[发明专利]聚醚砜－聚氨酯共混中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚醚砜－聚氨酯共混中空纤维膜及其非溶剂致相分离法的制备方法。

背景技术

膜分离技术在近年来发展迅速，广泛应用于化工、食品、医药、电子、电力等工业的废水处理，市政自来水及污水处理，家用及商用饮用水过滤处理等方面。与传统的分离方法相比，膜分离方法具有能效低、无相变、工艺简单、对环境无污染等优点。用于制造分离膜的材料，从醋酸纤维素，发展到聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚偏氟乙烯、聚醚砜等；从用单一材料发展到两种或两种以上材料共混。

聚醚砜具有优良的物理机械性能，其具有强度高、刚性好；耐热性好、可在180~200℃温度下长期使用等特性；同时，聚醚砜耐化学药品性良好，对一般酸、碱、脂肪烃、油脂、醇类等稳定，在高温下也不会被酸碱腐蚀，可以耐汽油、机油、润滑油等油类和氟里昂等清洗剂；聚醚砜耐老化性能好，使用寿命长。聚醚砜综合性能优良，是一种性能优异的膜材料，聚醚砜具有比聚偏氟乙烯更好的亲水性及更高的强度，用聚醚砜制备的中空纤维膜强度高，膜丝不易断裂；刚性好，耐压强度高；耐化学性能好，容易清洗；聚醚砜广泛应用于各种分离膜的制造。     聚醚砜作为一种性能优异的聚合物，在分离膜制造方面已经被广泛采用。中国专利公开号CN 1817425A介绍一种酚酞型聚醚砜中空纤维膜，该中空纤维膜采用干-湿法纺丝工艺制备，该中空纤维膜的厚度为30~100μm、内径80~400μm、平均孔径为0.01~0.2μm、纯水通量100~500 L/m² ·h（0.1MPa）、耐受压力0.1~0.8MPa。中空纤维膜的内外径做得越小，拉伸断裂强力越小，在使用时中空纤维膜越容易断裂；中空纤维膜的壁厚过小，除了拉伸断裂强力低外，中空纤维膜的耐压性也较差。中国专利公开号CN 1375351A介绍了一种共混聚醚砜中空纤维透析膜的制造方法，采用聚醚砜为主要制膜材料，与其它高聚物共混，采用非溶剂致相分离法纺丝工艺，对凝固后初生中空纤维膜进行2~4道的双向拉伸，制得的厚度30~250μm，外径220~1400μm的共混聚醚砜中空纤维透析膜。中空纤维膜经过双向拉伸后强度虽有所提高，但提高的幅度有限。

采用熔融纺丝-拉伸成孔法纺丝工艺制备的中空纤维膜的强度较高，中国专利号ZL 200410067007.1公开了一种用熔融纺丝-拉伸工艺法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜的方法，通过熔融挤出，中空成型、卷绕等工艺制备中空纤维，然后通过热处理、冷拉伸、热拉伸、热定型等工艺制备出聚偏氟乙烯中空纤维膜。该中空纤维膜的断裂强度为100~150MPa、断裂伸长率为150~400%、孔隙率在25~65%、微孔的平均孔径在0.01~0.1μm。熔融纺丝-拉伸成孔法工艺制备的中空纤维膜强度虽高，但由于壁上的孔靠拉力撕裂而成，因此孔的形状不规则、孔的大小及分布不均匀、孔的大小难以控制、孔隙率低。

热致相分离法是近年发展起来的一种中空纤维膜的制造方法，用热致相分离法制备的中空纤维膜强度高，使用同样的材料，热致相分离法制备的中空纤维膜的拉伸强度比非溶剂致相分离法制备的中空纤维膜的拉伸强度高。用热致相分离法制备的中空纤维膜的孔径大小及分布均匀、孔隙率也高。但热致相分离法工艺需要对冷却成型的中空纤维进行萃取处理，工艺比非溶剂致相分离法工艺复杂，且热致相分离法工艺的成本比非溶剂致相分离法工艺的成本高很多。

非溶剂致相分离法工艺成熟、简单，但它有一个很大的缺点就是制备出来的中空纤维膜的强度较差。制备中空纤维多内孔膜是提高中空纤维膜强度的一个很好的方法，中国专利公开号CN 101721928介绍了一种高强度、亲水性的聚砜类中空纤维超滤膜，利用纺丝设备制备中空纤维膜，特别是采用多孔喷丝头制备三孔至七孔的多孔道相互支撑的多孔中空纤维膜，提高膜的强度。

聚氨酯弹性体，既具有塑料的特性又兼有橡胶的特性，聚氨酯弹性体柔软，具有其它塑料材料所无法比拟的韧性好、耐冲击，弹性好；同时具有其它橡胶材料所无法比拟的高强度、抗张强度可达25MPa以上；具有耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性，耐臭氧性好、耐化学药品性好。热塑性聚氨酯的价格比聚醚砜便宜。聚醚砜的强度大，质硬但缺乏柔软性，在聚醚砜中添加适量聚氨酯进行共混，可以改善聚醚砜的柔软性，也降低了材料的成本。

用非溶剂致相分离法制造聚醚砜－聚氨酯共混中空纤维膜还没有相关报道，因此，本发明还提供了用非溶剂致相分离法制备聚醚砜－聚氨酯共混中空纤维膜方法，采用此方法制备的中空纤维膜的强度高且具有良好的柔软性。

发明内容