[发明专利]带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术是利用膜对混合物中各组份的选择透过性能来分离、提纯和浓缩目的产物的新型分离技术，膜分离过程是一种无相变、低能耗物理分离过程，具有高效、节能、无污染、操作方便和用途广等特点，是当代公认的最先进的化工分离技术之一。膜分离技术可作为一种清洁生产工艺，代替传统的蒸发浓缩、高速离心分离、萃取、离子交换树脂吸附、生化处理中沉降等工艺，膜分离技术应用的领域涉及电力、电子、化工、轻工、医药、生物、食品饮料、市政、环保等行业，应用范围广、产业关联度大，是其它任何一种化工分离技术无法替代的，被国外称为二十一世纪最有发展前途的十大高新技术之一。

液体分离膜的分类，根据待分离物质的大小，依次可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透；根据膜的结构形式，可以分为中空纤维、中空管式、平板、卷式四种结构；根据膜的材料，可以分为有机膜、陶瓷膜、金属膜。其中有机材料的中空纤维超滤、微滤占全球液体分离膜市场的35%，是最主要的液体分离膜。

而聚偏氟乙烯是目前中空纤维超滤、微滤市场的主要有机材料。目前市场上有两类产品，一种是不带任何支撑材料的聚偏氟乙烯，一种是带支撑材料为中空编织绳的混纺中空纤维膜。前者物理拉升强度差，易断丝，易损坏，但成本较低；后者物理拉升强度高，不易断丝，但与聚偏氟乙烯表层容易与编织绳剥落，造成损坏，水通量低，并且成本高昂。

发明内容

本发明的目的是针对现有聚偏氟乙烯中空纤维膜技术的不足，提供一种带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法。

带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜包括聚偏氟乙烯中空纤维膜、单丝支撑纤维，在聚偏氟乙烯中空纤维膜内四周均布单丝支撑纤维。

带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法的步骤如下：

1）将质量百分比为60%～80%的二甲基乙酰胺，质量百分比为10%～30%的聚偏氟乙烯，质量百分比为3%～10%的二甲基吡咯烷酮，质量百分比为0.5%～1.5%的钛白粉在反应釜中混合发生聚合反应生成铸膜液；反应温度为70～100度，反应压力为1 ～3公斤；

2）铸膜液被压力为1～3公斤的气压挤出反应釜，经过滤网过滤和计量泵计量进入喷丝头；

3）同时，单丝支撑纤维进入喷丝头，在喷丝头与铸膜液发生复合成型，成型温度为40～90度；

4）单丝支撑纤维和铸膜液复合成型后进入凝固液，凝固液温度为30～70度，在凝固液内发生初步相分离反应固化成膜；

5）固化成膜后进行水浴，进一步进行相分离反应成膜，得到带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜，反应时间10分钟～8小时，水温为10～50度。

所述的单丝支撑纤维的材料为涤纶、氨纶、尼龙6、尼龙66或聚氨酯。所述的单丝支撑纤维直径为0.01～2毫米，数量为1～30根。所述的带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜的内径为0.5～8毫米，外径为0.8～10毫米。所述的带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜的中空纤维膜的孔径为0.01～4微米，拉伸强度为10～100MPa。

本发明与现有技术相比具有有益效果：

1）物理拉伸强度高：由于有作为钢筋的单丝纤维加强作用，该产品的物理拉伸强度最少可以增加数倍以上，并且可以增加单丝纤维的数量来进一步增大中空纤维膜的强度。通常3~4根单丝纤维纵向拉伸强度已可以达到10MPa以上；

2）膜材料不会发生剥落：采用编织绳的混纺中空纤维膜，涂层与编织绳容易分离剥落，失去过滤功能；而采用本产品，由于单丝纤维与本体材料有一定的相容性，并且完全被聚偏氟乙烯本体材料包裹，不会发生分离剥落，大大增大的膜的使用寿命；

3）成本低于编织绳的混纺中空纤维膜：编织绳的混纺中空纤维膜材料成本中编织绳成本要占一半以上，所以成本比本产品要高一倍以上；

4）装填密度要比编织绳的混纺中空纤维膜高，减少体积，降低过滤设备成本。编织绳的混纺中空纤维膜由于受到编织绳的外径大小限制，往往较粗，外径一般在2毫米以上，而本产品无此限制，外径可以做到0.8毫米，这样单位体积的膜面积可以增加，减少过滤设备体积；

5）因为引入的单丝跟膜材料有一定的相溶性，且镶嵌在膜中的体积小，只占膜材料体积的3-5%，对成膜结构影响很小，因此膜的水通量比中空编织绳结构膜大数倍以上，与无支撑中空纤维膜相当。

附图说明

图1是带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜结构示意图；

图2 是带单丝支撑材料的聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法流程图。