非編織的增強中空纖維膜的制作方法
【專利說明】非編織的増強中空纖維膜
[0001] 本申請為2011年9月26日進入中國國家階段的PCT專利申請"非編織的增強中 空纖維膜"（【申請?zhí)枴?01080015946. 5,申請人：BL科技公司）的分案申請。
[0002] 對于美國，本申請根據(jù)美國法典第35條119(e)款要求在2009年3月26日提交 的美國臨時申請?zhí)?1/163, 654的權(quán)益，該申請的內(nèi)容通過此引用整體地結(jié)合于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本說明書涉及增強的中空纖維膜、用于中空纖維膜的增強結(jié)構(gòu)以及制造中空纖維 膜和用于它們的增強結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 以下并非承認下述任何內(nèi)容可引用為現(xiàn)有技術(shù)或公知常識的一部分。
[0005] 呈小型毛細管或中空纖維形式的聚合物分離膜可通過可歸類為NIPS (非溶劑誘 導(dǎo)相分離）或TIPS (熱誘導(dǎo)相分離）的不同方法從各種聚合物制成。膜可在外側(cè)上具有分 離層并且可例如用于微細過濾（MF)或超細過濾（UF)。
[0006] 最簡單的方法是從提供機械特性（抗拉強度、抗爆炸或抗擠壓強度和開裂疲勞強 度）、分離特性（排斥性和滲透性）和化學(xué)特性（對原料中的化學(xué)品或?qū)η鍧崉┑哪褪芰Γ?的單一材料制造中空纖維。復(fù)合膜是在許多其中不能獲得適當(dāng)折衷的情形下制備的。在復(fù) 合膜中，微多孔支撐結(jié)構(gòu)被涂覆有分離層。
[0007] 復(fù)合中空纖維膜的一種特殊情況是其中中空織物編織套筒被涂覆或浸漬有聚合 物膜。編織件提供了 MF/UF應(yīng)用中所需的強度和柔韌性，MF/UF應(yīng)用諸如水懸浮液的過濾， 其中需要連續(xù)或間歇攪動（使用空氣或以其它方式）中空纖維以防止固體在膜表面上結(jié)垢 或積聚。 現(xiàn)有技術(shù)中存在編織件支撐的過濾膜的若干實例。這些實例包括：授予Hayano等人 的美國專利4, 061，861，其中將聚合物浸漬到中空編織件中以防止當(dāng)在高溫下操作時收縮； 授予Mahendran等人的美國專利5, 472, 607和美國專利6, 354, 444 ;授予Lee等人的美國 專利7, 267, 872,其中將膜涂覆在編織件的外表面上并限制滲透；以及授予Shinada等人的 美國專利7, 306, 105,其中編織件被涂覆有兩個不同的多孔層。
[0008] 編織件支撐的中空纖維膜通常按以下方式制備。在編織機上織造編織件，將其卷 繞在繞線筒上，并且轉(zhuǎn)移到紡絲線，此處編織件被用聚合物溶液涂覆或浸漬。使用相對厚壁 的編織件以便使最終的中空纖維膜的形狀呈圓形。這是必要的，因為編織件必須穩(wěn)定呈圓 形，即，防止通過卷繞和退繞而壓平，并且當(dāng)插入涂覆噴絲頭時必須呈圓形。
[0009] 因此，穩(wěn)定呈圓形的編織件常形成有厚壁并具有兩個主要缺點。第一，內(nèi)、外徑的 比率小，典型地小于0. 6。內(nèi)、外徑的比率是決定進行穿過膜的內(nèi)腔的滲透的壓力損失的標 準化參數(shù)。因此，厚壁中的高內(nèi)腔壓力降限制了可裝入模塊中的中空纖維的長度。第二，穩(wěn) 定呈圓形的編織件由大量編織承載體制成。每個承載體都從不同的繞線筒供應(yīng)并且繞線筒 必須在編織機器中交叉路徑。每此承載體彼此交叉，繞線筒必須從停止位置開始加速和減 速并回到停止位置。這是很緩慢的操作。小直徑編織件（小于2mm)通常以小于0.5m/min 的速度制造。相反，編織件涂覆/浸漬操作典型地以大于15m/min的速度完成得快得多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 以下旨在為讀者介紹接下來的詳細說明并且并非限制或限定權(quán)利要求。
[0011] 一種用于中空纖維膜的增強結(jié)構(gòu)由多根增強細絲形成。增強細絲可包括縱向延伸 的細絲，其可稱為經(jīng)編細絲，以及在經(jīng)編細絲之間傾斜地延伸的一根或更多根細絲，其可稱 為"纏繞"細絲。在一種結(jié)構(gòu)中，纏繞細絲設(shè)置成經(jīng)編細絲周圍的連續(xù)螺旋。在另一種結(jié)構(gòu) 中，多根不連續(xù)的纏繞細絲節(jié)段共同在每一對相鄰的經(jīng)編細絲之間延伸，盡管單獨的節(jié)段 可能不在增強結(jié)構(gòu)周圍完整地延伸。在另一種結(jié)構(gòu)中，一根連續(xù)的纏繞細絲沿著增強結(jié)構(gòu) 的長度延伸并且還在兩根或更多根經(jīng)編細絲之間來回延伸。
[0012] 增強細絲并非交織或編織在一起，但它們可在它們之間的一個或更多個或多個接 觸點處粘合在一起。該粘合可以借助于加熱、用溶劑軟化或UV活化。該粘合可以在膜形成 在增強結(jié)構(gòu)周圍之前發(fā)生。備選地，可以借助于軟化增強細絲或增強細絲的外層的膜紡絲 液（dope)中的溶劑而在膜形成在增強結(jié)構(gòu)周圍的同時粘合增強結(jié)構(gòu)。 增強細絲可為單絲或諸如紗線的多絲。增強細絲可由聚合物制成并具有對粘合方法更 好地做出反應(yīng)的另一種聚合物的外層。例如，增強細絲可具有可溶于膜形成紡絲液中的溶 劑中的聚合物的外層。
[0013] 中空纖維膜具有嵌埋在膜壁內(nèi)的增強結(jié)構(gòu)。該膜可具有0. 6或更大的ID/0D比率。 該膜可具有在約〇· 5mm到2. Omm的范圍內(nèi)的內(nèi)徑。
[0014] 增強結(jié)構(gòu)可在使該結(jié)構(gòu)的形成部分沿著針或線前移的同時形成在針或線上。增強 結(jié)構(gòu)的形成部分可在使增強結(jié)構(gòu)移動經(jīng)過針或線的末端之前或緊接著其后直接前移到紡 絲液涂覆噴絲頭中，而不是首先將增強結(jié)構(gòu)卷繞到繞線筒或卷軸上。聚合物紡絲液可噴射 到紡絲液涂覆噴絲頭中使得增強結(jié)構(gòu)和膜的形成以相同速度依次發(fā)生。當(dāng)增強結(jié)構(gòu)沿著針 或線或在紡絲液涂覆噴絲頭中移動時，一根或更多根細絲可粘合在一起。
【附圖說明】
[0015] 圖1是中空纖維膜的截面圖，示出了具有單組纏繞細絲的增強結(jié)構(gòu)。
[0016] 圖2是具有經(jīng)編細絲和兩組螺旋纏繞細絲的籠狀增強結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0017] 圖3是用于使用預(yù)先存在的纏繞細絲制造非編織的增強中空纖維膜的機器的以 立面圖示出的示意性圖示。
[0018] 圖4是用于通過現(xiàn)場細絲形成制造非編織的增強中空纖維膜的機器的以立面圖 示出的示意性圖示。
[0019] 圖5A和5B分別是用于制造 Z字形纏繞細絲的現(xiàn)場細絲形成裝置的立面圖和平面 圖。
[0020] 圖6A和6B分別是用于制造不連續(xù)的纏繞細絲的現(xiàn)場細絲形成裝置的立面圖和底 部平面圖。
[0021] 圖7是其中膜壁的一部分被切掉以顯示具有Z字形纏繞細絲的增強結(jié)構(gòu)的增強中 空纖維膜的側(cè)視圖。
[0022] 圖8是其中膜壁的一部分被切掉以顯示具有不連續(xù)的纏繞細絲的增強結(jié)構(gòu)的增 強中空纖維膜的另一側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0023] 在以下結(jié)構(gòu)的不同方法的說明中，中空纖維的縱向軸線是豎直的并且增強結(jié)構(gòu)在 其向下移動時形成。
[0024] 以下描述了具有嵌埋在中空纖維的壁中、優(yōu)選包埋在其內(nèi)的一體的增強織物細絲 的增強中空纖維。增強細絲可為單絲或多絲，例如紗線，或多成分多絲。增強細絲i)沿縱 向或豎直方向延伸，優(yōu)選大致連續(xù)地延伸（本文稱為經(jīng)編細絲）并且ii)以連續(xù)、Z字形或 不連續(xù)的方式沿著圓周延伸（本文稱為纏繞細絲）。多個Z字形和不連續(xù)的纏繞細絲共同 包圍經(jīng)編細絲，盡管單獨的Z字形或不連續(xù)的細絲可能不在增強結(jié)構(gòu)的圓周周圍完整地延 伸。增強細絲并非交織或編織在一起，然而，它們可在它們彼此交叉處的接觸點彼此附接或 熔合。 細絲形成籠狀增強結(jié)構(gòu)，可在該籠狀增強結(jié)構(gòu)中在增強結(jié)構(gòu)形成不久之后完成紡絲液 浸漬的連續(xù)操作中用膜紡絲液浸漬，其中紡絲液浸漬和增強結(jié)構(gòu)形成過程兩者同時并以相 同速度操作。
[0025] 增強中空纖維優(yōu)選地具有薄壁，且內(nèi)徑與外徑的比率大于0. 60。中空纖維的內(nèi)徑 可在0. 5到2mm之間，優(yōu)選在0. 8到I. 5mm之間。
[0026] 圖1中示出了具有增強結(jié)構(gòu)12的增強中空纖維膜10的截面。兩種織