[发明专利]一种聚四氟乙烯纤维及中空纤维膜及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚四氟乙烯纤维及中空纤维膜的制备方法，该方法为载体纺丝。本发明还涉及聚四氟乙烯纤维及中空纤维膜的应用。

背景技术

聚四氟乙烯具有突出的化学稳定性、优良的高低温性能及耐腐蚀性，在化工、石油、纺织、电子和机械等工业领域有着广泛应用。同时由于聚四氟乙烯的强疏水性和多孔性能，使其成为制备防水透气纺织纤维以及膜蒸馏和膜接触器的理想膜材料。

聚四氟乙烯“不溶不熔”的特性使其加工性能很差，无法通过常规的溶液纺和熔融纺来制成纤维或中空纤维膜。目前载体纺丝是工业生产聚四氟乙烯纤维的主要方法之一，载体纺丝一般是将聚四氟乙烯乳液与粘胶或聚乙烯醇水溶液等载体混合制成纺丝液，纺丝液经纺丝、凝胶、洗涤、干燥、烧结、拉伸后即制得成品聚四氟乙烯纤维。

聚乙烯醇、纤维素等因具有良好的成膜性而通常作为载体制备聚四氟乙烯纤维或中空纤维膜。例如日本专利JP2010047859-A中利用纤维素及其衍生物作为载体制备含氟的中空纤维，未烧结的初生态中空纤维可应用于纺织业；郭玉海等改进了纺丝液配方，通过加入硼酸作为交联剂与载体聚乙烯醇反应减少了载体用量，同时加入的氧化剂有助于聚乙烯醇载体的去除（CN1962971A）。但采用聚乙烯醇作为载体制备聚四氟乙烯纤维或中空纤维膜存在一些问题：（1）纺丝液中的载体添加量通常较高，一般比例是聚乙烯醇1份、聚四氟乙烯3-15份，因此在烧结阶段通过热分解将载体去除时，需要耗费大量能量，同时载体烧结后的残炭量也较多；（2）聚乙烯醇载体法一般采用饱和硫酸钠溶液为凝固浴，干燥后硫酸钠盐析出于纤维表面，需要经过多次洗涤以完全去除硫酸钠，否则在烧结过程中纤维易形成缺陷，不利于拉伸，同时多次洗涤耗费大量水资源，造成环境污染；（3）由于纺丝液中含有大量水分，需要的凝胶时间较长，通常较长的凝固槽；（4）聚四氟乙烯纤维或膜丝烧结过程中，聚乙烯醇受热分解的产物除水和二氧化碳外还常常含有一氧化碳、苯、甲苯等污染物，对生产人员的身体健康产生不良影响（Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，Vol.64(2001)501-508；Energy&Fuels Vol.16（2002）109-118）。

发明内容

本发明要解决的技术问题是降低载体添加量，提高纤维后处理的洗涤效率，同时减少有害污染物的产生。

为解决上述问题，本发明提供一种聚四氟乙烯纤维及中空纤维多孔膜的制备方法，其以聚四氟乙烯乳液作为原料，采用海藻酸钠作为载体，在纺丝液中添加适量粘度调节剂，通过载体纺丝法制备初生态的聚四氟乙烯纤维及中空纤维膜，经适当干燥、烧结、拉伸、萃洗等处理后制得聚四氟乙烯纤维及中空纤维。

采用上述方法，通过采用海藻酸钠载体，不仅减少了载体的用量，而且凝胶反应速度快，缩短了凝固槽的长度；使用多价金属盐的水溶液作为凝固浴，避免多次洗涤的工序；此外，海藻酸盐分解过程中没有官能团间的相互转化，生成稳定的中间产物（广东化工，2011,38(11)，47-48；化学世界，2000,41(5)，254-258），几乎不产生有机污染物。本发明具有化学试剂用量少、生产效率高、环境友好等优点。

本发明还提供一种由聚四氟乙烯中空纤维多孔膜制备而成的膜接触器。该中空纤维膜接触器可应用于天然气净化、沼气纯化，烟道气处理，水脱氧等方面。

本发明将海藻酸盐作为载体纺丝法制备聚四氟乙烯或中空纤维膜的载体。海藻酸钠(Sodium Alginate)是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物，其水溶液粘度大，成膜性好，与多价金属盐通过离子交换反应形成凝胶，因此可用作纺丝法制备聚四氟乙烯或中空纤维膜的载体。相比于聚乙烯醇等其他载体，海藻酸钠具有添加量少、凝胶反应快、环境污染小等优势。

本发明基于海藻酸盐具有良好的水溶性和凝胶特性，采用海藻酸盐如海藻酸钠作为载体，与聚四氟乙烯悬浮分散液混合，得到均匀的纺丝液，在纺丝液中添加适量粘度调节剂，通过载体纺丝法制备初生态的聚四氟乙烯纤维及中空纤维膜，经适当后处理制得聚四氟乙烯纤维及中空纤维膜。

具体来说，本发明采用的技术方案为：

（1）聚四氟乙烯纺丝液的制备：将海藻酸盐于常温下溶于水中，得到的海藻酸盐水溶液，其聚合度为100-700，水溶液质量分数为2-10%。将海藻酸盐水溶液与聚四氟乙烯悬浮分散液按一定比例混合均匀，其中聚四氟乙烯悬浮分散液的质量分数为30-70%，pH值为8-10；海藻酸盐载体占聚四氟乙烯重量的0.5-10%。