[发明专利]多孔多层中空纤维、过滤模块和多孔多层中空纤维的制造方法

说明书

本发明申请是基于申请日为2003年10月23日，申请号为200310124868.4，发明名称为：“多孔多层中空纤维、过滤模块和多孔多层中空纤维的制造方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及多孔多层中空纤维(porous multilayered hollow fibers)和含有多孔多层中空纤维的过滤模块(filtration module)，以及制造多孔多层中空纤维的方法。特别地，本发明涉及多孔多层中空纤维过滤性能的改进，该纤维由多孔管如聚四氟乙烯构成，用于环境保护、药学和食品领域中固液分离处理的过滤设备。

背景技术

除优异的耐化学品性、耐热性、耐侯性、阻燃性等以外，由聚四氟乙烯制成的多孔材料具有如非粘性和低摩擦系数的特性。同样，由于它们的多孔结构，它们不仅仅具有优异的渗透性和柔韧性，而且在细粒(fine particles)的捕捉和过滤中显示优异的性能。因此，在过去，由聚四氟乙烯制成的材料广泛用于如精细化学药物的过滤和排水加工的过滤器的领域。

更特别地，由于多孔聚四氟乙烯材料具有微观纤维性纹理，其中原纤维以三维网络的形式互连使得存在许多由纤维性骨架围绕的孔，其中骨架由节点和原纤维构成，所以它们成形为管状或片形式，用于各种过滤器、除氧器膜、防水膜等。同样，可以通过将多个由这种多孔聚四氟乙烯制造的管聚集成模块化形式，而制备用于固液分离处理的过滤模块。

已经提出各种建议用于实现在这样的过滤模块中使用的多孔聚四氟乙烯过滤材料的高过滤性能。

例如，日本专利申请公开H4-75044B公开了管状过滤器，其中尝试由聚四氟乙烯制成的连续多孔膜达到过滤性能，并通过在由聚四氟乙烯制成的连续多孔管外表面上卷绕-覆盖膜而改进管强度。此外，提出了其中多孔膜具有除去0.1μm或更大的微小粒子的过滤性能的管形过滤器。

日本实用新型申请公开H4-3607提出了管状过滤器，该过滤器从它的内侧向外侧过滤流体，由多孔聚四氟乙烯管、孔度小于管的多孔聚四氟乙烯膜和聚四氟乙烯纱线的增强编织层构成。将膜螺旋卷绕，在轴向延伸过管子的外表面，并且在由这样的卷绕膜制成的层的外表面上提供增强编织层。

另外，在日本专利No.3221095中，本申请人提出了多孔多层中空纤维，其中通过热熔粘合将可渗透流体的片如多孔聚四氟乙烯片固定在多孔聚四氟乙烯管的内表面上。

在日本专利申请公开H4-75044B中公开的管形过滤器的缺点在于尽管过滤器具有除去0.1μm或更大微小粒子的功能，但是由于多个小时的使用，多孔膜的孔逐渐被粒子填充，过滤性能随时间的流逝而劣化。

即，由于当它们在孔内部通过时，膜的孔捕集微小粒子，其中该孔被设计成相对足够大，以便达到一定程度的流速，所以这种构造的过滤器使得微小粒子不在多孔膜的表面除去，但0.1μm微小粒子总体上由多孔膜除去。因此，尽管在使用的初始阶段中在过滤性能方面它是优异的，但由于堵塞随时间的流逝而发生，会导致过滤性能的劣化，所以它的缺点在于这样的良好性不能保持较长的时间。特别地，在过滤高浊度溶液的情况下由于堵塞快速发生，所以它是不利的。

一般情况下，由于孔由缠结的原纤维形成并且形状和尺寸会变化，所以难以确定孔的尺寸，进而多孔材料的性能通过在收集预定颗粒的效率方面的过滤精度来确定。

根据日本实用新型申请公开H4-3607B，从具有更大孔尺寸的管子内表面向外进行过滤，完成预过滤，由卷绕膜层来保证过滤的精度。但是在过滤高浊度液体的情况下，不能去到外侧的大粒子堵塞了进行预过滤的多孔管内层的孔。因此，这样的堵塞降低了液体的渗透性。同样，提供作为最外层的纱的增强编织层并不有益于过滤性能，而是由于粒子进入编织层导致而降低了流速。

因此，使用多孔材料的膜过滤器的重要方面不仅仅是初始流速，而且还包括随时间的积累，固体粒子引起堵塞，进而由堵塞引起流速降低，随时间的流逝由固体粒子引起该堵塞。即，重要的是在使用一段时间之后，过滤性能处于稳定状态。

根据日本专利No.3221095，通过统一管子的内侧与具有小孔度和高孔隙率的重叠多孔片，改进了用于从内侧向外过滤的多孔多层中空纤维中的过滤性能。然而，由于在通道内部发生阻塞，过滤性能对于过滤高浊度液体是不足够的。因此，需要进一步的改进。