[发明专利]超高强度聚丙烯中空纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种超高强度聚丙烯中空纤维膜的制备方法。本发明使用熔融纺丝法制得的聚丙烯中空纤维膜后结合不同的冷却方式，利用空气与DINCH具有不同的传热速率调节纤维的冷却快慢来控制片晶的成核与增长。较厚的片晶不仅可以得到高强度的聚丙烯中空纤维膜，而且在拉伸后形成的孔径也会降低，小孔径对应着更高的分离精度。非晶层由于无法拉伸成孔，存在于膜中会大大的降低膜的通量，因此DINCH的溶解作用可以将表面的非晶层部分溶解来解决通量降低问题。此方法制膜工艺简单，制备的聚丙烯中空纤维具有超高强度。该膜在亲水改性后可替代带内衬膜。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种超高强度聚丙烯中空纤维膜的制备方法。

背景技术

膜分离技术是以高分子功能膜为代表，并是在近几十年来发展起来的一门新兴多学科交叉的高新型技术，具有操作简便、设备简单、绿色环保等优点而被广泛的应用于石油化工、电子电力、食品加工、污水处理、海水淡化、生物医药等领域。随着经济的发展，开发一种高强度、高通量、稳定性好、价格低廉的膜，是膜技术领域的发展方向。聚丙烯是以丙烯为单体聚合的半结晶热塑性塑料，是三大通用塑料之一。聚丙烯具有耐腐蚀性和无毒性，并且价格便宜，是一种优良的膜材料。因此在膜领域受到广大学者的热捧。虽然普通聚丙烯中空纤维膜的强度已能满足大部分应用的需求，但是在实际应用中仍然还有很多情况下需要更高强度的膜丝。

中空纤维膜在实际应用中主要面临的问题有膜强度不够、通量较低、耐污染性能差等。其中膜强度低是许多种类中空纤维膜所具有的通病，由于原材料的强度低而导致膜强度低。对于同一种膜材料，采用的制备工艺的不同，膜的强度也是千差万别。目前增强膜材料的方法主要有从原材料上进行改进、工艺调节及加内衬。原材料改进则是事先对膜材料进行增强，后纺制成膜，这种方法一定程度上能够提高膜强度，但是膜的孔结构、孔隙率等可能会受到影响，同时过程繁杂。工艺调节则是在纺丝工艺中，采用某些特殊的方法来控制成膜的过程，改变其结构，使其从结构上进行自增强。对于加内衬来说，最成功的例子这是PVDF内衬膜。这种方法是利用内衬来承担压力，表面涂敷的一层膜来进行过滤。但是在实际的应用中，内衬与膜很容易脱离。对于聚丙烯中空纤维膜而言，聚丙烯具有一定的强度，因而聚丙烯中空纤维膜也是具有一定强度的。但是在实际的应用中，还是有很多情况下需要强度较高的膜丝。超高强度聚丙烯中空纤维膜则可以用这些极端的使用情况下。

发明内容

本发明的目的是，提供一种超高强度聚丙烯中空纤维膜的制备方法，它能得到超高强度的聚丙烯中空纤维，而且生产方法简单，产品的结构稳定，在使用中也不会出现后续的问题。

本发明是这样实现的：超高强度聚丙烯中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

1)聚丙烯中空纤维的纺制：使用熔融纺丝法制备聚丙烯中空纤维，将拉丝级等规聚丙烯经纺丝机进行熔融挤出纺丝，纺丝温度为170-230℃；以氮气作为成腔流体，流速为0.01-0.1L/min；冷却过程先采用短距离气冷，空气温度为5-30℃)，气冷长度为0.5-3m，后再采用溶剂冷却，溶剂温度为5-60℃)；冷却后卷绕成中空纤维，纺丝过程中卷绕速度为140-420m/min，通过调节膜丝冷却快慢来控制聚丙烯片晶的形成，得到具有0.5微米厚片晶结构的聚丙烯中空纤维；

2)聚丙烯中空纤维膜的制备：将步骤1)制得的聚丙烯中空纤维先使用无水乙醇清洗干净后，再用无水乙醇浸泡24h使膜丝中残留的溶剂充分脱离聚丙烯中空纤维；取出中空纤维自然晾干后，经100-150℃热处理20-80min完善片晶结构；最后经过拉伸机冷-热拉伸致孔得到超高强度聚丙烯中空纤维膜，冷热拉伸比分别为10-40％和60-290％，热拉温度为95-140℃，并保温30-80min。

所述的聚丙烯为拉丝级均聚聚丙烯，或含有支链的高熔体强度均聚聚丙烯，其熔融指数为0.3-4g/10min之间。

所述的溶剂冷却的溶剂为环己烷1,2-二甲酸二异壬基酯。