CN202860419U - 中空纤维共混膜制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中空纤维共混膜制备装置，包括：依次相连的搅拌设备、纺丝设备、冷却设备、萃取设备、水解设备；搅拌设备还分别与第一混合机、第二混合机相连；第一混合机，用于混合聚偏氟乙烯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯；第二混合机，用于混合第一溶剂和第二溶剂；搅拌设备，用于将第一混合机的物质和第二混合机的物质混合成铸膜液；冷却设备，用于提供冷却介质，使其与中空纤维共混初生态膜进行热量交换，发生热致相分离形成第一中空纤维共混膜中间体；萃取设备，用于对第一中空纤维共混膜中间体萃取，得第二中空纤维共混膜中间体；水解设备，用于对第二中空纤维共混膜中间体进行水解。本实用新型能够生产高亲水性中空纤维共混膜。

Description

中空纤维共混膜制备装置

技术领域

本实用新型涉及材料加工领域，具体涉及一种中空纤维共混膜制备装置。

背景技术

聚合物多孔膜广泛应用于过滤处理，尤其是液体过滤领域。聚合物多孔膜一般采用非溶剂致相分离法制备，即铸膜液中溶剂与非溶剂交换导致相分离的方法（简称NIPS）。但是，可用于非溶剂致相分离法制膜的聚合物材料比较有限，而且一般是采用浸没沉淀法，利用非溶剂与铸膜液内溶剂的相互扩散，以形成膜孔隙，交换速度较慢，孔径大小控制比较困难，孔径分布比较分散，而且溶剂参与凝胶化，导致膜孔隙率较低。

1981年，Castro在美国专利US4247498提出了一种新的制备聚合物微孔膜的方法，该方法是利用聚合物与高沸点、低分子量的稀释剂在高温时形成均相溶液，降温时发生固-液或液-液相分离，而后脱除稀释剂的原理而得到聚合物微孔膜的。这种由温度改变驱动相分离的方法称为热致相分离法（简称TIPS）。许多结晶的、带有强氢键作用的聚合物在室温下溶解性差，难有合适的溶剂，故不能用传统的非溶剂致相分离法来制备微孔膜，但可采用热致相分离法制备，这不仅扩大了膜材料的范围，而且所得到的膜的孔径及孔隙率可调控，需要调节的参数相对较少，膜孔隙率高，制备过程中易连续化。因此，TIPS能使膜材料品种范围广义增加，使用TIPS制膜具有可重复性，膜孔径与孔隙率可控性较NIPS强，缺陷小，膜机械强度大大提高等优点。TIPS法制备微孔膜的过程、成膜条件与孔结构形态的关系受到研究者的关注。

热致相分离法虽然有众多优点，但也有其局限性，例如膜孔径易≥0.1μm。膜材料对应的膜表面能极低，加上孔隙率较大，具有极强的憎水性，因此需要表面涂覆、交联接枝等方法，对其进行亲水化改性，例如在成膜完成后，在其表面和孔隙涂覆或交联接枝聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或壳聚糖等亲水性材料。然而，通过上述方法制备的膜，在膜应用中最大问题是在膜使用中的污染导致膜通量衰减或者跨膜压差增大，而解决的最常规方法是通过酸碱和氧化剂化学清洗来恢复膜通量，但是在膜表面所涂覆或交联的亲水性材料，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或壳聚糖等的耐酸碱性能较差，尤其是耐氧化性能更差，极易在化学清洗时损失膜的亲水性，降低膜的抗污染性和高水通量。

实用新型内容

本实用新型提供一种中空纤维共混膜制备装置，能够生产一种中空纤维共混膜，提高其亲水性。

本实用新型提供了一种中空纤维共混膜制备装置，包括：依次相连的搅拌设备、纺丝设备、冷却设备、萃取设备、水解设备；

所述搅拌设备还分别与第一混合机、第二混合机相连；

所述第一混合机，用于混合聚偏氟乙烯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯；

所述第二混合机，用于混合第一溶剂和第二溶剂，所述第一溶剂为20-200℃下能够溶解所述聚偏氟乙烯树脂的溶剂；所述第二溶剂为20-200℃下溶胀或者不能溶解聚偏氟乙烯树脂的溶剂；

所述搅拌设备，用于将来自于所述第一混合机的聚偏氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和来自于第二混合机的第一溶剂、第二溶剂进行混合形成铸膜液；

所述纺丝设备，用于将铸膜液纺出中空纤维共混初生态膜；

所述冷却设备，用于提供冷却介质，使所述冷却介质与所述中空纤维共混初生态膜进行热量交换，所述中空纤维共混初生态膜发生热致相分离形成第一中空纤维共混膜中间体；

所述萃取设备，用于对所述第一中空纤维共混膜中间体进行萃取，得到第二中空纤维共混膜中间体；

所述水解设备，用于对所述第二中空纤维共混膜中间体进行水解，将聚甲基丙烯酸甲酯水解成羧基阴离子形式。

所述第一混合机优选设有第一调速组件。

所述搅拌设备优选包括依次相连的第一搅拌釜和第二搅拌釜；

所述第一搅拌釜，优选用于将来自于所述第一混合机的聚偏氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和来自于第二混合机的第一溶剂、第二溶剂进行混合形成含泡铸膜液；

所述第二搅拌釜，优选用于将所述含泡铸膜液进行脱泡处理，形成均质的所述铸膜液。

所述第一搅拌釜优选设有第一调压组件、第一调温组件和第二调速组件。

所述第二搅拌釜优选设有第二调温组件和第三调速组件；和/或，

所述第二搅拌釜优选设有配套使用的第一抽真空组件和第二调压组件。

所述纺丝设备优选设有插管式喷头、芯液罐、第三调温组件；所述第二搅拌釜内的所述铸膜液和所述芯液罐中的芯液优选一起进入所述插管式喷头形成所述中空纤维共混初生态膜，所述中空纤维共混初生态膜发生热致相分离形成第一中空纤维共混膜中间体。

所述萃取设备优选设有第四调温组件。

所述水解设备优选设有第五调温组件。

所述制备装置优选进一步包括：漂洗设备，其与所述水解设备相连，以对水解后的中空纤维共混膜进行漂洗处理。

所述漂洗设备优选设有第六调温组件。

通过本实用新型提供一种中空纤维共混膜制备装置，能够达到如下的有益效果：

聚偏氟乙烯是由偏氟乙烯单体均聚或共聚得到的含氟聚合物，为线形半结晶性聚合物。由于氟碳链的结合能高，具有良好的耐热、耐腐蚀性能，适用的温度范围为-50～150℃，能耐氧化剂、酸、碱、盐类以及卤素、芳烃、脂肪族烃类以及氯代溶剂的腐蚀和溶胀，具有优异的抗氧化性能和机械性能，非常适用于微滤、超滤和膜蒸馏等技术。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃，是由甲基丙烯酸甲酯自由基聚合而得。无规立构型聚甲基丙烯酸甲酯无色、透明，但存在着相互隔离的短程有序排列，因而拉伸定向产品有结晶构型，有良好的抗银纹性，抗银纹增长和冲击韧性；常温下有较高的机械强度，而且受温度的影响小，只有当接近软化点和Tg时强度才急剧下降。

聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯具有很好的相容性。在机械性能和亲水性上两者具有很好的互补性和协同效应，聚甲基丙烯酸甲酯在中空纤维共混膜中呈现羧基阴离子的形式，提高了中空纤维共混膜的亲水性，为了制备这样的中空纤维共混膜，通常采用聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯溶于复配溶剂中，纺丝，然后冷却通过热致相分离，在经过萃取、水解，将聚甲基丙烯酸甲酯水解成羧基阴离子形式，针对上述制备方法，本实用新型采用了对应性制备装置，由此能制备具备较好亲水性的中空纤维共混膜。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本实用新型一个具体实施例中空纤维共混膜的制备装置连接示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型提供一种中空纤维共混膜制备装置，包括：依次相连的搅拌设备、纺丝设备、冷却设备、萃取设备、水解设备；

所述搅拌设备还分别与第一混合机、第二混合机相连；

所述第一混合机，用于混合聚偏氟乙烯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯；

所述第二混合机，用于混合第一溶剂和第二溶剂，所述第一溶剂为20-200℃下能够溶解所述聚偏氟乙烯树脂的溶剂；所述第二溶剂为20-200℃下溶胀或者不能溶解聚偏氟乙烯树脂的溶剂；

所述搅拌设备，用于将来自于所述第一混合机的聚偏氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和来自于第二混合机的第一溶剂、第二溶剂进行混合形成铸膜液；

所述纺丝设备，用于将铸膜液纺出中空纤维共混初生态膜；

所述冷却设备，用于提供冷却介质，使所述冷却介质与所述中空纤维共混初生态膜进行热量交换，所述中空纤维共混初生态膜发生热致相分离形成第一中空纤维共混膜中间体；

所述萃取设备，用于对所述第一中空纤维共混膜中间体进行萃取，得到第二中空纤维共混膜中间体；

所述水解设备，用于对所述第二中空纤维共混膜中间体进行水解，将聚甲基丙烯酸甲酯水解成羧基阴离子形式。

聚偏氟乙烯是由偏氟乙烯单体均聚或共聚得到的含氟聚合物，为线形半结晶性聚合物。由于氟碳链的结合能高，具有良好的耐热、耐腐蚀性能，适用的温度范围为-50～150℃，能耐氧化剂、酸、碱、盐类以及卤素、芳烃、脂肪族烃类以及氯代溶剂的腐蚀和溶胀，具有优异的抗氧化性能和机械性能，非常适用于微滤、超滤和膜蒸馏等技术。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃，是由甲基丙烯酸甲酯自由基聚合而得。无规立构型聚甲基丙烯酸甲酯无色、透明，但存在着相互隔离的短程有序排列，因而拉伸定向产品有结晶构型，有良好的抗银纹性，抗银纹增长和冲击韧性；常温下有较高的机械强度，而且受温度的影响小，只有当接近软化点和Tg时强度才急剧下降。

聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯具有很好的相容性。在机械性能和亲水性上两者具有很好的互补性和协同效应，聚甲基丙烯酸甲酯在中空纤维共混膜中呈现羧基阴离子的形式，提高了中空纤维共混膜的亲水性，为了制备这样的中空纤维共混膜，通常采用聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯溶于复配溶剂中，纺丝，然后冷却通过热致相分离，在经过萃取、水解，将聚甲基丙烯酸甲酯水解成羧基阴离子形式，针对上述制备方法，本实用新型采用了对应性制备装置，由此能制备具备较好亲水性的中空纤维共混膜。

下面将通过一些具体实施例来详细描述本实用新型的中空纤维共混膜制备装置，如图1，所示：

一种中空纤维共混膜制备装置，由第一混合机、第二混合机、搅拌设备、纺丝设备、冷却设备、萃取设备、水解设备、漂洗设备、干燥设备，其中：

在第一混合机中将聚偏氟乙烯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯进行混合，为了达到均匀的混合，第一混合机通常采用高速混合机，并设有可以调节速度的第一调速组件；

在第二混合机中将第一溶剂和第二溶剂进行混合形成复配溶剂，第一溶剂指的是为20-200℃下能够溶解所述聚偏氟乙烯树脂的溶剂；所述第二溶剂为20-200℃下溶胀或者不能溶解聚偏氟乙烯树脂的溶剂；

第一混合机和第二混合机的物质一起进入搅拌设备，其中，为了提高搅拌的效果，搅拌设备通常采用至少两个搅拌釜，第一搅拌釜，接收来自第一混合机和第二混合机的物质，进行高温搅拌制备含泡铸膜液，高温能够提高聚偏氟乙烯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯在复配溶剂中的溶解效果，因此，第一搅拌釜设有第一调温组件，同时也设有第二调速组件，另一方面，为了将混合物压入第二搅拌釜中，还需要设置第一调压组件。第二搅拌釜，接收第一搅拌釜中的含泡铸膜液，对其进行脱泡处理形成均质铸膜液，其中采用的方式包括：继续进行搅拌、抽真空等方式，针对这些脱泡处理方式，第二搅拌釜中设有第二调温组件和第三调速组件，以及配套使用的第一抽真空组件和第二调压组件。

下一步对均质的铸膜液进行纺丝设备的纺丝，均质的铸膜液和芯液罐中的芯液同时进入插管式喷头，经过第三调温组件调节的温度的纺程，进入冷却设备。

纺出来的丝进入冷却设备的冷却浴，冷却设备通常采用冷却水槽，冷却水槽中的冷却介质通常为冷水，冷却介质与所述中空纤维共混初生态膜进行热量交换，所述中空纤维共混初生态膜发生热致相分离形成第一中空纤维共混膜中间体。

第一中空共混膜中间体随后进入萃取设备，萃取设备通常采用萃取罐，通过第四调温组件设置萃取设备中的萃取温度，进行去离子水萃取。

萃取后，进入水解设备，水解设备通常采用水解水槽，将聚甲基丙烯酸甲酯水解成羧基阴离子形式，通过第五调温组件调节的温度下，在一定浓度的碱性溶液中，部分聚甲基丙烯酸甲酯被水解成羧基阴离子形式，亲水性大大改善。同时低浓度的碱处理，在不破坏膜性能的前提下，对膜具有扩孔作用，提高水通量。

水解后，为了得到更好的中空纤维共混膜，需要对其进行漂洗处理，为了提高漂洗效果，通常通过第六调温组件调节漂洗设备内的温度已达到较佳的漂洗环境。漂洗设备通常采用漂洗池。

同时，还可以添加干燥设备，干燥设备通常采用恒温鼓风干燥烘箱，将漂洗后的中空纤维共混膜进行干燥处理。

通过本实用新型提供的一种中空纤维共混膜制备装置，能够达到如下的有益效果：

聚偏氟乙烯是由偏氟乙烯单体均聚或共聚得到的含氟聚合物，为线形半结晶性聚合物。由于氟碳链的结合能高，具有良好的耐热、耐腐蚀性能，适用的温度范围为-50～150℃，能耐氧化剂、酸、碱、盐类以及卤素、芳烃、脂肪族烃类以及氯代溶剂的腐蚀和溶胀，具有优异的抗氧化性能和机械性能，非常适用于微滤、超滤和膜蒸馏等技术。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃，是由甲基丙烯酸甲酯自由基聚合而得。无规立构型聚甲基丙烯酸甲酯无色、透明，但存在着相互隔离的短程有序排列，因而拉伸定向产品有结晶构型，有良好的抗银纹性，抗银纹增长和冲击韧性；常温下有较高的机械强度，而且受温度的影响小，只有当接近软化点和Tg时强度才急剧下降。

聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯具有很好的相容性。在机械性能和亲水性上两者具有很好的互补性和协同效应，聚甲基丙烯酸甲酯在中空纤维共混膜中呈现羧基阴离子的形式，提高了中空纤维共混膜的亲水性，为了制备这样的中空纤维共混膜，通常采用聚偏氟乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯溶于复配溶剂中，纺丝，然后冷却通过热致相分离，热致相分离法制备工艺得到的双连续海绵体的聚偏氟乙烯共混膜具有强度大，水通量高等特点；在经过萃取、水解，将聚甲基丙烯酸甲酯水解成羧基阴离子形式，针对上述制备方法，本实用新型采用了对应性制备装置，由此能制备具备较好亲水性的中空纤维共混膜。

本实用新型提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本实用新型的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，包括：依次相连的搅拌设备、纺丝设备、冷却设备、萃取设备、水解设备；

所述搅拌设备还分别与第一混合机、第二混合机相连；

所述第一混合机，用于混合聚偏氟乙烯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯；

所述第二混合机，用于混合第一溶剂和第二溶剂，所述第一溶剂为20-200℃下能够溶解所述聚偏氟乙烯树脂的溶剂；所述第二溶剂为20-200℃下溶胀或者不能溶解聚偏氟乙烯树脂的溶剂；

所述搅拌设备，用于将来自于所述第一混合机的聚偏氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和来自于第二混合机的第一溶剂、第二溶剂进行混合形成铸膜液；

所述纺丝设备，用于将铸膜液纺出中空纤维共混初生态膜；

所述冷却设备，用于提供冷却介质，使所述冷却介质与所述中空纤维共混初生态膜进行热量交换，所述中空纤维共混初生态膜发生热致相分离形成第一中空纤维共混膜中间体；

所述萃取设备，用于对所述第一中空纤维共混膜中间体进行萃取，得到第二中空纤维共混膜中间体；

所述水解设备，用于对所述第二中空纤维共混膜中间体进行水解，将聚甲基丙烯酸甲酯水解成羧基阴离子形式。

2.如权利要求1所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述第一混合机设有第一调速组件。

3.如权利要求1所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述搅拌设备包括依次相连的第一搅拌釜和第二搅拌釜；

所述第一搅拌釜，用于将来自于所述第一混合机的聚偏氟乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和来自于第二混合机的第一溶剂、第二溶剂进行混合形成含泡铸膜液；

所述第二搅拌釜，用于将所述含泡铸膜液进行脱泡处理，形成均质的所述铸膜液。

4.如权利要求3所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述第一搅拌釜设有第一调压组件、第一调温组件和第二调速组件。

5.如权利要求3所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，

所述第二搅拌釜设有第二调温组件和第三调速组件；和/或，

所述第二搅拌釜设有配套使用的第一抽真空组件和第二调压组件。

6.如权利要求1所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述纺丝设备设有插管式喷头、芯液罐、第三调温组件；所述第二搅拌釜内的铸膜液和所述芯液罐中的芯液一起进入所述插管式喷头形成所述中空纤维共混初生态膜，所述中空纤维共混初生态膜发生热致相分离形成第一中空纤维共混膜中间体。

7.如权利要求1所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述萃取设备设有第四调温组件。

8.如权利要求1所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述水解设备设有第五调温组件。

9.如权利要求1-8任一项所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述制备装置进一步包括：漂洗设备，其与所述水解设备相连，以对水解后的中空纤维共混膜进行漂洗处理。

10.如权利要求9所述的中空纤维共混膜制备装置，其特征在于，所述漂洗设备设有第六调温组件。