專利名稱：紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙層結(jié)構(gòu)的紗纖增強(qiáng)管式過(guò)濾膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
膜分離過(guò)程是以選擇性透過(guò)膜為分離介質(zhì)，在外力的推動(dòng)下，對(duì)混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮的一種新型高效的分離技術(shù)。而管式過(guò)濾膜由于其有效分離面積大、組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作運(yùn)行等特點(diǎn)，在水處理、生物醫(yī)藥、食品化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。然而，相比于陶瓷、金屬等無(wú)機(jī)膜，高分子管式過(guò)濾膜的力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較差，在使用和清洗過(guò)程中易存在斷絲、壓扁、破裂等問(wèn)題。為了提高管式過(guò)濾膜的力學(xué)性能，纖維及其編織管被廣泛的應(yīng)用于過(guò)濾膜的生產(chǎn)制造中。纖維編織管應(yīng)用于管式過(guò)濾膜的制備中，常采用編織管外層涂覆鑄膜液的技術(shù)，以使過(guò)濾膜具有良好的抗拉伸和抗壓性能。專利US 4061821和US 5472607分別公開了一種制備內(nèi)層為編織管的PAN中空纖維膜和PVDF中空纖維膜的方法，膜的力學(xué)性能有顯著提高。此外，在增強(qiáng)型管式膜的制備中，也見在編織管外涂覆雙層鑄膜液(CN 102160967A)、纖維編織和鑄膜液涂覆同步進(jìn)行(CN 101543731A)、編織管內(nèi)外均具有高分子分離膜層(CN1864828A)等制備技術(shù)。但是，采用編織管增強(qiáng)的管式膜，常存在以下的問(wèn)題編織管和高分子膜間粘結(jié)性能較差，使用過(guò)程中存在脫落、剝離現(xiàn)象；常規(guī)方法制備的編織管增強(qiáng)管式膜，一般僅適用于外壓式過(guò)濾；受現(xiàn)有纖維編織效率和成本的影響，該管式膜成本相對(duì)較聞。此外，未經(jīng)編織的纖維亦可直接用于提高管式膜的強(qiáng)度。專利WO 03/097221提出將纖維和鑄膜液同時(shí)引入噴絲頭，從而制備出具有均質(zhì)中空纖維膜類似的內(nèi)/外層結(jié)構(gòu)的纖維增強(qiáng)復(fù)合膜。但是，上述纖維增強(qiáng)膜由于纖維僅軸向分布于膜內(nèi)，因此僅軸向上提高了膜的抗拉伸性能，抗壓和抗爆破性能未有明顯改善；同時(shí)，纖維和膜液不可避免的存在一定的粘結(jié)問(wèn)題，膜絲在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，存在一定的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高通量，力學(xué)、耐壓、截留和抗污染等綜合性能優(yōu)異，可適用于外壓式過(guò)濾或內(nèi)壓式過(guò)濾的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜。本發(fā)明的管式過(guò)濾膜為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為第一聚合物膜，外層為第二聚合物膜，并且內(nèi)層和/或外層內(nèi)含有平行分布的紗纖用于所述管式過(guò)濾膜的力學(xué)增強(qiáng)。通過(guò)膜的雙層結(jié)構(gòu)和性能、紗纖的分布位置的調(diào)整，使該管式過(guò)濾膜在具備高通量，優(yōu)異綜合性能的同時(shí)，亦使該膜在不同的應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的適用性。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的管式過(guò)濾膜為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為第一聚合物膜，外層為第二聚合物膜，并且所述管式過(guò)濾膜分布有用于增強(qiáng)的紗纖，所述管式過(guò)濾膜的外徑為O. 8 5. Omm,內(nèi)徑為O. 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為同種聚合物或不同種聚合物；本發(fā)明所述的同種聚合物，包括分子量、分子量分布等物性參數(shù)不同的各種規(guī)格的同種聚合物。作為優(yōu)選，所述的聚合物材料選自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、醋酸纖維素中的任意一種；例如，第一聚合物膜的聚合物材料可選擇聚偏氟乙烯，第二聚合物膜的聚合物材料可選擇分子量、分子量分布等物性參數(shù)不同的其他規(guī)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選擇分子量、分子量分布等物性參數(shù)相同的聚偏氟乙烯。作為優(yōu)選，所述的紗纖可僅分布于第一聚合物膜內(nèi)(圖1-1)，或僅分布于第二聚合物膜內(nèi)(圖1-2)，或均有紗纖分布于第一聚合物膜內(nèi)和第二聚合物膜內(nèi)(圖1-3)。更優(yōu)選地，所述的紗纖對(duì)稱分布于第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)。更優(yōu)選地，所述的紗纖數(shù)量為3 12根。作為優(yōu)選，所述的紗纖材料選自纖維素、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、碳纖維、玻璃纖維中的任意一種或二種以上的混紡紗纖，分布在第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)的紗纖可相同或不同；所述的紗是指將短纖維拉長(zhǎng)加捻后形成的長(zhǎng)的紗線，短纖維材料不同時(shí)為混紡紗，短纖維材料相同時(shí)為純紗；所述的纖是指由多根長(zhǎng)纖維并攏后形成的長(zhǎng)的絲線，長(zhǎng)纖維材料不同時(shí)為混紡纖，長(zhǎng)纖維材料相同時(shí)為純纖。本發(fā)明所述的紗纖，包括紗和纖，具體包括混紡紗、純紗、混紡纖、純纖；所述的純紗纖包含但不限于純的纖維素紗纖(包括纖維素紗、纖維素纖)、聚酯紗纖(包括聚酯紗、聚酯纖)、聚酰胺紗纖(包括聚酰胺紗、聚酰胺纖)、聚乙烯醇紗纖(包括聚乙烯醇紗、聚乙烯醇纖)、聚丙烯紗纖(包括聚丙烯紗、聚丙烯纖)、聚丙烯腈紗纖(包括聚丙烯腈紗、聚丙烯腈纖)、聚氯乙烯紗纖(包括聚氯乙烯紗、聚氯乙烯纖)、碳纖維紗纖(包括碳纖維紗、碳纖維纖)、玻璃纖維紗纖(包括玻璃纖維紗、玻璃纖維纖)等；所述的混紡紗纖包含但不限于滌棉混紡紗纖(聚酯和纖維素混紡)、錦棉混紡紗纖(聚酰胺和纖維素混紡)、滌腈混紡紗纖(聚酯和聚丙烯腈混紡)
坐寸ο本發(fā)明的管式過(guò)濾膜為雙層結(jié)構(gòu)，膜內(nèi)分布有紗纖，紗纖保障了膜軸向的拉伸強(qiáng)度，雙層結(jié)構(gòu)使膜橫向的抗壓和抗爆破性能及膜的安全性得到明顯改善。并且通過(guò)紗纖的分布位置、膜的雙層結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)整，可得到適合外壓式過(guò)濾或內(nèi)壓式過(guò)濾的綜合性能優(yōu)異的管式過(guò)濾膜。其中，當(dāng)?shù)谝痪酆衔锬?nèi)分布有用于增強(qiáng)的紗纖時(shí)，第一聚合物膜主要起支撐層的作用，第二聚合物膜外皮層為較致密結(jié)構(gòu)，主要起功能層的作用(圖1-1)，該管式過(guò)濾膜較適用于外壓式過(guò)濾體系；當(dāng)?shù)诙酆衔锬?nèi)分布有用于增強(qiáng)的紗纖時(shí)，第二聚合物膜主要起支撐層的作用，第一聚合物膜內(nèi)皮層為較致密結(jié)構(gòu)，主要起功能層的作用(圖1-2)，該管式過(guò)濾膜較適用于內(nèi)壓式過(guò)濾體系；當(dāng)?shù)谝痪酆衔锬?nèi)和第二聚合物膜內(nèi)均分布有用于增強(qiáng)的紗纖時(shí)，第一聚合物膜內(nèi)皮層第二聚合物膜外皮層均為較致密結(jié)構(gòu)，使兩層聚合物膜均具有很好的強(qiáng)度和分離效果(圖1-3)，該管式過(guò)濾膜既適用于外壓式過(guò)濾體系，也適用于內(nèi)壓式過(guò)濾體系。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜在外壓式過(guò)濾體系或內(nèi)壓式過(guò)濾體系中的應(yīng)用，所述的外壓式過(guò)濾和內(nèi)壓式過(guò)濾體系包含但不限于醫(yī)藥工業(yè)(中藥濃縮、農(nóng)藥生產(chǎn)、生物發(fā)酵液過(guò)濾等)、食品工業(yè)(果糖分離純化、食品添加劑濃縮、乳制品生產(chǎn)、酒的精制、天然色素提取等)、染料化工和助劑、生物技術(shù)(蛋白、多肽等的澄清和精制)、環(huán)保和水處理領(lǐng)域(紡絲印染等工業(yè)廢水處理和回用、市政污水的處理、工業(yè)和生活所需的各類水的制備等)。本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜的制備方法，采用雙層同步共擠出技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一步法成膜，制備方法包括以下步驟
(1)配制第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液，脫泡靜置待用；
(2)將第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液分別注入噴絲頭中的第一聚合物膜的鑄膜液流道和第二聚合物膜的鑄膜液流道，用于增強(qiáng)的紗纖平行排列穿過(guò)鑄膜液流道內(nèi)，在芯液和凝固浴的共同作用下，通過(guò)溶液相轉(zhuǎn)化法，雙層同步共擠出成紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜；所述的噴絲頭為三流道結(jié)構(gòu)，從內(nèi)向外依次為芯液流道(A)、第一聚合物膜的鑄膜液流道(B)、第二聚合物膜的鑄膜液流道(C)；
(3)將共擠出的雙層管式過(guò)濾膜經(jīng)收卷、清洗、晾干后，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜。其中，第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液均包含聚合物材料、改性劑、成孔齊U、溶劑幾種組分?？筛鶕?jù)實(shí)際需要，調(diào)整鑄膜液的配方和配制條件。兩種鑄膜液的配方和配制條件可相同或不同，即兩種鑄膜液的聚合物材料、改性劑、成孔劑、溶劑可為同種物質(zhì)或不同種物質(zhì)，每種物質(zhì)的含量亦可相同或不同，其中，同種物質(zhì)可包括分子量、分子量分布等物性參數(shù)不同的各種規(guī)格的同種物質(zhì)。同時(shí)，兩種鑄膜液的配料和靜置溫度亦可相同或不同。作為優(yōu)選，所述的聚合物材料選自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、醋酸纖維素的任意一種，其質(zhì)量百分含量為8 30%;改性劑選自分子量為I X IO4 IX IO6聚乙烯基吡咯烷酮、二氧化硅、氧化鈦、氧化鋁中的任意一種或多種，其質(zhì)量百分含量為O. 5 6% ;成孔劑選自水、乙醇、甘油、乙二醇、分子量為400 1000的聚乙二醇中的任意一種或多種，其質(zhì)量百分含量為O. 5 8% ;溶劑選自N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的任意一種，其質(zhì)量百分含量為56 91% ;鑄膜液的配制和靜置溫度為60 90°C。例如，第一聚合物膜的成孔劑可選擇分子量為400的聚乙二醇，第二聚合物膜的成孔劑可選擇分子量為1000的聚乙二醇；也可以是，第一聚合物膜和第二聚合物膜的成孔劑均選擇分子量為400的聚乙二醇。其中，芯液流道、第一聚合物膜的鑄膜液流道、第二聚合物膜的鑄膜液流道可采用不同的形狀；芯液、第一聚合物膜的鑄膜液、第二聚合物膜的鑄膜液注入噴絲頭可采用不同順序，但最終達(dá)到同步共擠出的效果。作為優(yōu)選，芯液流道為圓形流道，第一聚合物膜的鑄膜液、第二聚合物膜的鑄膜液流道均為環(huán)形流道。作為優(yōu)選，可先注入芯液，再同時(shí)注入第一聚合物膜的鑄膜液和第二聚合物膜的鑄膜液；或同時(shí)注入芯液、第一聚合物膜的鑄膜液和第二聚合物膜的鑄膜液。作為優(yōu)選，所述的紗纖僅穿過(guò)第一聚合物膜的鑄膜液流道(圖2-1)、或僅穿過(guò)第二聚合物膜的鑄膜液流道(圖2-2)，或均有紗纖穿過(guò)第一聚合物膜的鑄膜液流道和第二聚合物膜的鑄膜液流道(圖2-3);所述的穿過(guò)，是指將紗纖穿入噴絲頭的流道內(nèi)，且沿紡絲線固定于膜絲收集裝置。通過(guò)這樣的方式，可使所述的紗纖僅分布于雙層管式過(guò)濾膜的第一聚合物膜內(nèi)(圖1-1)，或僅分布于雙層管式過(guò)濾膜的第二聚合物膜內(nèi)(圖1-2)，或均有紗纖分布于雙層管式過(guò)濾膜的第一聚合物膜內(nèi)和第二聚合物膜內(nèi)(圖1-3)。更優(yōu)選地，所述的紗纖對(duì)稱分布于第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)；
更優(yōu)選地，所述的紗纖數(shù)量為3 12根。作為優(yōu)選，所述的紗纖材料選自纖維素、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、碳纖維、玻璃纖維中的任意一種或二種以上的混紡紗纖，分布在第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)的紗纖可相同或不同；所述的紗是指將短纖維拉長(zhǎng)加捻后形成的長(zhǎng)的紗線，短纖維材料不同時(shí)為混紡紗，短纖維材料相同時(shí)為純紗；所述的纖是指由多根長(zhǎng)纖維并攏后形成的長(zhǎng)的絲線，長(zhǎng)纖維材料不同時(shí)為混紡纖，長(zhǎng)纖維材料相同時(shí)為純纖。本發(fā)明所述的紗纖，包括紗和纖，具體包括混紡紗、純紗、混紡纖、純纖。所述的純紗纖包含但不限于純的纖維素紗纖(包括纖維素紗、纖維素纖)、聚酯紗纖(包括聚酯紗、聚酯纖)、聚酰胺紗纖(包括聚酰胺紗、聚酰胺纖)、聚乙烯醇紗纖(包括聚乙烯醇紗、聚乙烯醇纖)、聚丙烯紗纖(包括聚丙烯紗、聚丙烯纖)、聚丙烯腈紗纖(包括聚丙烯腈紗、聚丙烯腈纖)、聚氯乙烯紗纖(包括聚氯乙烯紗、聚氯乙烯纖)、碳纖維紗纖(包括碳纖維紗、碳纖維纖)、玻璃纖維紗纖(包括玻璃纖維紗、玻璃纖維纖)等；所述的混紡紗纖包含但不限于滌棉混紡紗纖(纖維素和聚酯混紡)、錦棉混紡紗纖(聚酰胺和纖維素混紡)、滌腈混紡紗纖(聚酯和聚丙烯腈混紡)
坐寸ο所述的芯液為水或水/溶劑混合液，溫度為20 60°C，混合液中溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的任意一種，其質(zhì)量百分含量為5 30% ;所述的凝固液為水或水/溶劑混合液，溫度為20 60°C，混合液中溶劑為N, N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的任意一種，其質(zhì)量百分含量為5 30%。該紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜的制備方法中，紗纖與第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液最終同步從噴絲頭擠出，即鑄膜液的出料速度和紗纖的脫卷速度相一致，為5 30米/分鐘，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的一步法成膜，從而有效地提高了膜的生產(chǎn)效率，降低制備成本。本發(fā)明的有益效果在于
(I)采用紗纖提高膜的力學(xué)性能，以避免或減少管式過(guò)濾膜在使用和清洗過(guò)程中的斷絲現(xiàn)象。(2)管式過(guò)濾膜為雙層結(jié)構(gòu)，以使紗纖在保障膜軸向拉伸強(qiáng)度的同時(shí)，雙層結(jié)構(gòu)使膜橫向的抗壓和抗爆破性能，及膜的安全性能得到明顯改善。(3)通過(guò)紗纖數(shù)量和分布位置的調(diào)整，鑄膜液配方和成膜條件的控制，可制備出不同結(jié)構(gòu)和性能的管式過(guò)濾膜，以適用于外壓式過(guò)濾或內(nèi)壓式過(guò)濾體系。(4)本發(fā)明的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜具有高通量，優(yōu)異的截留、親水和抗污染等性能。(5)本發(fā)明將未經(jīng)編織的紗纖直接應(yīng)用于提高膜的力學(xué)性能，以及采用紗纖和雙層鑄膜液同步共擠出的技術(shù)，可有效地提高膜的生產(chǎn)效率，降低制備成本。


圖1為本發(fā)明的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜的斷面結(jié)構(gòu)示意圖
其中，圖1-1表示紗纖僅分布于第一聚合物膜內(nèi)的雙層管式過(guò)濾膜，圖1-2表示紗纖僅分布于第二聚合物膜內(nèi)的雙層管式過(guò)濾膜，圖1-3表示均有紗纖分布于第一聚合物膜內(nèi)和第二聚合物膜內(nèi)的雙層管式過(guò)濾膜；
圖中，I為第一聚合物膜，2為第二聚合物膜，3為紗纖。圖2為本發(fā)明的噴絲頭出料口的剖面圖
其中，圖2-1表示紗纖僅穿過(guò)噴絲頭第一聚合物膜的鑄膜液流道，圖2-2表示紗纖僅穿過(guò)噴絲頭第二聚合物膜的鑄膜液流道，圖2-3表示均有紗纖穿過(guò)噴絲頭第一聚合物膜的鑄膜液流道和第二聚合物膜的鑄膜液流道；
圖中，A為芯液流道、B為第一聚合物膜的鑄膜液流道、C為第二聚合物膜的鑄膜液流道，3為紗纖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜斷面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該管式過(guò)濾膜為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為第一聚合物膜，外層為第二聚合物膜，并且該管式過(guò)濾膜分布有用于增強(qiáng)的紗纖，所述的管式過(guò)濾膜的外徑為O. 8 5. Omm,內(nèi)徑為O. 4 3. 0mm。根據(jù)紗纖內(nèi)置位置的不同，該管式過(guò)濾膜具有3種結(jié)構(gòu)，即紗纖僅分布于第一聚合物膜內(nèi)(圖1-1)，紗纖僅分布于第二聚合物膜內(nèi)(圖1-2)，均有紗纖分布于第一聚合物膜內(nèi)和第二聚合物膜內(nèi)(圖1_3)。其中，所述的第一聚合物膜和第二聚合物膜的聚合物材料為同種聚合物或不同種聚合物。作為優(yōu)選，所述的聚合物材料選自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、醋酸纖維素(CA)中的任意一種；
作為優(yōu)選，所述的紗纖對(duì)稱分布于第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)。更優(yōu)選地，所述的紗纖數(shù)量為3 12根。作為優(yōu)選，所述的紗纖材料選自纖維素、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、碳纖維、玻璃纖維中的任意一種或二種以上的混紡紗纖，分布在第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)的紗纖可相同或不同；所述的紗是指將短纖維拉長(zhǎng)加捻后形成的長(zhǎng)的紗線，短纖維材料不同時(shí)為混紡紗，短纖維材料相同時(shí)為純紗；所述的纖是指由多根長(zhǎng)纖維并攏后形成的長(zhǎng)的絲線，長(zhǎng)纖維材料不同時(shí)為混紡纖，長(zhǎng)纖維材料相同時(shí)為純纖。本發(fā)明所述的紗纖，包括紗和纖，具體包括混紡紗、純紗、混紡纖、純纖。所述的純紗纖包含但不限于純的纖維素紗纖(包括纖維素紗、纖維素纖)、聚酯紗纖(包括聚酯紗、聚酯纖)、聚酰胺紗纖(包括聚酰胺紗、聚酰胺纖)、聚乙烯醇紗纖(包括聚乙烯醇紗、聚乙烯醇纖)、聚丙烯紗纖(包括聚丙烯紗、聚丙烯纖)、聚丙烯腈紗纖(包括聚丙烯腈紗、聚丙烯腈纖)、聚氯乙烯紗纖(包括聚氯乙烯紗、聚氯乙烯纖)、碳纖維紗纖(包括碳纖維紗、碳纖維纖)、玻璃纖維紗纖(包括玻璃纖維紗、玻璃纖維纖)等；所述的混紡紗纖包含但不限于滌棉混紡紗纖(纖維素和聚酯混紡)、錦棉混紡紗纖(聚酰胺和纖維素混紡)、滌腈混紡紗纖(聚酯和聚丙烯腈混紡)坐寸O本發(fā)明制備紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜的具體實(shí)施方式
如下
(I)配制第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液將聚合物材料、改性劑、成孔劑和溶劑共混，脫泡靜置待用。其中，兩種鑄膜液的配方和配制條件可相同或不同。作為優(yōu)選，聚合物材料選自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、醋酸纖維素(CA)中的任意一種，其質(zhì)量百分含量為8 30% ;改性劑選自分子量為IXlO4 IXlO6聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、二氧化硅(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)中的任意一種或多種，其質(zhì)量百分含量為O. 5 6% ;成孔劑選自水(H2O)、乙醇、甘油、乙二醇、分子量為400 1000的聚乙二醇(PEG)中的任意一種或多種，其質(zhì)量百分含量為O. 5 8% ;溶劑選自N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)、N, N- 二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞砜(DMSO)中的任意一種，其質(zhì)量百分含量為56 91%。(2)雙層共擠出一體化成膜采用從內(nèi)向外依次為芯液流道(A)、第一聚合物膜的鑄膜液流道(B)、第二聚合物膜的鑄膜液流道(C)的三流道結(jié)構(gòu)噴絲頭，噴絲頭出料口剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示，紗纖平行排列穿過(guò)噴絲頭的鑄膜液流道內(nèi)，將第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液分別注入噴絲頭中的第一聚合物膜的鑄膜液流道和第二聚合物膜的鑄膜液流道，用于增強(qiáng)的紗纖平行排列穿過(guò)鑄膜液流道內(nèi)，在芯液和凝固浴的共同作用下，雙層同步共擠出，通過(guò)凝固浴，再上卷收集成紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜。在制備過(guò)程中，紗纖可僅穿過(guò)噴絲頭第一聚合物膜的鑄膜液流道(圖2-1)，紗纖可僅穿過(guò)噴絲頭第二聚合物膜的鑄膜液流道(圖2-2)，均有紗纖穿過(guò)噴絲頭第一聚合物膜的鑄膜液流道和第二聚合物膜的鑄膜液流道(圖2-3)，可分別制得圖1-1、圖1-2、圖1-3所表示的雙層管式過(guò)濾膜。作為優(yōu)選，所述的紗纖對(duì)稱分布于第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)，優(yōu)選的數(shù)量為3 12根。紗纖材料選自纖維素、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、碳纖維、玻璃纖維中的任意一種或二種以上的混紡紗纖，分布在第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)的紗纖可相同或不同。所述的芯液為水或水/溶劑混合液，溫度為20 60°C，混合液中溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的任意一種，其質(zhì)量百分含量為5 30% ;所述的凝固液為水或水/溶劑混合液，溫度為20 60°C，混合液中溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的任意一種，其質(zhì)量百分含量為5 30%。所述的紗纖與第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液最終同步從噴絲頭共擠出，即鑄膜液的出料速度和紗纖的脫卷速度相一致，為5 30米/分鐘，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的一步法成膜。(3)雙層管式過(guò)濾膜的后處理膜脫卷收集后，置于5 80°C水中浸泡清洗24小時(shí)，然后置于5 80°C甘油/水混合液(甘油含量為I 50wt%)浸泡24小時(shí)，30°C下晾干，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜。紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜的性能測(cè)定膜尺寸和表面/斷面結(jié)構(gòu)通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡SIRION 100測(cè)定(SEM);水通量采用自制的通量測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)定，即測(cè)定25°C，
O.1MPa壓力下單位時(shí)間內(nèi)單位膜面積的內(nèi)壓或外壓純水透過(guò)量；力學(xué)性能通過(guò)電子拉伸機(jī)REGER RWTlO測(cè)定；抗爆破性能通過(guò)膜在水式加壓過(guò)程中破裂時(shí)的壓力來(lái)表征。
以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但所述實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例1
具體步驟
(I)第一聚合物膜的鑄膜液的配制將聚合度為1300的PVC(PVC 1300，12wt%)、分子量為 4 X IO4 的 PVP (PVP K30,1. 2wt%)，PEG400 (4wt%)、H2O (O. 5wt%)、DMAC (82. 3wt%)在 70°C下攪拌24小時(shí)后過(guò)濾，70°C下脫泡靜置待用；第二聚合物膜的鑄膜液的配制將聚合度為1300 的 PVC(PVC 1300，18wt%)、分子量為 4X104 的 PVP (PVP K30，1. 8wt%)，PEG400 (4wt%)、H2O (O. 5wt%)、DMAC(75. 7wt%)在70°C下攪拌24小時(shí)后過(guò)濾，70°C下脫泡靜置待用。(2)雙層共擠出一體化成膜將聚酯纖出根)穿入噴絲頭的第一聚合物膜的鑄膜液流道(B)，沿紡絲線預(yù)先固定于膜絲收集裝置。芯液(40°CH20)、第一聚合物膜的鑄膜液和第二聚合物膜的鑄膜液在壓力作用下分別同時(shí)注入噴絲頭中的芯液流道(A)、第一聚合物膜的鑄膜液流道(B)和第二聚合物膜的鑄膜液流道(C)，然后與聚酯纖共擠出進(jìn)入凝固浴(400C H2O)，紡絲速度為20米/分鐘。(3)雙層管式過(guò)濾膜的后處理膜脫卷收集后，置于40°C水中浸泡清洗24小時(shí)，然后置于40°C甘油/水混合液(甘油含量20wt%)浸泡24小時(shí)，30°C下晾干，即得到紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，然后進(jìn)行性能測(cè)試。制膜的具體參數(shù)如下表格
權(quán)利要求
1.一種紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的管式過(guò)濾膜為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為第一聚合物膜，外層為第二聚合物膜，所述管式過(guò)濾膜內(nèi)分布有用于增強(qiáng)的紗纖，所述管式過(guò)濾膜的外徑為O. 8 5. Omm,內(nèi)徑為O. 4 3. 0mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的第一聚合物膜和第二聚合物膜的聚合物材料為同種聚合物或不同種聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的聚合物材料選自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、醋酸纖維素中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的紗纖僅分布于第一聚合物膜內(nèi)，或僅分布于第二聚合物膜內(nèi)，或分布于第一聚合物膜內(nèi)和第二聚合物膜內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的紗纖對(duì)稱分布于第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的紗纖數(shù)量為3 12根。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，其特征在于所述的紗纖材料選自纖維素、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、碳纖維、玻璃纖維中的任意一種或二種以上的混紡紗纖，分布在第一聚合物膜內(nèi)或第二聚合物膜內(nèi)的紗纖可相同或不同。
8.—種紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)配制第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液，脫泡靜置待用； (2)將第一聚合物膜和第二聚合物膜的鑄膜液分別注入噴絲頭中的第一聚合物膜的鑄膜液流道和第二聚合物膜的鑄膜液流道，用于增強(qiáng)的紗纖平行排列穿過(guò)鑄膜液流道內(nèi)，在芯液和凝固浴的共同作用下，通過(guò)溶液相轉(zhuǎn)化法，雙層同步共擠出成紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜；所述的噴絲頭為三流道結(jié)構(gòu)，從內(nèi)向外依次為芯液流道、第一聚合物膜的鑄膜液流道、第二聚合物膜的鑄膜液流道； (3)共擠出的雙層管式過(guò)濾膜經(jīng)收卷、清洗、晾干后，得到結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜的制備方法，其特征在于所述步驟2)中的紗纖僅穿過(guò)第一聚合物膜的鑄膜液流道，或僅穿過(guò)于第二聚合物膜的鑄膜液流道，或均有紗纖穿過(guò)第一聚合物膜的鑄膜液流道和第二聚合物膜的鑄膜液流道。
10.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜在外壓式過(guò)濾體系或內(nèi)壓式過(guò)濾體系中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紗纖增強(qiáng)雙層管式過(guò)濾膜，該管式過(guò)濾膜為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為第一聚合物膜，外層為第二聚合物膜，并且內(nèi)層或外層內(nèi)含有平行分布的紗纖用于所述管式過(guò)濾膜的力學(xué)增強(qiáng)。本發(fā)明的管式過(guò)濾膜具有良好的軸向力學(xué)性能的同時(shí)，橫向的抗壓、抗爆破性能及膜的安全性亦有明顯的提高，且通過(guò)紗纖的分布位置、膜的雙層結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)整，可得到適合外壓式過(guò)濾或內(nèi)壓式過(guò)濾的綜合性能優(yōu)異的管式過(guò)濾膜。本發(fā)明還公開了該管式過(guò)濾膜的制備方法，采用雙層同步共擠出技術(shù)，可有效地提高膜的生產(chǎn)效率，降低管式過(guò)濾膜的制備成本。
文檔編號(hào)B01D71/06GK103041717SQ20131001288
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者陳良剛, 肖玲, 王俊, 趙斌, 王納川, 陳清 申請(qǐng)人:海南立昇凈水科技實(shí)業(yè)有限公司