RU2569590C2 - Половолоконная мембрана - Google Patents

Половолоконная мембрана Download PDF

Info

Publication number
RU2569590C2
RU2569590C2 RU2012142328/12A RU2012142328A RU2569590C2 RU 2569590 C2 RU2569590 C2 RU 2569590C2 RU 2012142328/12 A RU2012142328/12 A RU 2012142328/12A RU 2012142328 A RU2012142328 A RU 2012142328A RU 2569590 C2 RU2569590 C2 RU 2569590C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
solvent
hollow fiber
composition
head
Prior art date
Application number
RU2012142328/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012142328A (ru
Inventor
Маттиас ВЕССЛИНГ
Димитриос СТАМАТИАЛИС
Карина Катажина КОПЕЦ
Шимон Мария ДУТЧАК
Original Assignee
Сомют Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сомют Б.В. filed Critical Сомют Б.В.
Publication of RU2012142328A publication Critical patent/RU2012142328A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2569590C2 publication Critical patent/RU2569590C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02Hollow fibre modules
    • B01D63/021Manufacturing thereof
    • B01D63/022Encapsulating hollow fibres
    • B01D63/0221Encapsulating hollow fibres using a mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • B01D69/087Details relating to the spinning process
    • B01D69/088Co-extrusion; Co-spinning
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1214Chemically bonded layers, e.g. cross-linking
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/125In situ manufacturing by polymerisation, polycondensation, cross-linking or chemical reaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/58Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/60Polyamines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/58Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/60Polyamines
    • B01D71/601Polyethylenimine
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/66Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68Polysulfones; Polyethersulfones
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/24Formation of filaments, threads, or the like with a hollow structure; Spinnerette packs therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Multicomponent Fibers (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу изготовления половолоконной мембраны, имеющей опорный слой и разделительный слой, причем указанный способ включает: (a) экструзию прядильной композиции, включающей первый полимер и растворитель для первого полимера, через внутреннее кольцевое отверстие головки для получения полого волокна; (b) совместную экструзию композиции, включающей органический нуклеофильный реагент и смесь растворителя и нерастворителя для первого полимера, где композицию либо экструдируют через центральное кольцевое отверстие головки для получения полого волокна, либо через внешнее кольцевое отверстие головки для получения полого волокна; и (c) пропускание полого волокна через коагуляционную ванну. Половолоконная мембрана по изобретению может применяться в процессах разделения газов, в процессах разделения паров и в процессах фильтрации жидкостей. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к половолоконным мембранам, имеющим опорный слой и внутренний (то есть расположенный на стороне опорного слоя, обращенной в сторону полости) или внешний разделительный слой, и к способу изготовления таких половолоконных мембран. Разделительный слой химически соединен с опорным слоем. Как опорный слой, так и разделительный слой получают в одну стадию. Половолоконная мембрана в особенности подходит для применения в процессах разделения газов, в процессах разделения паров и в процессах фильтрации жидкостей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многослойные половолоконные мембраны хорошо известны из уровня техники. Они обычно состоят из опорного и разделительного слоев, которые могут быть изготовлены из разных материалов (асимметричные композитные мембраны) или, по существу, из одинаковых материалов (асимметричные мембраны с интегрально связанными слоями). В обоих случаях опорный слой и разделительный слой обладают разной морфологией. Однако в случае асимметричных композитных мембран опорный слой и разделительный слой являются физически связанными, что неблагоприятно. В случае асимметричной мембраны с интегрально связанными слоями изготовление разделительного слоя на стороне, обращенной в сторону полости, не всегда возможно.
Публикация WO 2005/082502, включенная путем ссылки, раскрывает высокопоточную диализную мембрану, имеющую асимметричную структуру, которую изготавливают подавая прядильный раствор, включающий гидрофобный полимер и растворитель, через кольцевое отверстие экструдерной головки для получения полового волокна, проводя совместную экструзию коагуляционной композиции, включающей растворитель, нерастворитель для гидрофобного полимера и полиэлектролит, и пропуская полученную половолоконную мембрану через коагуляционную ванну, в которой полиэлектролит осаждается на обращенной в сторону полости стороне полового волокна и становится физически связанным с разделительным слоем. Прядильный раствор может дополнительно включать гидрофильный полимер для увеличения вязкости прядильного раствора. После формования половолоконной мембраны гидрофильный полимер может быть сшит. Следовательно, WO 2005/082502 раскрывает двухстадийный способ.
Публикации WO 2007/125367 и WO 2008/138078, обе включенные путем ссылки, раскрывают многостадийные способы производства асимметричных мембран, изготовленных из полиимидов. Способ включает литье пленки раствора полиимида на подложку, погружение пленки в коагуляционную среду для формирования мембраны и обработку сформированной мембраны амином.
Публикация WO 2009/088978, включенная путем ссылки, раскрывает способ получения моноэтерифицированных полиимидов и их применение в производстве половолоконных мембран, включающих сшитые полиимиды, где стадия сшивки включает приведение в контакт моноэтерифицированных полиимидов со сшивающим агентом, предпочтительно диолом. Следовательно, WO 2009/088978 раскрывает двухстадийный способ.
Публикация WO 2007/007051, включенная путем ссылки, раскрывает экструдерные головки с тремя отверстиями и четырьмя отверстиями для изготовления полого волокна. Такие головки также известны из публикации S.-G. Li et al., J. Membrane Sci. 94, 329-340, 1994, и из WO 93/12868, которые обе включены в данную заявку посредством ссылки.
Цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить способ, который дает возможность изготовлять в одну стадию половолоконные мембраны, имеющие опорный слой и внутренний (то есть расположенный на стороне опорного слоя, обращенной в сторону полости) или внешний разделительный слой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к способу изготовления половолоконной мембраны, имеющей опорный слой и разделительный слой, причем указанный способ включает:
(a) экструзию прядильной композиции, включающей первый полимер и растворитель для первого полимера, через внутреннее кольцевое отверстие головки для получения полого волокна;
(b) совместную экструзию композиции, включающей органический нуклеофильный реагент и смесь растворителя и нерастворителя для первого полимера, где композицию либо экструдируют через центральное кольцевое отверстие головки для получения полого волокна, либо через внешнее кольцевое отверстие головки для получения полого волокна; и
(c) пропускание полого волокна через коагуляционную ванну.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Глагол “включать”, использованный в данном описании и в формуле изобретения и в своих спрягаемых формах, имеет свой неограничивающий смысл, обозначая, что предметы, следующие за данным словом, являются включенными, но при этом предметы, которые специально не упомянуты, не являются исключенными. Кроме того, ссылка на элемент посредством использования форм единственного числа не исключает возможности того, что присутствует более чем один элемент, если контекст ясно не требует того, что имеется один и только один из элементов. Формы единственного числа, таким образом, обычно означают “по меньшей мере один”.
Первый полимер
Согласно изобретению предпочтительно, когда первый полимер представляет собой гидрофобный полимер, предпочтительно термопластический гидрофобный полимер, где гидрофобный полимер выбран из группы, состоящей из необязательно функционализированных простых полиэфирсульфонов, полиимидов, простых полиэфиримидов, полиамидоимидов и полиимидов. Данные полимеры хорошо известны из уровня техники (Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 19, 4th Ed., 691-701, 813-837, 1996), которая включена в данную заявку путем ссылки, что касается полиимидов и простых полиэфиримидов, и публикацию WO 2009/088978, включенную путем ссылки, что касается полиимидов, содержащих сложноэфирные группы, и простых полиэфиримидов, содержащих сложноэфирные группы. Более предпочтительно гидрофобный полимер представляет собой полиимид или простой полиэфиримид. Согласно изобретению первый полимер может представлять собой смесь или сочетание различных первых полимеров.
Органический нуклеофильный агент
Органический нуклеофильный агент по изобретению может представлять собой низкомолекулярный органический нуклеофильный агент или олигомерный или полимерный нуклеофильный агент. Молекулярная масса органического нуклеофильного агента находится предпочтительно в диапазоне от 32 до 750000 г/моль (гидразин, то есть H2N-NH2, имеет молекулярную массу 32 г/моль), более предпочтительно в диапазоне от 60 до 750000 г/моль (этилендиамин, то есть H2N-CH2-CH2-NH2, который имеет молекулярную массу 60 г/моль). Более предпочтительно органический нуклеофильный агент представляет собой олигомерный или полимерный нуклеофильный агент, имеющий молекулярную массу в диапазоне от 300 до 750000 г/моль, где органический олигомерный или полимерный нуклеофильный агент включает одну или более функциональных групп.
Согласно одному варианту осуществления изобретения органический нуклеофильный агент предпочтительно включает гидроксильную и/или аминогруппу. Аминогруппы могут быть первичными, вторичными или третичными. Подходящие примеры нуклеофильных агентов включают этилендиамин, этиленгликоль, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, пентаэтиленгексамин и полиэтиленимины.
Полиэтиленимин может быть линейным или разветвленным и имеет общую формулу (1):
Figure 00000001
Формула (1)
в которой p+q составляет от примерно 8 до примерно 5800 и p=8-2900 и q=0-2900. Также предпочтительно, когда полиэтиленимин является разветвленным, где в полиэтиленимине соотношение первичные аминогруппы: вторичные аминогруппы: третичные аминогруппы составляет примерно 1:2:1.
Полиэтиленимин может представлять собой полиэтиленимин, включающий одну или более функциональных групп, выбранных из группы, состоящей из сульфоновых кислых групп, фосфорных кислых групп и их смесей, где данные кислые группы присутствуют в своей солевой форме. Такие полимеры известны из уровня техники и раскрыты, например, в патенте США 4639339 и в публикации G. Chamoulaud and D. Bèlanger, J. Colloid Interface Sci. 281, 179-187, 2005, которые включены путем ссылки.
Полиэтиленимин может также представлять собой простой полиэфирамин, который коммерчески доступен как Jeffamines® от Huntsman.
Полиэтиленимин может также представлять собой сверхразветвленный полиэтиленимин, как раскрыто в статье Yen-Che Chiang et al., J. Membr. Sci. 326(1), 19-26, 2009 и в США 2008/0163437, которые включены путем ссылки. Такие сверхразветвленные полиэтиленимины коммерчески доступны как Epomin® (диапазон среднемассовой молекулярной массы 300-70000) от Nippon Shokubai Co., Ltd.
Полиэтиленимин может также представлять собой алкоксилированный полиэтиленимин, как раскрыто в США 2006/234895, включенном путем ссылки.
Предпочтительно полиэтиленимин соответствует общей формуле (1).
Композиция растворителя для первого полимера
Согласно изобретению растворитель для первого полимера предпочтительно включает полярный апротонный растворитель. Такие растворители хорошо известны из уровня техники и включают диметилсульфоксид (ДМСО), диметилформамид (ДМФ), диметилацетамид (ДМА), N-метилпирролидон (NMP) и тетрагидрофуран (ТГФ). Растворитель для полимера может представлять собой смесь данных полярных апротонных растворителей.
Предпочтительно растворитель включает 60-100 масс.% полярного апротонного растворителя, более предпочтительно 70-100 масс.%, в расчете на суммарную массу растворителя и 0-40 масс.% нерастворителя для первого полимера, более предпочтительно 0-30 масс.% или менее, в расчете на суммарную массу растворителя.
Нерастворитель для первого полимера
Согласно изобретению нерастворитель для первого полимера предпочтительно включает протонный растворитель. Такие растворители также хорошо известны из уровня техник и включают воду, C1-C6-алканолы (например, этанол), C2-C6-алкандиолы (например, этиленгликоль), C3-C12-алкантриолы (например, глицерин), C4-C20-полиолы (например, пентаэритрит, дитриметилолпропан, диглицерин, дитриметилолэтан, триметилолэтан, триметилолпропан, триметилолбутан, пентаэритрит, дипентаэритрит, трипентаэритрит и сорбит), гидрофильные, предпочтительно водорастворимые, полимеры или сополимеры, такие как полиалкиленполиолы, и поливинилпирролидон. Нерастворитель может представлять собой смесь нерастворителей.
Предпочтительные полиалкиленполиолы являются производными C2-C4-алкиленгликоля и могут быть выбраны из группы, состоящей из полиэтиленгликоля (PEG), полипропиленгликоля (PPO), EO-PO-диблокполимеров, EO-PO-триблокполимеров, смешанных поли(этилен-пропиленгликольных) полимеров и смешанных поли(этилен-бутиленгликольных) полимеров. Более предпочтительным гидрофильным полимером или сополимером C2-C4-алкиленгликоля является гидрофильный полимер, имеющий среднечисловую молекулярную массу от 200 до 5000, более предпочтительно от 400 до 3000, в особенности от 400 до 2000. Наиболее предпочтительно гидрофильный блок представляет собой PEG. Иллюстративными гидрофильными блоками являются PEG200, PEG400, PEG600, PEG1000 и PEG1450.
Предпочтительно нерастворитель включает 60-100 масс.% протонного растворителя, более предпочтительно 70-100 масс.%, в расчете на суммарную массу нерастворителя и 0-40 масс.% растворителя для первого полимера, более предпочтительно 0-30 масс.% или менее, в расчете на суммарную массу нерастворителя.
Согласно изобретению также предпочтительно, когда нерастворитель для полимера является смешиваемым с растворителем для полимера.
Способ
Способ по изобретению основан на индуцируемом жидкостью разделении фаз. В общем, в таком способе раствор полимера и нерастворитель, предпочтительно нерастворитель, который является смешиваемым с растворителем для полимера, совместно экструдируют через головку с множеством отверстий, и при контакте между раствором полимера и нерастворителем растворитель вытесняется из полимерной фазы, и при определенной концентрации нерастворителя полимер затвердевает.
Способ по изобретению может быть осуществлен с применением различных фильер, то есть фильеры с двумя отверстиями, фильеры с тремя отверстиями или фильеры с четырьмя отверстиями. Такие фильеры известны из уровня техники и раскрыты, например, в публикациях WO 93/12868 и WO 2007/007051, включенных путем ссылки. В фильере с двумя отверстиями раствор полимера обычно экструдируют через внешние кольцевые отверстия, тогда как нерастворитель экструдируют через центральное кольцевое отверстие. Согласно способу изобретения применение фильеры с двумя отверстиями делает возможным получение половолоконных мембран, имеющих внешний опорный слой и внутренний разделительный слой, где материал разделительного слоя отличен от материала, который составляет опорный слой. В фильере с тремя отверстиями раствор полимера экструдируют через промежуточное отверстие, тогда как нерастворитель экструдируют через центральное кольцевое отверстие и/или через внешнее кольцевое отверстие, предпочтительно внешнее кольцевое отверстие. Применение такой фильеры делает возможным получение половолоконных мембран, имеющих внутренний опорный слой и внешний разделительный слой, где материал разделительного слоя отличен от материала, который составляет опорный слой. Фильеры с четырьмя отверстиями аналогичным образом делают возможным получение половолоконных мембран с тремя слоями.
Согласно первому варианту осуществления изобретения прядильная композиция включает первый полимер и растворитель для первого полимера, тогда как композиция, включающая органический нуклеофильный агент, включает нерастворитель для первого полимера.
Согласно второму варианту осуществления изобретения прядильная композиция включает первый полимер, растворитель для первого полимера и нерастворитель для первого полимера, тогда как композиция, включающая нуклеофильный агент, включает нерастворитель для первого полимера. В данном втором варианте осуществления изобретения система растворителя для первого полимера включает 60-99,9 масс.% растворителя для первого полимера, более предпочтительно 70-99,9 масс.%, в расчете на суммарную массу растворителя и 0,1-40 масс.% нерастворителя для первого полимера, более предпочтительно 0,1-30 масс.%, в расчете на суммарную массу растворителя.
Согласно третьему варианту осуществления изобретения прядильная композиция включает первый полимер, растворитель для первого полимера и нерастворитель для первого полимера, тогда как композиция, включающая органический нуклеофильный агент, включает растворитель и нерастворитель для первого полимера. В данном третьем варианте осуществления изобретения система растворителя для первого полимера предпочтительно включает 60-99,9 масс.% растворителя для первого полимера, более предпочтительно 70-99,9 масс.%, в расчете на суммарную массу растворителя и 0,1-40 масс.% нерастворителя для первого полимера, более предпочтительно 0,1-30 масс.%, в расчете на суммарную массу системы растворителя. Система растворителя для композиции, включающей органический нуклеофильный агент, предпочтительно включает 60-99,9 масс.% растворителя для первого полимера, более предпочтительно 70-99,9 масс.%, в расчете на суммарную массу системы растворителя и 0,1-40 масс.% нерастворителя для первого полимера, более предпочтительно 0,1-30 масс.%, в расчете на суммарную массу системы растворителя.
Согласно четвертому варианту осуществления изобретения прядильная композиция включает первый полимер и растворитель для первого полимера, тогда как композиция, включающая органический нуклеофильный агент, включает растворитель и нерастворитель для первого полимера. Система растворителя для композиции, включающей органический нуклеофильный агент, предпочтительно включает 60-99,9 масс.% растворителя для первого полимера, более предпочтительно 70-99,9 масс.%, в расчете на суммарную массу системы растворителя и 0,1-40 масс.% нерастворителя для первого полимера, более предпочтительно 0,1-30 масс.%, в расчете на суммарную массу системы растворителя.
Согласно пятому варианту осуществления изобретения прядильная композиция может дополнительно включать органический нуклеофильный агент, где композиция необязательно может не содержать органического нуклеофильного агента.
Соответственно, изобретение охватывает следующие возможные варианты, где фаза (1) и фаза (2) включают указанные существенные компоненты:
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера; фаза (2): органический нуклеофильный агент + нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера; фаза (2): органический нуклеофильный агент + нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера; фаза (2): органический нуклеофильный агент + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера; фаза (2): органический нуклеофильный агент + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера + органический нуклеофильный агент; фаза (2): нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера + органический нуклеофильный агент; фаза (2): нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера + органический нуклеофильный агент; фаза (2): растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера + органический нуклеофильный агент; фаза (2): органический нуклеофильный агент + нерастворитель для первого полимера.
- Фаза (1): первый полимер + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера + органический нуклеофильный агент; фаза (2): органический нуклеофильный агент + растворитель для первого полимера + нерастворитель для первого полимера.
Фильера с двумя отверстиями схематично показана на фиг.1. Когда способ по изобретению осуществляют с применением фильеры с двумя отверстиями, композицию фазы (1) экструдируют через внешнее кольцевое отверстие 1, тогда как композицию фазы (2) совместно экструдируют через центральное кольцевое отверстие 2.
Фильера с тремя отверстиями схематично показана на фиг.2. Когда способ по изобретению осуществляют с применением фильеры с тремя отверстиями, композицию фазы (1) экструдируют через промежуточное кольцевое отверстие 1, тогда как композицию фазы (2) совместно экструдируют через внешнее кольцевое отверстие 2. Нерастворитель совместно экструдируют через центральное кольцевое отверстие 3. Альтернативно композицию фазы (1) экструдируют через промежуточное кольцевое отверстие 1, тогда как композицию фазы (2) совместно экструдируют через центральное кольцевое отверстие 3, а нерастворитель затем совместно экструдируют через внешнее кольцевое отверстие 2. Согласно данному варианту осуществления инертный газ, пар или инертная жидкость может быть совместно экструдирована через центральное кольцевое отверстие 3 вместо композиции фазы (2).
В данной области техники фазы, экструдируемые через центральные отверстия, часто называют “полостьобразующей жидкостью” (“bore liquid”), тогда как фазу, экструдируемую через внешнее отверстие, часто называют “оболочкообразующей жидкостью” (“shell liquid”).
Другие технологические параметры включают температуру композиций фазы (1) и фазы (2), температуру газа, пара или инертной жидкости в случае их использования, скорость вытягивания, с которой вытягивают полое волокно, температуру коагуляционной ванны, концентрацию первого полимера в композиции фазы (1) и тому подобное.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения композиция фазы (2) включает 1-30 масс.% нуклеофильного агента и 70-99 масс.% фазы растворителя в расчете на суммарную массу композиции фазы (2), где данная фаза растворителя включает 1-99 масс.% протонного растворителя и 1-99 масс.% полярного апротонного растворителя в расчете на суммарную массу фазы растворителя. Более предпочтительно фаза растворителя включает 10-90 масс.% протонного растворителя и 10-90 масс.% полярного апротонного растворителя. Наиболее предпочтительно протонный растворитель представляет собой воду и/или полиэтиленгликоль, а растворитель представляет собой NMP.
Половолоконная мембрана по изобретению в особенности подходит для применения в процессах разделения газов, в процессах разделения паров и в процессах фильтрации жидкостей.
Пример 1
Вязкий раствор 22 масс.% полиимида Lenzing P84 (HP Polymers GmbH, Австрия), 12 масс.% глицерина и 66 масс.% N-метилпирролидона (NMP) непрерывно перемешивали при 50°C в течение 24 ч с получением гомогенного раствора. Раствор полимера фильтровали через металлический фильтр с ячейками 25 мкм и впоследствии оставляли стоять в течение дополнительных 48 ч при комнатной температуре для удаления пузырьков воздуха. Раствор полимера экструдировали через внешнее кольцевое отверстие фильеры с двумя отверстиями со скоростью потока 3,1 мл/мин, в то время как полостьобразующую жидкость, включающую 20 масс.% полиэтиленимина (PEI) с MW 25000, 70 масс.% NMP и 10 масс.% воды, одновременно нагнетали через центральное отверстие со скоростью потока 1,8 мл/мин. Размеры фильеры составляли: внутренний диаметр 0,8 мм, внешний диаметр 1,5 мм. Волокно вытягивали со скоростью 8,7 м/мин, сначала пропуская через воздушный просвет, составляющий 5 см, и впоследствии в коагуляционную ванну, содержащую чистую воду. Затем волокна вымачивали в воде в течение 2 суток, чтобы удалить оставшийся NMP, извлекали и помещали в этанол на еще одни сутки. Затем половолоконные мембраны высушивали на воздухе при окружающей температуре. На фиг.3 показано поперечное сечение полого волокна из примера 1, иллюстрирующее картину на полостной стороне.
Пример 2
Вязкий раствор 30 масс.% полиимида Lenzing P84 (HP Polymers GmbH, Австрия), 70 масс.% N-метилпирролидона (NMP) непрерывно перемешивали при 50°C в течение 24 ч с получением гомогенного раствора. Раствор полимера фильтровали через металлический фильтр с ячейками 25 мкм и впоследствии оставляли стоять в течение дополнительных 48 ч при комнатной температуре для удаления пузырьков воздуха. Раствор полимера экструдировали через внешнее кольцевое отверстие фильеры с двумя отверстиями со скоростью потока 3,1 мл/мин, в то время как полостьобразующую жидкость, включающую 10 масс.% PEI с MW 25000, 79 масс.% NMP и 11 масс.% воды, одновременно нагнетали через центральное отверстие со скоростью потока 1,8 мл/мин. Размеры фильеры составляли: внутренний диаметр 0,8 мм, внешний диаметр 1,5 мм. Волокно вытягивали со скоростью 4,2 м/мин, сначала пропуская через воздушный просвет, составляющий 1 см, и впоследствии в коагуляционную ванну, содержащую чистую воду. Затем волокна вымачивали в воде в течение 2 суток, чтобы удалить оставшийся NMP, извлекали и помещали в этанол на еще одни сутки. Затем половолоконные мембраны высушивали на воздухе при окружающей температуре. На фиг.4 показано поперечное сечение полого волокна примера 2, иллюстрирующее картину на полостной стороне.
Пример 3
Вязкий раствор 22 масс.% полиимида Lenzing P84 (HP Polymers GmbH, Австрия), 12 масс.% глицерина и 66 масс.% N-метилпирролидона (NMP) непрерывно перемешивали при 50°C в течение 24 часов с получением гомогенного раствора. Раствор полимера фильтровали через металлический фильтр с ячейками 25 мкм и впоследствии оставляли стоять в течение дополнительных 48 ч при комнатной температуре для удаления пузырьков воздуха. Раствор полимера экструдировали через промежуточное кольцевое отверстие фильеры с тремя отверстиями со скоростью потока 2,9 мл/мин, в то время как полостьобразующую жидкость, включающую 5 масс.% этилендиамина (EDA) и 95 масс.% полиэтиленгликоля 400, одновременно нагнетали через центральное отверстие со скоростью потока 1,0 мл/мин. Оболочкообразующую жидкость, включающую 75 масс.% NMP и 25 масс.% воды, нагнетали через внешнее кольцевое отверстие со скоростью потока 1,4 мл/мин. Размеры фильеры составляли: внутренний диаметр 0,6 мм, промежуточный диаметр 1,25 мм и внешний диаметр 1,75 мм. Волокно вытягивали со скоростью 1,7 м/мин, сначала пропуская через воздушный просвет, составляющий 2,5 см, и впоследствии в коагуляционную ванну, содержащую чистую воду. Затем волокна вымачивали в воде в течение 2 суток, чтобы удалить оставшийся NMP, извлекали и помещали в этанол на еще одни сутки. Затем половолоконные мембраны высушивали на воздухе при окружающей температуре. На фиг.5 показано поперечное сечение полого волокна из примера 3, иллюстрирующее картину на полостной стороне.

Claims (13)

1. Способ изготовления половолоконной мембраны, имеющей опорный слой и разделительный слой, причем указанный способ включает:
(a) экструзию прядильной композиции, включающей первый полимер и растворитель для первого полимера, через внутреннее кольцевое отверстие головки для получения полого волокна;
(b) совместную экструзию композиции, включающей органический нуклеофильный реагент и смесь растворителя и нерастворителя для первого полимера, где композицию либо экструдируют через центральное кольцевое отверстие головки для получения полого волокна, либо через внешнее кольцевое отверстие головки для получения полого волокна; и
(c) пропускание полого волокна через коагуляционную ванну, где:
(1) первый полимер представляет собой гидрофобный полимер;
и
(2) органический нуклеофильный агент выбран из группы, состоящей из этилендиамина, диэтилентриамина, триэтилентетрамина, тетраэтиленпентамина, пентаэтиленгексамина и полиэтилениминов, и
органический нуклеофильный агент сшивает первый полимер.
2. Способ по п. 1, где головка для получения полого волокна представляет собой фильеру с двумя отверстиями, фильеру с тремя отверстиями или фильеру с четырьмя отверстиями.
3. Способ по п. 1, где гидрофобный полимер представляет собой термопластический гидрофобный полимер.
4. Способ по п. 3, где гидрофобный полимер представляет собой простой полиэфирсульфон, полиамидоимид, полиимид или простой полиэфиримид.
5. Способ по п. 4, где гидрофобный полимер представляет собой полиимид или простой полиэфиримид.
6. Способ по п. 5, где полиимид или простой полиэфиримид включает сложноэфирные группы.
7. Способ по п. 1, где полиэтиленимин может являться линейным или разветвленным и имеет общую формулу (1):
Figure 00000002

в которой p+q составляет от 8 до 5800 и р=8-2900 и q=0-2900.
8. Способ по п. 1, где полиэтиленимин является разветвленным, где в полиэтиленимине соотношение первичные аминогруппы: вторичные аминогруппы: третичные аминогруппы составляет примерно 1:2:1.
9. Способ по п. 1, где растворитель для первого полимера включает полярный апротонный растворитель.
10. Способ по п. 1, где нерастворитель для первого полимера включает протонный растворитель.
11. Половолоконная мембрана, получаемая способом по любому из пп. 1-10.
12. Половолоконная мембрана по п. 11, где разделительный слой химически соединен с опорным слоем.
13. Применение половолоконной мембраны по п. 11 или 12 в процессах разделения газов, в прцессах разделения паров и в процессах фильтрации жидкостей.
RU2012142328/12A 2010-03-05 2011-03-04 Половолоконная мембрана RU2569590C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31087910P 2010-03-05 2010-03-05
US61/310,879 2010-03-05
EP10155639 2010-03-05
EP10155639.7 2010-03-05
PCT/NL2011/050151 WO2011108929A2 (en) 2010-03-05 2011-03-04 Hollow fibre membrane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012142328A RU2012142328A (ru) 2014-04-10
RU2569590C2 true RU2569590C2 (ru) 2015-11-27

Family

ID=42346325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012142328/12A RU2569590C2 (ru) 2010-03-05 2011-03-04 Половолоконная мембрана

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9067180B2 (ru)
EP (1) EP2542712B1 (ru)
JP (1) JP5936071B2 (ru)
KR (1) KR101803989B1 (ru)
MY (1) MY162753A (ru)
RU (1) RU2569590C2 (ru)
WO (1) WO2011108929A2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2614024C1 (ru) * 2016-02-10 2017-03-22 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Композиция для формования половолоконной мембраны
RU2749848C2 (ru) * 2016-02-08 2021-06-17 Аквапорин А/С Самоорганизующиеся наноструктуры и разделительные мембраны, включающие аквапориновые водные каналы, и способы их получения и применения

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101445958B1 (ko) 2013-01-24 2014-10-01 주식회사 효성 4중구금 방사노즐을 적용한 중공사막의 제조방법
CN104667761B (zh) * 2013-09-17 2016-08-31 殷逢宝 一种复合中空纤维膜的制备方法
RU2652212C1 (ru) * 2017-03-13 2018-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕКОН МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" Мембрана половолоконная
CN107649009B (zh) * 2017-11-06 2020-07-21 天津工业大学 一种高通量抗菌复合纳滤膜及其制备方法
RU2676991C1 (ru) * 2018-05-07 2019-01-14 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕКОН МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" Мембрана половолоконная
JP2021194641A (ja) 2020-06-17 2021-12-27 エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングEvonik Fibres GmbH 架橋中空糸膜およびその新たな製造方法
CN116348591A (zh) 2020-08-21 2023-06-27 默克专利股份有限公司 用在可食用的中空纤维上培育的肌肉细胞生成的可消费的如同组织的结构
WO2023021213A1 (en) 2021-08-19 2023-02-23 Merck Patent Gmbh Method of manufacture for edible, porous cross-linked hollow fibers and membranes by ph induced phase separation and uses thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993012868A1 (en) * 1991-12-20 1993-07-08 Delair Droogtechniek En Luchtbehandeling B.V. Spinning of asymmetric hollow fibre membranes which have a dense, non-porous top layer and a porous under layer or have both a porous top layer and a porous under layer
RU95110700A (ru) * 1992-10-07 1997-01-10 Миннтех Корпорейшн (US) Полая волоконная мембрана, включающая полиимид и процесс ее изготовления
WO2005082505A1 (de) * 2004-02-19 2005-09-09 Membrana Gmbh Dialysemembran mit verbesserter mittelmolekülentfernung
WO2005082502A1 (de) * 2004-02-19 2005-09-09 Membrana Gmbh High-flux dialysemembran mit verbessertem trennverhalten
EP1710011A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-11 Gambro Lundia AB Filtration membrane
WO2007007051A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-18 The University Of Bath Hollow fibres
US20080163437A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 Xinggao Fang Cellulosic textiles treated with hyperbranched polyethyleneimine derivatives

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6238173A (ja) 1985-08-13 1987-02-19 三菱レイヨン株式会社 抗血液凝固剤
JPH01171619A (ja) * 1987-12-26 1989-07-06 Agency Of Ind Science & Technol 気体分離用中空糸膜の製造方法
US5002590A (en) 1989-09-19 1991-03-26 Bend Research, Inc. Countercurrent dehydration by hollow fibers
JP2885878B2 (ja) * 1990-05-14 1999-04-26 株式会社トクヤマ 分離膜
JP2000300972A (ja) * 1999-04-19 2000-10-31 Toyobo Co Ltd 複合中空糸膜の製造方法、複合中空糸膜製造装置および複合中空糸膜
DE102004002576A1 (de) * 2004-01-17 2005-08-04 Bayer Ag Verfahren zur Hydrierung von Doppelbindungen-enthaltenden, ungesättigten Polymeren
WO2006113314A1 (en) 2005-04-15 2006-10-26 The Procter & Gamble Company Liquid laundry detergent compositions with modified polyethyleneimine polymers and lipase enzyme
US20060249018A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-09 Hua Wang Nucleophilic modifier functionalized and/or crosslinked solvent-resistant polymide and copolymer membranes
GB2437519B (en) 2006-04-28 2010-04-21 Imp Innovations Ltd Method for separation
GB0709228D0 (en) 2007-05-14 2007-06-20 Katholieke Universltelt Leuven Cross-linked polyimide membranes
US8066799B2 (en) * 2008-01-10 2011-11-29 Chevron U.S.A. Inc. Method of making a crosslinked fiber membrane from a high molecular weight, monoesterified polyimide polymer

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5762798A (en) * 1991-04-12 1998-06-09 Minntech Corporation Hollow fiber membranes and method of manufacture
WO1993012868A1 (en) * 1991-12-20 1993-07-08 Delair Droogtechniek En Luchtbehandeling B.V. Spinning of asymmetric hollow fibre membranes which have a dense, non-porous top layer and a porous under layer or have both a porous top layer and a porous under layer
RU95110700A (ru) * 1992-10-07 1997-01-10 Миннтех Корпорейшн (US) Полая волоконная мембрана, включающая полиимид и процесс ее изготовления
WO2005082505A1 (de) * 2004-02-19 2005-09-09 Membrana Gmbh Dialysemembran mit verbesserter mittelmolekülentfernung
WO2005082502A1 (de) * 2004-02-19 2005-09-09 Membrana Gmbh High-flux dialysemembran mit verbessertem trennverhalten
EP1710011A1 (en) * 2005-04-07 2006-10-11 Gambro Lundia AB Filtration membrane
WO2007007051A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-18 The University Of Bath Hollow fibres
US20080163437A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 Xinggao Fang Cellulosic textiles treated with hyperbranched polyethyleneimine derivatives

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2749848C2 (ru) * 2016-02-08 2021-06-17 Аквапорин А/С Самоорганизующиеся наноструктуры и разделительные мембраны, включающие аквапориновые водные каналы, и способы их получения и применения
RU2614024C1 (ru) * 2016-02-10 2017-03-22 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Композиция для формования половолоконной мембраны

Also Published As

Publication number Publication date
EP2542712C0 (en) 2023-09-13
US20130192459A1 (en) 2013-08-01
WO2011108929A3 (en) 2011-11-17
JP2013521126A (ja) 2013-06-10
JP5936071B2 (ja) 2016-06-15
WO2011108929A2 (en) 2011-09-09
EP2542712A2 (en) 2013-01-09
US9067180B2 (en) 2015-06-30
RU2012142328A (ru) 2014-04-10
MY162753A (en) 2017-07-14
EP2542712B1 (en) 2023-09-13
KR101803989B1 (ko) 2018-01-10
KR20130080427A (ko) 2013-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2569590C2 (ru) Половолоконная мембрана
US5085676A (en) Novel multicomponent fluid separation membranes
KR101491782B1 (ko) 정밀여과막 또는 한외여과막 제조용 고분자 수지 조성물, 고분자 여과막의 제조 방법 및 고분자 여과막
CN107008165B (zh) 多孔膜的制造方法
CN1988949A (zh) 气体可透膜
US10987846B2 (en) Thin film composite hollow fiber membranes for osmotic power generation
Li et al. Layer-by-layer aided β-cyclodextrin nanofilm for precise organic solvent nanofiltration
US9321015B2 (en) Process for fabricating PBI hollow fiber asymmetric membranes for gas separation and liquid separation
IL259085B (en) A method for preparing membranes
JP2019526433A (ja) 多孔質膜
JP4057217B2 (ja) 耐溶剤性微孔質ポリベンゾイミダゾール薄膜の製造方法
KR20150078245A (ko) 이온 제거능이 우수한 중공사형 나노분리막 및 이의 제조방법
KR100426183B1 (ko) 미세 다공성 폴리에테르술폰막 제조용 조성물 및 그를 이용한 미세 다공성 막의 제조방법
BR112012022443B1 (pt) processo para a fabricação de uma membrana de fibra oca tendo uma camada de suporte e uma camada de separação
JP6062945B2 (ja) 気体分離および液体分離用のpbi中空繊維非対称膜を製作するプロセス
KR101370475B1 (ko) 스폰지 구조를 갖는 폴리이미드계 중공사막 제조방법
KR102357400B1 (ko) 중공사형 나노 복합막 및 이의 제조방법
Jayaweera et al. Process for fabricating PBI hollow fiber asymmetric membranes for gas separation and liquid separation
KR100200040B1 (ko) 스폰지구조의 폴리설폰 중공사막
KR20150079172A (ko) 내압성이 우수한 중공사형 나노분리막 및 그 제조방법
KR20150079196A (ko) 초고유량 한외여과 중공사막 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20160506