[发明专利]一种增强型聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，具体为一种增强型聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法。

背景技术

聚丙烯腈具有耐有机溶剂性、耐光性、耐气候性、耐霉菌性，良好的化学稳定性、热稳定性和溶液纺丝制膜加工性能等，而且聚丙烯腈来源广泛、价格便宜，是一种理想的制膜材料。

随着中空纤维膜应用范围越来越广，对其性能的要求也越来越高，传统的单质中空纤维膜材料(如溶液纺丝法膜的力学性能较差等)已不能完全适应膜分离技术应用发展的需要。异质增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜(将聚酯、聚酰胺纤维等中空管状编织物或机织物作为增强体，在其上涂覆聚偏氟乙烯铸膜液，复合固化后形成表面分离层，表面分离层与增强体为不同物质组成)的出现，为改善传统溶液纺丝法中空纤维膜的力学性能提供了新的途径。目前异质增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜在膜生物反应器(MBR)技术处理污水方面已有很多应用，但由于表面分离层与增强体为不同物质组成，存在因界面结合状态不良而容易导致膜运行系统的可靠性较差的隐患。

目前，有关增强型中空纤维膜加强层间界面结合强度的方法主要包括：

方法一：将增强体完全包覆在中空纤维膜中，以增强界面结合强度。例如专利CN1695777A提出了一种将增强纤维与铸膜液共挤出纺制中空纤维膜的方法。该方法使增强纤维纵向包覆在中空纤维膜壁中，可有效增强膜轴向抗拉伸性能，而膜的径向抗压实性能没有得到明显提升；专利CN1864828A报道的方法是，用铸膜液纺制出中空纤维膜，然后用合成纤维在该膜外部编织成网后再浸入同一铸膜液中，经过凝固浴凝胶后制成网状编织物增强中空纤维膜，网状编织物被包覆在中空纤维膜壁中，以改善其力学性能。但其在使用过程中，增强体会随膜的摆动而产生伸缩，从而导致增强体的结构受损，增强体过高的伸缩形变会导致膜表面分离层不可回复的物理损伤，造成膜分离系统失效。

方法二：在膜的增强体和表面分离层之间增加过渡层，以改善界面的结合强度。例如，专利US7165682报道的方法是，先将粘合剂涂敷在中空编织物上，再将铸膜液覆盖其上，粘合剂起到提高表面分离层与增强层间界面结合强度的作用。然而，上述方法存在层间相容性的问题，过渡层经过凝胶后会形成光滑界面，分离层与过渡层之间结合强度依然不能得到满意的提高。

上述技术方案存在的问题在于：所用的增强体材料为涤纶、尼龙、聚酰胺等，与表面分离层材料聚偏氟乙烯、聚丙烯腈为不同种类材料，存在相容性的差异，虽然采取了一系列改进方法，但异质增强的方式使得界面结合强度必然受到限制，从而在高强度震荡和反洗过程中，表面分离层易于从增强体表面剥离，严重影响膜的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种增强型聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法。该制备方法通过同质增强的方式，使制备的增强型聚丙烯腈中空纤维膜兼具优良力学性能和较高界面结合强度，并具有工艺简单，操作方便，适于工业化生产等特点。

本发明解决制备方法技术问题的技术方案是，设计一种增强型聚丙烯腈中空纤维膜的制备方法，该制备方法采用以下工艺步骤：

(1).编织聚丙烯腈纤维增强体；采用二维编织技术将聚丙烯腈纤维编织成聚丙烯腈纤维中空编织管，并以该中空编织管作为中空纤维膜的增强体；

(2).制备聚丙烯腈铸膜液；所述聚丙烯腈铸膜液由聚丙烯腈树脂、添加剂混合溶解于溶剂中制得，其质量分数组成为：

聚丙烯腈树脂    3-25％；

溶剂            50-95％；

添加剂          2-30％，各组分之和为100％，

其中，所述聚丙烯腈树脂为常规成纤聚丙烯腈树脂，所述溶剂为聚丙烯腈的种良溶剂，选用N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮或55wt％的硫氰酸钠水溶液；所述添加剂为水溶性组分，选用占体系总质量2-25％的聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮与占体系总质量0-10％的吐温-80混合液；

(3).增强体表面预处理；使用弱极性有机液体对步骤(1)制备的中空编织管进行浸润处理，使中空编织管外表面充分浸润，浸润的时间为1-60s；所述弱极性有机液体为乙醇、甘油、异丙醇或聚乙二醇-600；