[发明专利]一种聚醚砜中空纤维滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚醚砜中空纤维滤膜及其热致相分离法制备工艺。

背景技术

膜分离技术在近二三十年来发展迅速，广泛应用于化工、食品、医药、电子等工业的废水处理，市政水处理，商用及家用饮用水处理。用于制造膜的材料品种众多，从最初的醋酸纤维素，发展到聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚偏氟乙烯、聚醚砜等。膜制造工艺从最初的非溶剂致相分离法(NIPS)、熔融纺丝-拉伸成孔法、发展到热致相分离法(TIPS)。

聚醚砜(PES)一种是无定形热塑性树脂，具有优良的物理机械性能，强度高、拉伸强度达84～125PMa，刚性好、弯曲强度130～172MPa，耐蠕变性佳，在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持稳定的性能。聚醚砜耐化学药品性良好，对一般酸、碱、脂肪烃、油脂、醇类等稳定，在高温下可以不被酸碱腐蚀，可以耐汽油、机油、润滑油等油类和氟里昂等清洗剂，它具有非晶树脂中最好的耐溶剂开裂性。聚醚砜综合性能良好，是一种性能优异的膜材料，聚醚砜中空纤维膜的强度高，膜丝不易断裂；刚性好，耐压强度高；耐化学性能好；聚醚砜广泛应用于各种分离膜的制造及应用。

中空纤维膜的制造方法主要有非溶剂致相分离法(NIPS)、熔融纺丝-拉伸成孔法和热致相分离法(TIPS)。非溶剂致相分离法(NIPS)是最早应用于分离膜制备的工艺，发展至今已经有相当长的历史，工艺已经非常成熟，目前大多数中空纤维膜生产厂家都在采用此工艺，除聚烯烃类非极性材料因为没有合适的溶剂而不能采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备中空纤维膜外，其它大多数的聚合物材料都可以用非溶剂致相分离法(NIPS)制备中空纤维膜。聚醚砜(PES)的亲水性虽然比聚偏氟乙烯(PVDF)等材料好，但是亲水性还是不够，所以用聚醚砜(PES)制造中空纤维膜时，需要对聚醚砜进行化学改性以增加其亲水性，或与亲水性好的聚合物共混，还需要加入亲水性添加剂。如中国专利公开号CN1579603A描述了一种聚醚砜中空纤维膜的制备方法，在制膜液中加入亲水性大分子和成孔剂，采用非溶剂致相分离法(NIPS)的干-湿法纺丝工艺，纯水通量为200L/m²·h(0.1MPa、25℃)，然而用非溶剂致相分离法制造的聚醚砜中空纤维膜需要湿态保存，因干态的膜丝会使膜丝的纯水通量下降，湿态保存不利于贮存及运输。如中国专利公开号CN101507904A介绍了一种用非溶剂致相分离法制备聚醚砜和纤维素粉复合超滤膜，由于纤维素分子链带有多个羟基，改善了膜的亲水性，弥补了聚醚砜材料亲水性的不足抗污染能力较弱的缺点。该复合超滤膜的亲水性能提高，具有较强的抗污染能力及较好的截流特性，水通量120.8～136.6L/m²·h，抗张强度在7.5MPa左右。然而，用非溶剂致相分离法(NIPS)制造的膜还有一个较大缺点就是在有些应用中膜丝的强度还是较低。中国专利公开号CN 1631501A介绍了一种共混聚醚砜中空纤维透析超滤膜，以聚醚砜为主要制膜材料，与聚乙烯基类的聚合物或共聚物、纤维素及其酯共混，并加入致孔剂、溶剂制成纺丝原液，用非溶剂致相分离法(NIPS)干-湿法纺丝工艺制得初生中空纤维超滤膜，再经过轴向与径向双向拉伸和保孔处理，干燥后制得共混聚醚砜中空纤维透析超滤膜。虽然膜丝成型后经过轴向与径向双向拉伸后强度虽稍有提高，但膜丝最终的强度也不会很高。

熔融纺丝-拉伸成孔法是对通过熔融纺丝成型后的中空纤维丝进行拉伸，受到拉力作用，纤维丝壁产生缝隙，形成许多贯通中空纤维壁的微孔，以此方法来制备出中空纤维膜，用熔融纺丝-拉伸成孔法制备中空纤维膜的主要是非极性的聚烯烃类膜材料。中国专利第ZL200510049263.2介绍了一种聚乙烯中空纤维微孔膜亲水改性的制备方法，利用一些表面能较高的亲水性物质与聚乙烯熔融共混，通过熔融纺丝-拉伸技术制备聚乙烯中空纤维微孔膜。所制备的聚乙烯中空纤维微孔膜的孔隙率为40～80％，平均孔径0.1～5.0μm。熔融纺丝-拉伸成孔法具有工艺较简单、成本低、无污染等特点，但由于壁上的孔靠拉力撕裂而成，孔的形状不规则、孔的大小及分布不均匀，孔的大小难以控制。