[发明专利]两亲性共聚物改性PVDF中空纤维超微过滤膜的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种两亲性共聚物改性PVDF中空纤维超微过滤膜的新方法，属于聚偏氟乙烯（PVDF）膜的制备技术领域。

背景技术

    目前，饮用水设备中使用的UF/MF膜技术在行业中正从深度和广度两个方面不断扩展，新的膜材料不断得到开发和应用，并渗透到更多的行业，这一领域的市场正在日益扩大。针对现有UF/MF膜材料存在的主要问题，UF/MF膜主要存在以下问题：（1）膜材料不具有永久亲水性，抗污染性能不佳；（2）通量和截留率存在矛盾，通量的提高往往以降低截留率为代价，而提高截留率则往往降低其通量；（3）膜材料的强度差，容易破裂，尤其是相转化法制备的聚合物膜；（4）通常需要加保护液对膜进行保湿，这不利于膜的贮存、运输和使用，且易滋生细菌，引起二次污染。基于这些问题，研制高强度、大通量、抗污染的高性能UF/MF膜成为近年来膜技术领域的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有永久亲水性、抗污染性能优异、高通量、高截留率的两亲性共聚物改性PVDF中空纤维超微过滤膜的新方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

    一种两亲性共聚物改性PVDF中空纤维超微过滤膜的新方法，包括如下步骤：

（1）将PVDF（聚偏氟乙烯）、两亲性共聚物、致孔剂、非溶剂与溶剂进行充分混合，溶解得到铸膜液；

（2）将铸膜液送入中空纤维膜纺丝机进行挤出，进入凝固浴中凝固成型，经卷绕收集后得到PVDF中空纤维膜；

（3）将PVDF中空纤维膜在热水中浸泡，使两亲性共聚物中的亲水链进一步富集到膜表面；

    （4）清洗，干燥后得到成品，成品即为两亲性共聚物改性PVDF中空纤维超微过滤膜。

    作为上述方案的进一步设置，所述铸膜液中各组分的质量百分比浓度分别为：PVDF15-25%，两亲性共聚物5-12%，致孔剂3-15%，非溶剂0.5-1%，溶剂50-75%。

所述PVDF的分子量为1×10⁵ - 1×10⁶；两亲性共聚物为聚（甲基丙烯酸甲酯-单甲醚聚氧化乙烯甲基丙烯酸酸酯），且分子量为1×10⁴ - 1×10⁵；致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的任意一种，其中聚乙烯吡咯烷酮的分子量为30000-40000，聚乙二醇的分子量为2×10³ - 2×10⁴；非溶剂为水；溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的任意一种。

    所述的PVDF、两亲性共聚物、致孔剂、非溶剂与溶剂进行充分混合时，需要在95-97℃的温度条件下搅拌10-15小时。

    所述的铸膜液在中空纤维膜纺丝机中进行挤出时的温度为80-180℃。

所述凝固浴的温度为20-70℃。

所述PVDF中空纤维膜在热水中浸泡时，热水的温度为60-85℃，浸泡时间为4-12小时。

    所述PVDF中空纤维膜进行干燥时，干燥温度为30-60℃，时间为1-10小时。

    基于“相似相容”原理，本发明采用一端亲PVDF、一端亲水的两亲性共聚物（类型包括交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物和无规共聚物等）作为共混改性剂，与PVDF进行溶液共混，通过干湿纺丝法制备具有永久亲水性的中空纤维共混膜。两亲性共聚物添加剂在成膜过程中向膜表面富集、并进行自组装，从而实现对PVDF中空纤维膜的表面改性，显著提高了PVDF中空纤维膜的亲水性和抗污染能力，且改性与膜制备一步完成。当两亲性共聚物在膜表面的富集超过一定的程度时，将在膜表面形成水凝胶层，从而赋予PVDF中空纤维膜以超滤膜的通量、微滤膜的截留率。此外，通过两亲性共聚物的偶联作用提高聚合物分离层与微孔支撑管之间的界面粘结强度，开发出一种具有强界面结合力的高强度PVDF中空纤维复合MF膜。

    总之，本发明通过两亲性共聚物改性剂向膜表面富集、自组装，得到抗污染性能优异、高通量、高截留率的永久亲水PVDF中空纤维超微过滤膜，有效解决了现有过滤设备中PVDF膜亲水性差、易污染、通量和截留率不能同时提高等技术难题。在PVDF共混中空纤维均质膜研制的基础上，开发出一种具有强界面结合力的PVDF中空纤维复合微孔膜的制备新方法，有效提高了PVDF中空纤维膜的力学强度。