[发明专利]非编织的增强中空纤维膜

说明书

对于美国，本申请根据美国法典第35条119(e)款要求在2009年 3月26日提交的美国临时申请号61/163,654的权益，该申请的内容通 过此引用整体地结合于本文中。

技术领域

本说明书涉及增强的中空纤维膜、用于中空纤维膜的增强结构以 及制造中空纤维膜和用于它们的增强结构的方法。

背景技术

以下并非承认下述任何内容可引用为现有技术或公知常识的一 部分。

呈小型毛细管或中空纤维形式的聚合物分离膜可通过可归类为 NIPS(非溶剂诱导相分离)或TIPS(热诱导相分离)的不同方法从各种聚 合物制成。膜可在外侧上具有分离层并且可例如用于微细过滤(MF)或 超细过滤(UF)。

最简单的方法是从提供机械特性(抗拉强度、抗爆炸或抗挤压强度 和开裂疲劳强度)、分离特性(排斥性和渗透性)和化学特性(对原料中的 化学品或对清洁剂的耐受力)的单一材料制造中空纤维。复合膜是在许 多其中不能获得适当折衷的情形下制备的。在复合膜中，微多孔支撑 结构被涂覆有分离层。

复合中空纤维膜的一种特殊情况是其中中空织物编织套筒被涂 覆或浸渍有聚合物膜。编织件提供了MF/UF应用中所需的强度和柔 韧性，MF/UF应用诸如水悬浮液的过滤，其中需要连续或间歇搅动(使 用空气或以其它方式)中空纤维以防止固体在膜表面上结垢或积聚。

现有技术中存在编织件支撑的过滤膜的若干实例。这些实例包 括：授予Hayano等人的美国专利4,061,861，其中将聚合物浸渍到中 空编织件中以防止当在高温下操作时收缩；授予Mahendran等人的美 国专利5,472,607和美国专利6,354,444；授予Lee等人的美国专利 7,267,872，其中将膜涂覆在编织件的外表面上并限制渗透；以及授予 Shinada等人的美国专利7,306,105，其中编织件被涂覆有两个不同的 多孔层。

编织件支撑的中空纤维膜通常按以下方式制备。在编织机上织造 编织件，将其卷绕在绕线筒上，并且转移到纺丝线，此处编织件被用 聚合物溶液涂覆或浸渍。使用相对厚壁的编织件以便使最终的中空纤 维膜的形状呈圆形。这是必要的，因为编织件必须稳定呈圆形，即， 防止通过卷绕和退绕而压平，并且当插入涂覆喷丝头时必须呈圆形。

因此，稳定呈圆形的编织件常形成有厚壁并具有两个主要缺点。 第一，内、外径的比率小，典型地小于0.6。内、外径的比率是决定 进行穿过膜的内腔的渗透的压力损失的标准化参数。因此，厚壁中的 高内腔压力降限制了可装入模块中的中空纤维的长度。第二，稳定呈 圆形的编织件由大量编织承载体制成。每个承载体都从不同的绕线筒 供应并且绕线筒必须在编织机器中交叉路径。每此承载体彼此交叉， 绕线筒必须从停止位置开始加速和减速并回到停止位置。这是很缓慢 的操作。小直径编织件(小于2mm)通常以小于0.5m/min的速度制造。 相反，编织件涂覆/浸渍操作典型地以大于15m/min的速度完成得快得 多。

发明内容

以下旨在为读者介绍接下来的详细说明并且并非限制或限定权 利要求。

一种用于中空纤维膜的增强结构由多根增强细丝形成。增强细丝 可包括纵向延伸的细丝，其可称为经编细丝，以及在经编细丝之间倾 斜地延伸的一根或更多根细丝，其可称为“缠绕”细丝。在一种结构中， 缠绕细丝设置成经编细丝周围的连续螺旋。在另一种结构中，多根不 连续的缠绕细丝节段共同在每一对相邻的经编细丝之间延伸，尽管单 独的节段可能不在增强结构周围完整地延伸。在另一种结构中，一根 连续的缠绕细丝沿着增强结构的长度延伸并且还在两根或更多根经 编细丝之间来回延伸。

增强细丝并非交织或编织在一起，但它们可在它们之间的一个或 更多个或多个接触点处粘合在一起。该粘合可以借助于加热、用溶剂 软化或UV活化。该粘合可以在膜形成在增强结构周围之前发生。备 选地，可以借助于软化增强细丝或增强细丝的外层的膜纺丝液(dope) 中的溶剂而在膜形成在增强结构周围的同时粘合增强结构。

增强细丝可为单丝或诸如纱线的多丝。增强细丝可由聚合物制成 并具有对粘合方法更好地做出反应的另一种聚合物的外层。例如，增 强细丝可具有可溶于膜形成纺丝液中的溶剂中的聚合物的外层。