專利名稱：增強型中空纖維復(fù)合膜及其制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種復(fù)合膜及其制備裝置，特別是涉及一種增強型中空纖維復(fù)合膜及 其制備裝置。
背景技術(shù)：
作為高效和經(jīng)濟的分離技術(shù)，膜技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于化工、電力、半導(dǎo)體、石化等工 業(yè)進行物質(zhì)與水的分離、濃縮和純化。特別是近年來，膜技術(shù)越來越多地用于污水的處理 與再生利用。隨著應(yīng)用面的擴大，對膜性能的要求也隨著提高，不僅要求膜的分離性能， 還要求膜的耐腐蝕性、耐污染性和強度。常用的膜材料有醋酸纖維素、聚砜、聚醚砜、聚 醚醚酮、聚砜酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等。其中，聚 偏氟乙烯膜因耐腐蝕性較強，比較適用于污水處理。但是聚偏氟乙烯是疏水性材料，水通 量較低；另一方面聚偏氟乙烯強度不太高，不能滿足在污水處理工程中的大規(guī)模應(yīng)用。通 常的做法是單純地改善聚偏氟乙烯膜的親水性，或者單純地增加膜的強度。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種可以同時滿足親水性和高強度的增強型中空纖維復(fù)合膜 及其制備裝置。
一種增強型中空纖維復(fù)合膜，包括增強型中空纖維和位于其內(nèi)的空腔，在所述增強型 中空纖維外依次包覆有耐腐蝕性層和親水性耐污染層。
本實用新型增強型中空纖維復(fù)合膜，所述增強型中空纖維為中空編織繩或管狀編織物， 其由聚酯、聚酰胺、聚乙烯或聚丙烯制成。
本實用新型增強型中空纖維復(fù)合膜，所述耐腐蝕性層由聚偏氟乙烯(PVDF)、溶劑和 添加劑制成。
本實用新型增強型中空纖維復(fù)合膜，所述親水性耐污染層由磺化聚醚醚酮與聚偏氟乙 烯的共混物和溶劑制成。
本實用新型增強型中空纖維復(fù)合膜，所述耐腐蝕層在所述增強型中空纖維外覆蓋的厚 度是0.1-0.4毫米，所述親水性耐污染層在耐腐蝕層外覆蓋的厚度是0.05-0.2毫米。
一種用于制備所述的增強型中空纖維復(fù)合膜的裝置，包括連接有第一氮氣壓力瓶的第一膜液罐和連接有第二氮氣壓力瓶的第二膜液罐，所述第一膜液罐和第二膜液罐均連接于 噴絲板上，在所述噴絲板上方設(shè)置有纖維固定輪，所述噴絲板包括圓形的噴絲頭，所述噴 絲頭具有從內(nèi)向外依次分布的中心孔、第一環(huán)形孔和第二環(huán)形孔，在所述噴絲板下方設(shè)置 有凝膠槽，在所述凝膠槽內(nèi)和邊緣處設(shè)置有導(dǎo)輪,所述凝膠槽后設(shè)置有繞絲輪。
在使用時，增強型中空纖維在牽引力的作用下通過噴絲板，同時在纖維的外側(cè)覆蓋兩 層制膜液，第一層制膜液直接覆蓋在纖維上，第二層制膜液涂敷在第一層制膜液的外側(cè)， 一次成型，第一層制膜液含有耐腐蝕性的聚合物材料，第二層制膜液含有親水性的聚合物 材料。這樣，所制成的增強型中空纖維包含三層內(nèi)層是增強型中空纖維，中間層是耐腐 蝕性層，最外層是親水性的耐污染層。
第一層制膜液中含有耐腐蝕性的膜材料，如聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等，其中優(yōu)選 聚偏氟乙烯；還含有溶劑和添加劑，每個成分的重量百分?jǐn)?shù)分別為15_25%的膜材料聚偏
氟乙烯(PVDF) ,70—84%的溶劑和1—5%的添加劑。其中溶劑可以是N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)， N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，或N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)。添加劑可以是 聚乙烯吡咯焼酮(PVP)或聚乙二醇(PEG)。
第二層制膜液中含有親水性的聚合物材料，如磺化聚醚醚酮與聚砜、聚醚砜或聚偏氟 乙烯的共混物；其中優(yōu)選磺化聚醚醚酮與聚偏氟乙烯的共混物。在配制第二層制膜液時， 也需要加入溶劑，例如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)， N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)或N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)。在第二層制膜液，各成分的組成分別為磺化聚醚醚酮與聚偏氟 乙烯共混物的重量百分?jǐn)?shù)為10—20%，溶劑的重量百分?jǐn)?shù)為80—90%。在共混物中，磺化
聚醚醚酮與聚偏氟乙烯的重量比是l: 9一3: 7。
本實用新型制備的增強型中空纖維復(fù)合膜，可以用于制備成超濾膜或微濾膜。該中空 纖維復(fù)合膜的特征在于增強纖維保證了膜的高強度，而外覆的第一層耐腐蝕層提供了膜的 耐腐蝕性，第二層親水性耐污染層則賦予了膜的親水性，使得此增強型中空纖維復(fù)合膜可 以同時滿足親水性和高強度。
圖1為本實用新型增強型中空纖維復(fù)合膜的斷面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型增強型中空纖維復(fù)合膜的制備裝置示意圖3為噴絲頭的細(xì)節(jié)放大圖其中圖3a為其縱剖面示意圖；圖3b為其橫斷面示意圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型進行進一步闡述實施例1:
如圖1所示，本實用新型的增強型中空纖維復(fù)合膜，包括增強型中空纖維22和位于其
內(nèi)的空腔21，在增強型中空纖維22外依次包覆有耐腐蝕性層23和親水性耐污染層24。其 中增強型中空纖維22選用聚酰胺纖維制成的中空編織繩，該中空編織繩是由650分特的72 根單絲組成，內(nèi)徑為0.8毫米，外徑為1.6毫米。其中耐腐蝕性層23由重量百分?jǐn)?shù)為16% 的聚偏氟乙烯，9%的聚乙烯吡咯烷酮和75%的二甲基甲酰胺制成制膜液，然后凝膠固化而 成。其中親水性耐污染層24由重量百分?jǐn)?shù)為3%的磺化聚醚醚酮，12%的聚偏氟乙烯和85 %的二甲基甲酰胺制成制膜液，然后凝膠固化而成。凝膠槽中的凝膠液體為3(TC的水。制 成的增強型中空纖維復(fù)合膜的外徑是2. 2毫米，第一層膜的厚度是0. 2毫米，第二層膜的 厚度是0. 1毫米。平均孔徑是0. 08毫米，在2CTC和1巴壓力下的純水通量是520升/米2. 小時。拉伸強度為125牛頓。
此增強型中空纖維復(fù)合膜的制備裝置，可以為下述結(jié)構(gòu)(見圖2):包括連接有第一氮 氣壓力瓶1的第一膜液罐3和連接有第二氮氣壓力瓶2的第二膜液罐4，第一膜液罐3和第 二膜液罐4均連接于噴絲板6上，在噴絲板6上方設(shè)置有纖維固定輪5，噴絲板6包括圓形 的噴絲頭，噴絲頭具有從內(nèi)向外依次分布的中心孔10、第一環(huán)形孔11和第二環(huán)形孔12 (見 圖3a和圖3b),在噴絲板6下方設(shè)置有凝膠槽8，在凝膠槽8內(nèi)和邊緣處設(shè)置有導(dǎo)輪7， 7'， 7〃，凝膠槽8后設(shè)置有繞絲輪9。
耐腐蝕性層的制膜液裝在第一膜液罐3中，親水性耐污染層的制膜液裝在第二膜液罐4中。
增強型中空纖維首先纏繞在纖維固定輪5上，然后經(jīng)噴絲板6的噴絲頭的中心孔10穿 過噴絲頭，同時耐腐蝕性層的制膜液在氮氣的壓力下經(jīng)噴絲頭的第一環(huán)形孔ll擠出，涂敷 在纖維上，形成第一層耐腐蝕性層。親水性耐污染層的制膜液在氮氣的壓力下經(jīng)噴絲頭的 第二環(huán)形孔12擠出，涂敷在第一層上，形成第二層親水性耐污染層。涂敷后的增強纖維經(jīng) 導(dǎo)輪進入凝膠槽8中，固化成型，形成增強型中空纖維復(fù)合膜，然后巻繞在繞絲輪9上。
實施例2 (對比實驗)
耐腐蝕性層制膜液、親水性耐污染層制膜液和凝膠液體的組成與實施例l相同，但是 不用增強纖維。紡制出的中空纖維復(fù)合膜的內(nèi)徑為1.6毫米，外徑為2.2毫米。但是拉伸強 度只有4牛頓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實施例l，強度不夠。實施例3 (對比實驗)
不用親水性耐污染層制膜液，其余條件與實施例l相同。紡制出的中空纖維復(fù)合膜的
內(nèi)徑為1.6毫米，外徑為2.2毫米。拉伸強度為125牛頓，但是在2(TC和1巴壓力下的純水 通量只有410升/米2.小時，低于實施例l，親水性差。
以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進 行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種增強型中空纖維復(fù)合膜，其特征在于包括增強型中空纖維(22)和位于其內(nèi)的空腔(21)，在所述增強型中空纖維(22)外依次包覆有耐腐蝕性層(23)和親水性耐污染層(24)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的增強型中空纖維復(fù)合膜，其特征在于所述增強型中空纖維(22) 為中空編織繩或管狀編織物，其由聚酯、聚酰胺、聚乙烯或聚丙烯制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強型中空纖維復(fù)合膜，其特征在于所述耐腐蝕層(23)在所 述增強型中空纖維(22)外覆蓋的厚度是0.1-0.4毫米，所述親水性耐污染層(24)在耐腐 蝕層(23)外覆蓋的厚度是0.05-0.2毫米。
4. 一種用于制備權(quán)利要求l-3任一項所述的增強型中空纖維復(fù)合膜的裝置，其特征在于 包括連接有第一氮氣壓力瓶(1)的第一膜液罐(3)和連接有第二氮氣壓力瓶(2)的第二 膜液罐(4)，所述第一膜液罐(3)和第二膜液罐(4)均連接于噴絲板(6)上，在所述噴 絲板(6)上方設(shè)置有纖維固定輪(5)，所述噴絲板(6)包括圓形的噴絲頭，所述噴絲頭 具有從內(nèi)向外依次分布的中心孔(10)、第一環(huán)形孔(11)和第二環(huán)形孔(12)，在所述噴 絲板(6)下方設(shè)置有凝膠槽(8)，在所述凝膠槽(8)內(nèi)和邊緣處設(shè)置有導(dǎo)輪(7， 7' ， 7"), 所述凝膠槽(8)后設(shè)置有繞絲輪(9);所述第一膜液罐(3)中裝有耐腐蝕層的制膜液， 第二膜液罐(4)中裝有親水性耐污染層的制膜液，其在氮氣的壓力下分別通過所述噴絲頭 的第一環(huán)形孔(11)或第二環(huán)形孔(12)擠出后涂敷在增強型中空纖維(22)上，分別形 成耐腐蝕層(23)和親水性耐污染層(24)。
專利摘要一種增強型中空纖維復(fù)合膜，包括增強型中空纖維和位于其內(nèi)的空腔，在所述增強型中空纖維外依次包覆有耐腐蝕性層和親水性耐污染層。本實用新型制備的增強型中空纖維復(fù)合膜，可以用于制備成超濾膜或微濾膜。該中空纖維復(fù)合膜的特征在于增強纖維保證了膜的高強度，而外覆的第一層耐腐蝕層提供了膜的耐腐蝕性，第二層親水性耐污染層則賦予了膜的親水性，使得此增強型中空纖維復(fù)合膜可以同時滿足親水性和高強度。
文檔編號B32B33/00GK201220153SQ200820108190
公開日2009年4月15日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者柳光周, 滕衛(wèi)潔 申請人:柳光周