專利名稱：帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料，尤其涉及一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
膜分離技術(shù)是利用膜對混合物中各組份的選擇透過性能來分離、提純和濃縮目的產(chǎn)物的新型分離技術(shù)，膜分離過程是一種無相變、低能耗物理分離過程，具有高效、節(jié)能、無污染、操作方便和用途廣等特點(diǎn)，是當(dāng)代公認(rèn)的最先進(jìn)的化工分離技術(shù)之一。膜分離技術(shù)可作為一種清潔生產(chǎn)工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)濃縮、高速離心分離、萃取、離子交換樹脂吸附、生化處理中沉降等工藝，膜分離技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域涉及電力、電子、化工、輕工、醫(yī)藥、生物、食品飲料、市政、環(huán)保等行業(yè)，應(yīng)用范圍廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，是其它任何一種化工分離技術(shù)無法替代的，被國外稱為二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途的十大高新技術(shù)之一。液體分離膜的分類，根據(jù)待分離物質(zhì)的大小，依次可分為微濾、超濾、納濾、反滲透；根據(jù)膜的結(jié)構(gòu)形式，可以分為中空纖維、中空管式、平板、卷式四種結(jié)構(gòu)；根據(jù)膜的材料，可以分為有機(jī)膜、陶瓷膜、金屬膜。其中有機(jī)材料的中空纖維超濾、微濾占全球液體分離膜市場的35%，是最主要的液體分離膜。而聚偏氟乙烯是目前中空纖維超濾、微濾市場的主要有機(jī)材料。目前市場上有兩類產(chǎn)品，一種是不帶任何支撐材料的聚偏氟乙烯，一種是帶支撐材料為中空編織繩的混紡中空纖維膜。前者物理拉升強(qiáng)度差，易斷絲，易損壞，但成本較低；后者物理拉升強(qiáng)度高，不易斷絲，但與聚偏氟乙烯表層容易與編織繩剝落，造成損壞，水通量低，并且成本高昂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有聚偏氟乙烯中空纖維膜技術(shù)的不足，提供一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜及其制備方法。帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜包括聚偏氟乙烯中空纖維膜、單絲支撐纖維，在聚偏氟乙烯中空纖維膜內(nèi)四周均布單絲支撐纖維。帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法的步驟如下
1)將質(zhì)量百分比為60% 80%的二甲基乙酰胺，質(zhì)量百分比為10% 30%的聚偏氟乙烯，質(zhì)量百分比為3% 10%的二甲基吡咯烷酮，質(zhì)量百分比為0. 5% 1. 5%的鈦白粉在反應(yīng)釜中混合發(fā)生聚合反應(yīng)生成鑄膜液；反應(yīng)溫度為70 100度，反應(yīng)壓力為1 3公斤；
2)鑄膜液被壓力為1 3公斤的氣壓擠出反應(yīng)釜，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾和計量泵計量進(jìn)入噴絲頭；
3)同時，單絲支撐纖維進(jìn)入噴絲頭，在噴絲頭與鑄膜液發(fā)生復(fù)合成型，成型溫度為 40 90度；
4)單絲支撐纖維和鑄膜液復(fù)合成型后進(jìn)入凝固液，凝固液溫度為30 70度，在凝固液內(nèi)發(fā)生初步相分離反應(yīng)固化成膜；5)固化成膜后進(jìn)行水浴，進(jìn)一步進(jìn)行相分離反應(yīng)成膜，得到帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜，反應(yīng)時間10分鐘 8小時，水溫為10 50度。所述的單絲支撐纖維的材料為滌綸、氨綸、尼龍6、尼龍66或聚氨酯。所述的單絲支撐纖維直徑為0. 01 2毫米，數(shù)量為1 30根。所述的帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的內(nèi)徑為0. 5 8毫米，外徑為0. 8 10毫米。所述的帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的中空纖維膜的孔徑為0. 01 4微米，拉伸強(qiáng)度為10 lOOMPa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有有益效果
1)物理拉伸強(qiáng)度高由于有作為鋼筋的單絲纖維加強(qiáng)作用，該產(chǎn)品的物理拉伸強(qiáng)度最少可以增加數(shù)倍以上，并且可以增加單絲纖維的數(shù)量來進(jìn)一步增大中空纖維膜的強(qiáng)度。通常3、根單絲纖維縱向拉伸強(qiáng)度已可以達(dá)到IOMPa以上；
2)膜材料不會發(fā)生剝落采用編織繩的混紡中空纖維膜，涂層與編織繩容易分離剝落， 失去過濾功能；而采用本產(chǎn)品，由于單絲纖維與本體材料有一定的相容性，并且完全被聚偏氟乙烯本體材料包裹，不會發(fā)生分離剝落，大大增大的膜的使用壽命；
3)成本低于編織繩的混紡中空纖維膜編織繩的混紡中空纖維膜材料成本中編織繩成本要占一半以上，所以成本比本產(chǎn)品要高一倍以上；
4)裝填密度要比編織繩的混紡中空纖維膜高，減少體積，降低過濾設(shè)備成本。編織繩的混紡中空纖維膜由于受到編織繩的外徑大小限制，往往較粗，外徑一般在2毫米以上，而本產(chǎn)品無此限制，外徑可以做到0. 8毫米，這樣單位體積的膜面積可以增加，減少過濾設(shè)備體積；
5)因為引入的單絲跟膜材料有一定的相溶性，且鑲嵌在膜中的體積小，只占膜材料體積的3-5%，對成膜結(jié)構(gòu)影響很小，因此膜的水通量比中空編織繩結(jié)構(gòu)膜大數(shù)倍以上，與無支撐中空纖維膜相當(dāng)。


圖1是帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明將過濾性能良好，但力學(xué)強(qiáng)度有所欠缺的聚偏氟乙烯材料和具有優(yōu)良的力學(xué)性能的單絲纖維用一定的方法進(jìn)行混合所形成的新型過濾膜。其結(jié)構(gòu)類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，聚偏氟乙烯相當(dāng)于混凝土，單絲纖維加強(qiáng)筋相當(dāng)于鋼筋，形成整體后物理拉伸強(qiáng)度取決于單絲纖維的數(shù)量與強(qiáng)度，聚偏氟乙烯材料起到過濾功能。本發(fā)明解決了無支撐物中空纖維膜物理拉升強(qiáng)度不足，易斷絲的缺點(diǎn)，也解決了以編織繩為支撐體的混紡中空纖維膜表層易剝落，水通量低，制造成本高昂的缺點(diǎn)，不僅物理拉伸強(qiáng)度比無支撐物中空纖維膜增加數(shù)倍以上，而且不會發(fā)生支撐體與膜的剝落，制造成本與不帶支撐體中空纖維相當(dāng)。在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都取得了突破，可取代現(xiàn)有的中空纖維
女口
廣 PFt ο帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜包括聚偏氟乙烯中空纖維膜1、單絲支撐纖維2，在聚偏氟乙烯中空纖維膜1內(nèi)四周均布單絲支撐纖維2。
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帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法的步驟如下
1)將質(zhì)量百分比為60% 80%的二甲基乙酰胺，質(zhì)量百分比為10% 30%的聚偏氟乙烯，質(zhì)量百分比為3% 10%的二甲基吡咯烷酮，質(zhì)量百分比為0. 5% 1. 5%的鈦白粉在反應(yīng)釜中混合發(fā)生聚合反應(yīng)生成鑄膜液；反應(yīng)溫度為70 100度，反應(yīng)壓力為1 3公斤；
2)鑄膜液被壓力為1 3公斤的氣壓擠出反應(yīng)釜，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾和計量泵計量進(jìn)入噴絲頭；
3)同時，單絲支撐纖維2進(jìn)入噴絲頭，在噴絲頭與鑄膜液發(fā)生復(fù)合成型，成型溫度為 40 90度；
4)單絲支撐纖維2和鑄膜液復(fù)合成型后進(jìn)入凝固液，凝固液溫度為30 70度，在凝固液內(nèi)發(fā)生初步相分離反應(yīng)固化成膜；
5)固化成膜后進(jìn)行水浴，進(jìn)一步進(jìn)行相分離反應(yīng)成膜，得到帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜，反應(yīng)時間10分鐘 8小時，水溫為10 50度。所述的單絲支撐纖維2的材料為滌綸、氨綸、尼龍6、尼龍66或聚氨酯。所述的單絲支撐纖維2直徑為0. 01 2毫米，數(shù)量為1 30根。所述的帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的內(nèi)徑為0. 5 8毫米，外徑為0. 8 10毫米。所述的帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的中空纖維膜的孔徑為0. 01 4微米，拉伸強(qiáng)度為10 lOOMPa。實施例1
1)將質(zhì)量百分比為60%%的二甲基乙酰胺，質(zhì)量百分比為10%的聚偏氟乙烯，質(zhì)量百分比為3%的二甲基吡咯烷酮，質(zhì)量百分比為0. 5%的鈦白粉在反應(yīng)釜中混合發(fā)生聚合反應(yīng)生成鑄膜液；反應(yīng)溫度為70度，反應(yīng)壓力為1公斤；
2)鑄膜液被壓力為1公斤的氣壓擠出反應(yīng)釜，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾和計量泵計量進(jìn)入噴絲
頭；
3)同時，單絲支撐纖維2進(jìn)入噴絲頭，在噴絲頭與鑄膜液發(fā)生復(fù)合成型，成型溫度為40
度；
4)單絲支撐纖維2和鑄膜液復(fù)合成型后進(jìn)入凝固液，凝固液溫度為30度，在凝固液內(nèi)發(fā)生初步相分離反應(yīng)固化成膜；
5)固化成膜后進(jìn)行水浴，進(jìn)一步進(jìn)行相分離反應(yīng)成膜，得到帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜，反應(yīng)時間10分鐘，水溫為10度。實施例2
1)將質(zhì)量百分比為80%的二甲基乙酰胺，質(zhì)量百分比為30%的聚偏氟乙烯，質(zhì)量百分比為10%的二甲基吡咯烷酮，質(zhì)量百分比為1. 5%的鈦白粉在反應(yīng)釜中混合發(fā)生聚合反應(yīng)生成鑄膜液；反應(yīng)溫度為100度，反應(yīng)壓力為3公斤；
2)鑄膜液被壓力為3公斤的氣壓擠出反應(yīng)釜，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾和計量泵計量進(jìn)入噴絲
頭；
3)同時，單絲支撐纖維2進(jìn)入噴絲頭，在噴絲頭與鑄膜液發(fā)生復(fù)合成型，成型溫度為90
度；
4)單絲支撐纖維2和鑄膜液復(fù)合成型后進(jìn)入凝固液，凝固液溫度為70度，在凝固液內(nèi)發(fā)生初步相分離反應(yīng)固化成膜；
5)固化成膜后進(jìn)行水浴，進(jìn)一步進(jìn)行相分離反應(yīng)成膜，得到帶單絲支撐材料的聚偏氟
5乙烯中空纖維膜，反應(yīng)時間8小時，水溫為50度。實施例3
1)將質(zhì)量百分比為70%的二甲基乙酰胺，質(zhì)量百分比為20%的聚偏氟乙烯，質(zhì)量百分比為6%的二甲基吡咯烷酮，質(zhì)量百分比為1%的鈦白粉在反應(yīng)釜中混合發(fā)生聚合反應(yīng)生成鑄膜液；反應(yīng)溫度為80度，反應(yīng)壓力為2公斤；
2)鑄膜液被壓力為2公斤的氣壓擠出反應(yīng)釜，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾和計量泵計量進(jìn)入噴絲
頭；
3)同時，單絲支撐纖維2進(jìn)入噴絲頭，在噴絲頭與鑄膜液發(fā)生復(fù)合成型，成型溫度為60
度；
4)單絲支撐纖維2和鑄膜液復(fù)合成型后進(jìn)入凝固液，凝固液溫度為50度，在凝固液內(nèi)發(fā)生初步相分離反應(yīng)固化成膜；
5)固化成膜后進(jìn)行水浴，進(jìn)一步進(jìn)行相分離反應(yīng)成膜，得到帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜，反應(yīng)時間2小時，水溫為30度。下表為具體的實測數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜，其特征在于包括聚偏氟乙烯中空纖維膜(1)、單絲支撐纖維(2)，在聚偏氟乙烯中空纖維膜(1)內(nèi)四周均布單絲支撐纖維(2)。
2.一種如權(quán)利要求1所述帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法，其特征在于它的步驟如下1)將質(zhì)量百分比為60% 80%的二甲基乙酰胺，質(zhì)量百分比為10% 30%的聚偏氟乙烯，質(zhì)量百分比為3% 10%的二甲基吡咯烷酮，質(zhì)量百分比為0. 5% 1. 5%的鈦白粉在反應(yīng)釜中混合發(fā)生聚合反應(yīng)生成鑄膜液；反應(yīng)溫度為70 100度，反應(yīng)壓力為1 3公斤；2)鑄膜液被壓力為1 3公斤的氣壓擠出反應(yīng)釜，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾和計量泵計量進(jìn)入噴絲頭；3)同時，單絲支撐纖維(2)進(jìn)入噴絲頭，在噴絲頭與鑄膜液發(fā)生復(fù)合成型，成型溫度為 40 90度；4)單絲支撐纖維(2)和鑄膜液復(fù)合成型后進(jìn)入凝固液，凝固液溫度為30 70度，在凝固液內(nèi)發(fā)生初步相分離反應(yīng)固化成膜；5)固化成膜后進(jìn)行水浴，進(jìn)一步進(jìn)行相分離反應(yīng)成膜，得到帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜，反應(yīng)時間為10分鐘 8小時，水溫為10 50度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法， 其特征在于所述的單絲支撐纖維(2)的材料為滌綸、氨綸、尼龍6、尼龍66或聚氨酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法， 其特征在于所述的單絲支撐纖維(2)直徑為0. 01 2毫米，數(shù)量為1 30根。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法， 其特征在于所述的帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的內(nèi)徑為0. 5 8毫米，外徑為0. 8 10毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的制備方法，其特征在于所述的帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜的中空纖維膜的孔徑為 0. 01 4微米，拉伸強(qiáng)度為10 IOOMPa0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜及其制備方法。它的步驟如下1)將二甲基乙酰胺，聚偏氟乙烯，二甲基吡咯烷酮，鈦白粉在反應(yīng)釜中混合發(fā)生聚合反應(yīng)生成鑄膜液；2)鑄膜液被氣壓擠出反應(yīng)釜，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾和計量泵計量進(jìn)入噴絲頭；3)同時，單絲支撐纖維進(jìn)入噴絲頭，在噴絲頭與鑄膜液發(fā)生復(fù)合成型；4)單絲支撐纖維和鑄膜液復(fù)合成型后進(jìn)入凝固液，在凝固液內(nèi)發(fā)生初步相分離反應(yīng)固化成膜；5)固化成膜后進(jìn)行水浴，進(jìn)一步進(jìn)行相分離反應(yīng)成膜，得到帶單絲支撐材料的聚偏氟乙烯中空纖維膜。本發(fā)明解決了以編織繩為支撐體的混紡中空纖維膜表層易剝落，水通量低，制造成本高昂的缺點(diǎn)，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文檔編號B01D71/34GK102188911SQ20111011919
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者包進(jìn)鋒, 張星星, 李蕓芳, 王樹源, 趙輝 申請人:浙江開創(chuàng)環(huán)?？萍加邢薰?br>