[发明专利]具有高爆破强度的异质增强聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种具有高爆破强度的异质增强聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法。

背景技术

膜分离技术起源于上世纪60年代，经过数十年的迅速发展，其应用领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面，如化工、电子、纺织、石油、食品、医药等，被称为“第三次工业革命”。中空纤维膜则是膜分离材料中最常用的一种，在目前的膜材料中，中空纤维膜以其优良的自支撑性能，较高的填装密度，单位体积内相对较大的处理面积而成为微滤、超滤过程的主要膜形式。

近年来，由于膜生物反应器(MBR)具有出水水质优异、稳定，结构紧凑、操作简单、摆动摩擦的膜丝具有一定的自清洁作用等诸多突出优点，广泛应用于市政工程中水回用和工业废水深度处理等领域。中空纤维帘式膜组件作为MBR的核心组成部分，应用过程中需要进行曝气、反冲洗等步骤，以上情况所产生的高速水流甚至气流均对膜丝产生较大损害，常发生断丝现象，对处理水质产生极大影响，造成设备使用寿命减短，带来更换成本增加等问题。由此可见，制备一种具有高机械强度、可适用不同操作环境的中空纤维膜具有十分重要意义。在诸多膜材料中，由于异质增强中空纤维膜材料具有优良机械性能而得到广泛应用，成为一种极具竞争力的膜材料。

目前，商业化的异质增强中空纤维膜材料依旧存在着许多的不足，主要表现在膜与支撑层之间的粘附力不够紧密易于脱落、爆破强度较差等。如中国发明专利申请 CN201110297245.1公开了单丝增强制备异质增强复合膜的方法，虽然通过单丝增强的方式解决了部分问题，但依然存在爆破压力较低，抗拉伸强度较差等缺陷。中国发明专利申请CN201110280830.0公开了通过本体多孔基材涂覆制得多孔复合膜的方法，虽能制造出耐压及爆破性能优异增强复合膜，但其内芯支撑层为高价格材料，且并不具备良好的抗弯折、抗拉伸、抗抖动等特性。中国发明专利申请CN200910115557.9公开了通过无机编织管浸涂有机铸膜液制得异质增强复合膜，但由于无机编织管材料与有机膜材料性能差异较大，无机/有机材料相容性较差，容易造成涂层不均一，粘附力较差等缺点。因此，有必要发展一种简单有效具有高爆破强度的异质增强中空纤维膜的制备方法。

发明内容

本发明主要是克服中空纤维膜在MBR应用过程中，出现的破裂、断丝等情况及商业化的异质增强中空纤维膜材料依旧存在着许多的不足，主要表现在膜分离层与支撑材料之间粘附力差，从而使其易于脱落、爆破强度较差等。针对现有技术中的不足，本发明提供一种具有高爆破强度的异质增强聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法。本发明所提供的制备方法，工艺简单、成本低，可有效提高异质增强中空纤维膜分离层与支撑材料之间的粘附力，改善异质增强中空纤维膜抗爆破强度。

本发明的上述目的通过以下发明构思得以解决：是以中空编织管作为支撑材料，采用碱和表面活性剂溶液对中空编织管支撑材料进行预处理和清洗，以除去编织管织造过程中表面的纺丝油剂；同时在碱性预处理条件下，中空编织管表面局部水解，产生羟基和羧基等极性基团，进一步提高编织管材料与膜材料之间的相容性；然后将中空编织管预涂覆聚偏氟乙烯稀溶液，使膜材料充分渗透入中空编织管材料纤维间，制得预涂覆改性的中空编织管；最后在预涂覆改性的中空编织管表面涂覆聚偏氟乙烯制膜液制备出具有良好的粘附力及高爆破强度的异质增强聚偏氟乙烯中空纤维膜。

为此，本发明采用的技术方案是：

一种具有高爆破强度的异质增强聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法，包括下述步骤：

(1) 将中空编织管浸于氢氧化钠与表面活性剂的混合溶液中，在50～85℃温度下处理5～30分钟，然后用去离子水清洗，于60～80℃温度下烘干；

(2) 在氮气保护条件下配制用于预涂覆的聚偏氟乙烯稀溶液，其质量浓度为0.1～2%；所述溶液的溶质是聚偏氟乙烯，其数均分子量为10～50万，溶剂是N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种；

(3) 将清洗后的中空编织管浸入聚偏氟乙烯稀溶液中4～8小时，经离心甩干处理后，于60～80℃温度下烘干，制得预涂覆改性的中空编织管； 

(4)按聚偏氟乙烯:添加剂:溶剂的质量比10～25:8～16:60～80，配制聚偏氟乙烯制膜溶液，所述聚偏氟乙烯的数均分子量为10～50万；