[发明专利]一种聚砜中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种聚砜中空纤维膜的制备方法。

背景技术

在薄膜工艺额领域，聚砜具有优良的成膜性能和力学性能，同时能耐高温、耐水解、耐酸碱腐蚀，因而常用来制备超滤膜、纳滤膜和反渗透膜的基膜，广泛应用于污水处理、药物提纯、海水淡化、血液透析等领域，有力地缓解了环境污染、能源与资源危机等问题。聚砜膜的渗透性能和截留性能依赖于膜的断面结构和膜材料。对聚砜膜的断面结构进行调控，是有效控制膜性能的手段之一。对聚砜膜结构进行控制，可从聚砜含量、添加剂种类及含量以及成膜工艺条件等方面进行控制，这些因素最终影响成膜过程中的热力学和动力学。研究报道指出，聚砜成膜过程中，铸膜溶液体系相分离的快慢决定膜的断面结构，瞬时相分离一般形成指状孔非对称膜，而延迟相分离一般形成海绵状的对称膜。断面结构为海绵孔的聚砜膜，其耐压高，膜与膜之间的贯穿性能较好，孔隙率较高，现阶段许多研究者通过添加分子量较高的聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮等提高铸膜液体系的黏度，从而获得海绵孔结构。但由高分子量的聚乙二醇及聚乙烯吡咯烷酮制得的聚砜膜存在表面质量差、强度低以及制膜困难等缺点，使得其工业化生产受到限制。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种聚砜中空纤维膜的制备方法。

一种聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于包括原料聚砜、二甲基乙酰胺、聚乙二醇和牛血清白蛋白；将聚砜真空干燥后，固定其质量分数为20%，改变聚乙二醇与溶剂二甲基乙酰胺质量比，将三者充分混合搅拌溶解，真空脱泡，待铸膜溶液脱泡好后通过喷丝板形成纺丝细流，经过喷丝板和凝固水浴之间的空气间隙浸入凝固水浴中，同样通过溶剂二甲基乙酰胺和非溶剂水的传质交换而成膜。

本发明所述的一种聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于所述聚砜的干燥温度为80℃，时间为8h。

本发明所述的一种聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于所述搅拌的时间为18h。

本发明所述的一种聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于所述牛血清白蛋白的相对分子质量为67000。

本发明所述的一种聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于所述聚乙二醇与二甲基乙酰胺的质量比为35/45。

本发明所述的一种聚砜中空纤维膜的制备方法，通过对于制备过程中工艺及参数的优化，使得制备的纤维薄膜的指状孔得到抑制，孔隙率有效下降、拉伸强度得到提高，使用本发明所述的方法制备的中空纤维膜的综合性能大幅提高，本制备方法工艺简单，便于操作，适合在相关领域内推广使用。

具体实施方式

一种聚砜中空纤维膜的制备方法，其特征在于包括原料聚砜、二甲基乙酰胺、聚乙二醇和牛血清白蛋白；将聚砜真空干燥后，固定其质量分数为20%，改变聚乙二醇与溶剂二甲基乙酰胺质量比，将三者充分混合搅拌溶解，真空脱泡，待铸膜溶液脱泡好后通过喷丝板形成纺丝细流，经过喷丝板和凝固水浴之间的空气间隙浸入凝固水浴中，同样通过溶剂二甲基乙酰胺和非溶剂水的传质交换而成膜。

本发明所述的一种聚砜中空纤维膜的制备方法，所述聚砜的干燥温度为80℃，时间为8h。所述搅拌的时间为18h。所述牛血清白蛋白的相对分子质量为67000。所述聚乙二醇与二甲基乙酰胺的质量比为35/45。随着聚乙二醇/二甲基乙酰胺质量比增加，铸膜溶液黏度随之增加。当聚乙二醇/二甲基乙酰胺质量比=13/67时，聚砜很快能溶解在二甲基乙酰胺中，聚乙二醇含量增加，相应的溶剂二甲基乙酰胺含量就降低，由于聚乙二醇为非溶剂添加剂，因而铸膜溶液中聚砜分子链之间、聚砜和聚乙二醇分子链之间的缠绕程度增加，溶液的黏度相应提高。随着聚乙二醇/二甲基乙酰胺质量比增加，膜的指状孔数量逐渐减少，其形态从细长逐渐变为粗短，同时非指状孔区域的海绵状孔数量逐渐增多，当聚乙二醇/二甲基乙酰胺质量比=30/50时，中空纤维膜的膜丝截面结构中仍有较多的指状孔，因而膜的强度相对较低，导致低温脆断过程中膜易在指状孔管区域发生断裂，当聚乙二醇/二甲基乙酰胺质量比=35/45时，指状孔的生成被大量抑制，孔的结构以海绵状孔为主，膜变得致密；当聚乙二醇/二甲基乙酰胺质量比=40/40时，聚砜膜的膜丝截面基本由海绵孔组成，膜变得更加致密。由于聚乙二醇是亲水性物质，当膜浸入凝固水浴中时，会有聚乙二醇分子从膜中溶出聚集成微相区而在膜上形成孔，当聚乙二醇含量较高时，大量聚乙二醇分子溶出时聚集成的微相区面积增大，相应的膜孔径增大，这反而使得膜的纯水通量增加，牛血清白蛋白截留率下降。因此，聚乙二醇/二甲基乙酰胺的最佳质量比应为35/45。当初生态的膜丝未浸入凝固浴之前，一方面，随着溶剂的挥发，初生态膜丝表层聚砜浓度不断增加并相互聚集，从而易使膜变得致密，空气间隙越长，溶剂挥发得越多，膜越致密；另一方面，溶剂挥发也会造成聚乙二醇 相互聚集形成微相区，空气间隙越长，溶剂挥发越多，聚乙二醇聚集形成的微相区也越大，当浸入凝固浴水中时，形成较大聚集微相区的聚乙二醇溶出，从而在膜上形成了较大的孔。当空气间隙较短时，溶剂挥发较少，这两方面的作用均不突出，因此膜的结构基本没有大的变化；当空气间隙增加到7cm时，可能聚乙二醇聚集的作用大于聚砜自身聚集的作用，因而使膜出现了孔径较大的指状孔，截面也变得疏松，随着空气间隙的增加，膜的孔隙率略有增加，纯水通量有所增加，牛血清白蛋白截留率总体下降，拉伸强度变化不大。尤其当空气间隙为7cm时，牛血清白蛋白 截留率下降幅度较大，这正是由于空气间隙变长使较多聚乙二醇微相区溶出，从而使膜出现了孔径较大的指状孔而导致的。