[发明专利]一种UHMWPE 中空纤维膜的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种水处理用过滤膜的制备方法，具体而言涉及一种超高分子量聚乙烯中空纤维膜的制备方法。 

【背景技术】

超高分子量聚乙烯：英文名Ultra-high Molecular Weight Polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。热变形温度85℃，熔点130～136℃。是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。UHMWPE虽然类属聚乙烯家族，但它的线形分子链比常规高密度聚乙烯长十倍。这一独特的结构，使它具有理想的材料综合性能，除耐热性外，耐磨损、耐低温、耐化学腐蚀、自润滑、耐应力开裂、抗粘附、优良的绝缘性，卫生安全、抗冲击性能在所有塑料中为最高值，并可长期在-169至80℃条件下工作，可广泛应用于冶金、电力、化工、机械、电气环保、采矿、石油、农业、建筑、医疗、体育及制冷技术等行业。 

由于UHMWPE熔融状态的粘度高达108Pa*s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，UHMWPE的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造，已使UHMWPE由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。 

中空纤维膜(hollow fiber membrane)：纤维壁具有微孔的选择透过性中空纤维分离膜。微孔尺寸为纳米至微米级。其外形像纤维状，具有自支撑作用。其致密层可位于纤维的外表面(如微滤膜、超滤膜)，也可位于纤维的内表面。对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。 

超高分子量聚乙烯虽然具有优异的性能，但由于超高分子量聚乙烯常温下无合适溶剂，无法采用溶致相分离法制备微孔膜。因此， 为了得到高通量、高强度并具有一定过滤精度的中空纤维膜，仅采用熔融拉伸法制备UHMWPE中空纤维膜无法实现，而且传统的熔融拉伸法得到膜有诸多缺点，其包括孔径不均匀，孔径分布过宽以及孔隙率偏低等。 

热致相分离法（Thermally Induced Phase Separation，简称TIPS法）是二十世纪八十年代兴起的一种制膜方法，主要适用于在常温下无合适溶剂，不能通过溶致相分离法（Nonsolvent Induced Phase Separation，简称NIPS法）成膜的聚合物。UHMWPE在常温下无任何溶剂可溶，因此可以采用TIPS法来制备UHMWPE中空纤维膜。 

美国申请专利US4778601、US5248461和US5643511，公开了TIPS法制备UHMWPE膜。主要采用成孔剂（包括煤油、汽油、矿物油）作为溶剂，将成孔剂与UHMWPE混合，加热成均相溶液，然后降温分相，形成孔结构。但得到的多孔膜普遍孔隙率低，孔结构不好，难以应用于实际。 

中国申请专利CN101164677A，公开了TIPS法制备UHMWPE多孔膜的方法。该方法使用UHMWPE树脂作为膜材料，在稀释剂的作用下，经过溶液制备、挤出、拉伸、冷却萃取，回收萃取剂，最后制得UHMWPE多孔膜。该发明的特点是选用高沸点的稀释剂（白油、石蜡、石蜡油），采用TIPS法，通过高温相容，低温分相来形成孔结构。该方法制备的UHMWPE多孔膜，其内部孔径范围0.1～10μm，孔径范围易于控制。然而，若要在水处理中使用该类膜丝，膜丝的亲水性是必须要解决的一个问题，该发明专利中并未提及。另外，该方法中，形成内部空腔的液体采用水或醇类，这类物质的使用给后续稀释剂的萃取和重复使用带来麻烦，因为所用的萃取剂为卤代烷烃，醇类/卤代烷烃/稀释剂混合液采用蒸馏的无法完全分离，且醇类属于易然易爆品，生产存在安全隐患。最后，经过拉伸的膜丝需要在一定的温度下定型，防止使用时收缩，该专利也未提及。所以，这项TIPS法制备UHMWPE膜的技术要实现生产推广存在一定困难。 

上述现有的技术均强调，UHMWPE树脂采用TIPS法并加以适度的牵伸，能得到高通量、高强度并具有一定过滤精度的中空纤维膜。然而，UHMWPE树脂本身是极度疏水的，已有技术均未提及膜丝的亲水改性问题。这类膜丝或许初始通量比较高，但是在实际使用中，由于无亲水性，不耐污染，通量下降很快，并不具备实用价值。其次，经过拉伸的膜丝，若不采取定型工艺，膜丝性能不能稳定，在使用过程中，会有不同程度的收缩，导致膜丝性能逐渐衰减以致不能使用。最后，UHMWPE中空纤维膜内部腔体采用有机溶液成型，给后续的溶剂回收、循环使用带来很大的困难，这类技术在工业化生产中并不具备大规模推广性。