[发明专利]纱纤增强双层管式过滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种双层结构的纱纤增强管式过滤膜及其制备方法。

背景技术

膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，在外力的推动下，对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型高效的分离技术。而管式过滤膜由于其有效分离面积大、组件结构简单、易操作运行等特点，在水处理、生物医药、食品化工等领域具有广泛的应用。然而，相比于陶瓷、金属等无机膜，高分子管式过滤膜的力学强度相对较差，在使用和清洗过程中易存在断丝、压扁、破裂等问题。为了提高管式过滤膜的力学性能，纤维及其编织管被广泛的应用于过滤膜的生产制造中。

纤维编织管应用于管式过滤膜的制备中，常采用编织管外层涂覆铸膜液的技术，以使过滤膜具有良好的抗拉伸和抗压性能。专利US 4061821和US 5472607分别公开了一种制备内层为编织管的PAN中空纤维膜和PVDF中空纤维膜的方法，膜的力学性能有显著提高。此外，在增强型管式膜的制备中，也见在编织管外涂覆双层铸膜液(CN 102160967A)、纤维编织和铸膜液涂覆同步进行(CN 101543731A)、编织管内外均具有高分子分离膜层(CN 1864828A)等制备技术。但是，采用编织管增强的管式膜，常存在以下的问题：编织管和高分子膜间粘结性能较差，使用过程中存在脱落、剥离现象；常规方法制备的编织管增强管式膜，一般仅适用于外压式过滤；受现有纤维编织效率和成本的影响，该管式膜成本相对较高。

此外，未经编织的纤维亦可直接用于提高管式膜的强度。专利WO 03/097221提出将纤维和铸膜液同时引入喷丝头，从而制备出具有均质中空纤维膜类似的内/外层结构的纤维增强复合膜。但是，上述纤维增强膜由于纤维仅轴向分布于膜内，因此仅轴向上提高了膜的抗拉伸性能，抗压和抗爆破性能未有明显改善；同时，纤维和膜液不可避免的存在一定的粘结问题，膜丝在长期使用过程中，存在一定的安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高通量，力学、耐压、截留和抗污染等综合性能优异，可适用于外压式过滤或内压式过滤的纱纤增强双层管式过滤膜。本发明的管式过滤膜为双层结构，内层为第一聚合物膜，外层为第二聚合物膜，并且内层和/或外层内含有平行分布的纱纤用于所述管式过滤膜的力学增强。通过膜的双层结构和性能、纱纤的分布位置的调整，使该管式过滤膜在具备高通量，优异综合性能的同时，亦使该膜在不同的应用领域具有广泛的适用性。

本发明采用的技术方案如下：

一种纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于：所述的管式过滤膜为双层结构，内层为第一聚合物膜，外层为第二聚合物膜，并且所述管式过滤膜分布有用于增强的纱纤，所述管式过滤膜的外径为0.8～5.0mm，内径为0.4～3.0mm。

其中，

所述的第一聚合物膜和第二聚合物膜的聚合物材料为同种聚合物或不同种聚合物；本发明所述的同种聚合物，包括分子量、分子量分布等物性参数不同的各种规格的同种聚合物。

作为优选，所述的聚合物材料选自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、醋酸纤维素中的任意一种；例如，第一聚合物膜的聚合物材料可选择聚偏氟乙烯，第二聚合物膜的聚合物材料可选择分子量、分子量分布等物性参数不同的其他规格的聚偏氟乙烯；也可以是，第一聚合物膜和第二聚合物膜的聚合物材料均选择分子量、分子量分布等物性参数相同的聚偏氟乙烯。

作为优选，所述的纱纤可仅分布于第一聚合物膜内(图1-1)，或仅分布于第二聚合物膜内(图1-2)，或均有纱纤分布于第一聚合物膜内和第二聚合物膜内(图1-3)。

更优选地，所述的纱纤对称分布于第一聚合物膜内或第二聚合物膜内。

更优选地，所述的纱纤数量为3～12根。