[发明专利]一种改性聚氯乙烯中空纤维微孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离技术，特别是涉及一种聚氯乙烯中空纤维微孔过滤膜材料及其制备方法。

背景技术

膜分离技术因为具有效率高、设备简单、操作方便、节能环保等优点，在工业领域显示出极大的应用潜力，其应用范围已扩展到生物、医药、环保、能源、海水淡化、废水处理等领域。膜材料是膜分离技术的核心性基础材料，其中，超滤膜和微滤膜是应用量最大、应用面最广的微孔型膜材料。在无机膜(主要是陶瓷膜和金属膜)和有机聚合物两大类膜材料中，聚合物膜占据主导地位；在最重要的膜分离技术应用领域-水处理领域中，聚合物超滤膜和微滤膜的形态主要是中空纤维膜。目前，已经商品化的聚合物中空纤维微孔膜多采用聚砜(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)等材料制成。但是其中的PVDF、PES、PS等由于原料成本相对较高导致膜的制造成本较高，而PAN等由于强度相对较低限制了其在很多行业的应用。因此，从材料选择和成膜方法两方面出发寻找并实现低成本、高性能聚合物中空纤维微孔膜的制备是微滤和超滤膜技术发展的主要出路。

众所周知，聚氯乙烯是产量最大的三大合成树脂(聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯)中仅次于聚乙烯的第二位通用塑料，其来源丰富，价格低廉，是一种化学稳定性好，机械强度高的传统高分子材料。由于聚氯乙烯同时也具备分离膜材料必需的耐菌、耐酸碱、耐化学侵蚀等优点，聚氯乙烯分离膜材料-尤其是微孔性微滤/超滤膜-的潜在意义已经引起人们的重视。

目前，关于聚氯乙烯微滤膜和超滤膜及其制备方法在国内外均有报道。比较有代表性的有：中国专利(专利号CN1188207C)提出了一种大通量聚氯乙烯中空纤维膜及其制备方法，该法首先用氯乙烯为主要原料，1-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂，聚乙二醇为添加剂配成制膜溶液(其中聚氯乙烯重量百分含量为16～19％，溶剂与添加剂的重量比控制为50～58∶43～50)，然后采用干-湿纺丝法工艺成型得到聚氯乙烯中空纤维膜。中国专利(专利号：CN1621434A)中报道的相转化法中报道了表面微观结构为微米和纳米级颗粒堆砌的超疏水多孔聚氯乙烯膜及其制备方法，得到膜与水的接触角大于150°，具有良好的超疏水性能，但该膜不是针对水处理使用的。中国专利(专利号：CN1415407)报道了利用相转化法制备了高通量的聚氯乙烯中空纤维超滤膜，该膜的孔隙率为90％，纯水通量为400L/m²h。CN1247295C中利用相转化法制备了高通量的聚氯乙烯/聚乙烯醇缩醛类高聚物共混膜。中国专利(专利号：CN1579600A)中报道了一种聚氯乙烯/氯乙烯-醋酸乙烯-马来酸酐三元共聚物合金中空过滤膜及其制备方法。

上述氯乙烯微孔膜的制备方法均是基于浸没沉淀相转化原理实现的。但是，一般的浸没沉淀相转化法或其变形的微孔膜制备技术中，由于原理性的限制存在以下几个问题：(1)制膜过程中影响膜结构的因素多，相变成膜过程涉及到物质交换，膜的结构和性能难于控制；(2)制膜过程形成大量的难以无害化、资源化处理的有机废水，导致制膜成本仍较高和环境污染等问题；(3)膜的内部结构多为大的指状孔，膜的强度低，不适合于水力冲击强度大的水处理工程中的应用；(4)由于聚氯乙烯材料本征性原因，聚氯乙烯膜的脆性高、韧性差，在膜组件中容易导致端头损伤，缩短膜的使用寿命。对于PVC膜而言，这些问题的解决，需要从制膜方法、膜组成改进两方面实现。