[发明专利]编织物强化的复合中空纤维膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有优异的初始润湿性、剥离强度、过滤可靠性、以及透水性的复合中空纤维膜。

最近，聚合物分离膜伴随它们的技术的提高被用在更多的各种领域以及现有应用领域中。尤其是，随着环境的重要性，在水处理领域中对于它们的需求增加。在分离膜的所有的应用领域中，机械强度，如剥离强度，以及选择性和透水性总是突出作为重要的因素。尤其是，在水处理领域中，从分离膜体系的可靠性的观点看，必需需要优异的机械强度，同时具有高的渗透性。

背景技术

中空纤维-成形膜每安装面积具有高的渗透性并且适合用于水处理，然而因为多孔膜结构的性质所以它的机械强度是要被解决的问题。因此，用具有优异的机械强度的织物或管状编织物作为分离膜的支撑来强化中空纤维膜。这样的复合膜的一般观念是熟知的事实。它的技术被披露在美国专利第4,061,821号，美国专利第3,644,139号，美国专利第5,472,607号、第6,354,444号等中。

其中，利用管状编织物的复合中空纤维膜的一般观念首次被披露在Hayano等人的美国专利第4,061,821号中。然而，在这个技术中，管状编织物不用作用于涂覆的支撑，而它被完全埋置在膜中以便补偿当在高于80℃的温度下单独使用丙烯腈(acryl)中空纤维型膜时由于发生的收缩引起的透水性减少。这样的复合膜具有比涂覆在支撑上的薄膜更大的厚度，并且埋置的编织物提高了流体流动的阻力，由此显著减少了透水性。

不同于现有技术，在美国专利第5,472,607号中，强化材料(加强材料)没有埋置在膜中，而是通过现有的平板复合膜的涂覆方法用薄膜涂覆在它的表面上。在制备具有涂覆在管状编织物的强化材料或支撑材料的表面上的薄膜层的复合中空纤维膜中，根据用于涂覆的浆液(涂料，dope)的组成热力学稳定性不同。这决定了涂覆的薄膜层的结构。

也就是说，在热力学稳定的浆液的情况下，它具有指状结构。相反，具有低热力学稳定性的浆液具有无缺陷区的海绵结构。例如，在浆液使用具有强溶解能力的溶剂如有机溶剂中的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的情况下，它由于具有高的热力学稳定性而能够容易地形成指型结构。

此外，整个复合中空纤维膜的透水性和机械强度依赖于薄膜层的结构和性能。这是因为与具有相对大得多的孔和较高强度的管状编织物强化材料相比薄膜层具有小的孔和低的机械强度。换言之，已经通过薄膜层的滤液在没有大的阻力的情况下通过具有相对大的孔的编织物支持层。同时，由于薄膜层具有大的流阻，所以整个膜的透水性根据多微孔结构和多孔性决定。

考虑到强度，抗拉强度、耐压性等由具有相当高的机械强度的编织物强化材料补充。然而，如果薄膜的强度减小，则薄膜被分离或破坏。

在美国专利第4,061,821号和美国专利第5,472,607号中，涂覆的薄膜层结构的重要性相对于本发明被忽略。尤其是，在两个现有技术中的薄膜层的结构在外皮(外层，skin)的内层中具有大于5μm的多孔区，即，内层具有孔径大于5μm的一些微孔。

图2是美国专利第4,061,821号中披露的复合中空纤维膜的分解剖视图；而图3是美国专利第5,472,607号中披露的复合中空纤维膜的分解剖视图。如图2和如3所示这些膜处于指状结构，并具有在薄膜层中起缺陷作用的缺陷区D。

正如从熟知的事实看到的，它们可以作为表现薄膜的机械性能中的缺陷。尤其是，当密集层的外皮被破坏时，可渗透过能够其次(secondarily)被内层切断(截止，cut off)的材料。这相对降低了膜的过滤可靠性。

该复合中空纤维膜由于它的优异的机械强度而尤其适合用于水处理领域中的过滤模块。在这样的过滤模块中，由于归因于通气在膜之间产生的摩擦和物理冲击而存在破坏膜表面的可能性。尤其是，需要由内层的过滤以便确保高的过滤可靠性。