剂按照配比置于搅拌反应釜2中，且在搅拌的条件下缓慢升温至60℃，保持20min左右，然后再升温至130℃保持30min左右，直至共混溶液呈现透明状，得到纺丝原液；

3)通过氮气压力罐1将搅拌好的纺丝原液转移至脱泡罐3进行脱泡；脱泡完成后，将脱泡罐3真空度释放至常压，然后用氮气压力罐1将脱泡罐3内的压力加至0.2MPa；

4)开启纺丝泵4，将纺丝原液打至喷丝头5处，编织管6通过牵引第一卷绕机8牵引至喷丝头5处，纺丝原液在喷丝头5处涂覆于编织管6上；

5)涂覆后的初生膜丝，通过第一卷绕机8牵引通过凝固浴7，最后在第二卷绕机9卷绕；经过凝固浴7与喷丝头5的空气段、由第二卷绕机9处理，膜丝卷绕成束，形成膜丝；

6)膜丝后处理。

在一优选实施例中，所述配比为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)10～15份；聚偏氟乙烯(PVDF)50～60份；添加剂5～15份；稀释剂10～35份；添加剂为聚乙烯醇；稀释剂为石蜡油。

在一优选实施例中，所述超高分子量聚乙烯的分子量高于100万，聚偏氟乙烯的分子量为50～52万。

在一优选实施例中，所述搅拌反应釜2内的搅拌速度控制在60±10r/min。

在一优选实施例中，所述脱泡罐3脱泡真空度为-0.10MPa，脱泡温度为60±10℃，脱泡时间为5±1小时作为优选。

在一优选实施例中，所述纺丝原液通过纺丝泵4控制纺丝原液的涂覆于编织管6上的厚度，出料速度控制在10～80r/min；作为优选，纺丝泵出料速度控制在20～50r/min；编织管作为PVDF膜的内衬结构，用于增强PVDF膜的强度。

在一优选实施例中，所述纺丝原液通过喷丝头5，经由第一卷绕机8牵引卷绕，牵引的速度即纺丝速度，牵引速度控制在15m/min左右；卷绕后的膜丝经过凝固浴7，凝固浴7采用水浴，温度控制在40℃左右。

在一优选实施例中，所述膜丝后处理为膜丝在第二卷绕机9收丝后，将膜丝在汽油脱蜡槽10中浸泡8h，除去石蜡油，然后再在去离子水清洗槽11中浸泡清洗，浸泡时间4h左右，浸泡清洗完毕，膜丝悬挂晾干，即改良型高强度PVDF膜制造完成。

超高分子量聚乙烯是分子量在100万以上的聚乙烯，它具有高强、高磨、耐紫外线、耐海水腐蚀、自润滑、疏水等特性，在工业领域广泛应用。

本发明中将部分超高分子量聚乙烯添加至聚偏氟乙烯中，作为纺丝原液，以提高PVDF膜的强度，使其更耐受颗粒物的磨损和刮伤，以提高膜的使用寿命。

通过本发明提供的制备方法制备出的中空纤维膜，强度高，孔径分布；该混合膜同时具有内支撑管、分离层结构，解决了传统的PVDF膜实际应用过程中容易污堵、断丝的情况。所述制备方法具有操作简单以及工艺条件容易控制的特点。

改良型高强度PVDF膜其外径为0.5mm～2mm，内径为0.2mm～1mm；增强支撑管的材料为聚酰胺纤维或者聚酯纤维；改良型膜的孔隙率为85％左右，平均孔径较小0.01～0.2um，而纯水通量达到了400L/(m².h)。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6)膜丝后处理。

2.根据权利要求1所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述配比为超高分子量聚乙烯10～15份；聚偏氟乙烯50～60份；添加剂5～15份；稀释剂10～35份。

3.根据权利要求2所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述添加剂为聚乙烯醇，所述稀释剂为石蜡油。

4.根据权利要求3所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量高于100万，聚偏氟乙烯的分子量为50～52万。

5.根据权利要求4所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应釜内的搅拌速度控制在60±10r/min。

6.根据权利要求5所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述脱泡罐脱泡真空度为-0.10MPa，脱泡温度为60±10℃，脱泡时间为5±1小时。

7.根据权利要求6所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝原液通过纺丝泵控制纺丝原液的涂覆于编织管上的厚度，出料速度控制在10～80r/min；所述编织管作为PVDF膜的内衬结构，用于增强PVDF膜的强度。

8.根据权利要求7所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝原液通过喷丝头，经由卷绕轮牵引卷绕，牵引的速度即纺丝速度，牵引速度控制在15m/min；卷绕后的膜丝经过凝固浴，凝固浴采用水浴，温度控制在40℃。

9.根据权利要求8所述的改良型高强度PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述膜丝后处理为膜丝在卷绕轮收丝后，将膜丝在汽油脱蜡槽中浸泡8h，除去石蜡油，然后再在去离子水清洗槽中浸泡清洗，浸泡时间4h，浸泡清洗完毕，膜丝悬挂晾干，即改良型高强度PVDF膜制造完成；所述改良型高强度PVDF膜的孔隙率为85％，平均孔径为0.01～0.2um，纯水通量达到400L/(m².h)。