[发明专利]一种聚酰亚胺中空纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺中空纤维的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，它是目前已经工业化的高分子材料中综合性能十分优越的品种，已广泛应用于航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。而由聚酰亚胺中空纤维制成的气体分离膜对H₂、CO₂和O₂具有很高的气体透过率和选择性，特别是它对H₂的高透过性可以用于制备高纯度H₂，因此，由这种聚酰亚胺中空纤维制成的高分子气体分离膜，即聚酰亚胺分离膜，其在航天领域具有潜在的巨大应用前景。

目前市场上用的高分子膜主要有用于脱除天然气中CO₂的醋酸纤维膜和用于空气分离的聚砜膜，与这两种高分子膜相比，聚酰亚胺分离膜具有更加优越的高透过率和高选择性。但多数聚酰亚胺高分子难以溶解，无法用聚酰亚胺原液直接进行纺丝，因此多采用两步法，即先将聚酰亚胺的前体（聚酰胺酸）进行纺丝，然后将所得到的聚酰胺酸原丝进行高温或化学处理，使之亚胺化，从而得到聚酰亚胺纤维。由上述两步法制得的聚酰亚胺纤维，由于后期的热环化或化学环化破坏了前期纺丝过程中聚酰亚胺所形成的取向结构，因此，聚酰亚胺纤维的某些性能有所下降。对于少数可溶性聚酰亚胺，可以采用一步法进行纤维纺丝，该法有利于保持聚酰亚胺的超分子结构，但通常采用甲酚、对氯苯酚等酚类溶剂，不仅毒性大，而且溶剂在纤维中的残留较多，难以彻底去除。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提供一种能保持优良性能、纤维中毒素残留少且毒素易清除的一种聚酰亚胺中空纤维的制备方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种聚酰亚胺中空纤维的制备方法，包括以下步骤：（一）将聚酰亚胺溶解于二甲基亚砜或N,N—二甲基甲酰胺或N—甲基—2吡咯烷酮或四氢呋喃或丙酮中的任意一种溶剂中，配制质量百分浓度为7%～12%的聚酰亚胺纺丝原液，待聚酰亚胺完全溶解后进行脱泡过滤；（二）以聚氧化乙烯或聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种为致孔剂，以甲醇或乙醇为溶剂配置质量百分浓度为12%～24%的芯液；（三）调节芯液流量为0.2～0.8L/h，干纺程的距离为4～8cm，将第一步中得到的聚酰亚胺纺丝原液经纺丝机采用干喷湿纺的纺丝方法制得粗品聚酰亚胺中空纤维；（四）将粗品聚酰亚胺中空纤维在醇水凝固浴中冷却；（五）将冷却后的粗品聚酰亚胺中空纤维用滤纸包好，以蒸馏水为抽提剂，沸腾回流24小时，以彻底除去残留的致孔剂及溶剂后取出，在烘箱中干燥至恒重，得到纯净的聚酰亚胺中空纤维。

进一步地，前述的一种聚酰亚胺中空纤维的制备方法，其中，所述的醇水凝固浴中醇与水的体积比为1/4～4/1，凝固浴的温度范围为20℃～30℃，所述的醇水凝固浴中的醇为甲醇或乙醇。

进一步地，前述的一种聚酰亚胺中空纤维的制备方法，其中，所述的聚氧化乙烯或聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮的摩尔质量范围在1000～2000 g/mol。

本发明的有益效果：本发明采用一步法直接通过干喷湿纺方法制备聚酰亚胺中空纤维，完好保持了聚酰亚胺中空纤维的优良性能，且采用低毒易去除的有机溶剂，能将成品聚酰亚胺中空纤维中的毒素降至最低；所得聚酰亚胺中空纤维的孔隙率约为52～68%。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行进一步地详细介绍。

实施例一：将聚酰亚胺溶于NMP（N-甲基-2-吡咯烷酮）中配成质量百分浓度为7%的聚酰亚胺纺丝原液，放置一天待聚酰亚胺完全溶解后过滤并真空脱泡；将致孔剂PEG（聚乙二醇，M_n=6000g/mol）溶于甲醇中制成质量百分浓度为12%的芯液，控制芯液流量为0.2L/h，调节干纺程距离为8cm，将过滤并真空脱泡后的纺丝原液经纺丝机进行干喷湿纺制得粗品聚酰亚胺中空纤维，将粗品聚酰亚胺中空纤维在温度为20℃、由甲醇制得的醇水体积比为1/4的凝固浴中冷却，将冷却后的粗品聚酰亚胺中空纤维用滤纸包好，以蒸馏水为抽提剂，沸腾回流24小时，以彻底除去残留的致孔剂及溶剂后取出，在烘箱中干燥至恒重，得到纯净的成品聚酰亚胺中空纤维。经测定，该中空纤维的孔隙率为52%，水通量为0.0301m³/m².h。