[发明专利]一种具有高剥离强度的支撑管增强聚合物中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物分离膜材料制备技术领域，尤其涉及一种具有高剥离强度的支撑管增强聚合物中空纤维膜的制备方法。 

背景技术

膜分离技术作为一种新型分离、浓缩、提纯、净化技术，起源于上世纪60年代。它具有耗能低、分离效率高、无二次污染、可直接放大以及易与其他技术集成等独特优点。经过数十年的发展，目前已广泛用于国民经济和人民生活的各个方面。在膜分离技术中，分离膜是整个技术的核心所在，中空纤维膜由于具有比表面积大、装填密度高、体积小等特点而成为超微滤膜分离过程的主要膜形式。 

传统方法制备的聚合物中空纤维膜，由于受内在多孔结构和膜丝尺寸的制约，其力学强度不高，无法经受实际运行中曝气、反冲洗等工艺，容易出现断丝现象，造成出水水质下降，设备使用寿命减短、更换成本提高等问题。为此，支撑管增强聚合物中空纤维膜应运而生。该膜由聚合物分离层和支撑管增强层两部分组成，在使用过程中，聚合物层对介质进行分离，支撑管则起到支撑作用。由于其良好的机械性能，该膜得到了广泛应用，成为一种极具竞争力的膜材料。 

目前，商业化的支撑管增强聚合物中空纤维膜依旧存在诸多不足，主要表现在聚合物分离层和支撑管增强层之间附着力不足，容易脱落，剥离强度低。这一问题主要是因为传统的复合膜只是将聚合物涂覆在支撑管外表面，因此分离层与增强层的结合能力不好，复合膜的剥离强度很低（US5472607）。为此，人们采取了一系列的改进方法。中国专利CN101543731A在支撑管内腔引入芯液，将铸膜液、芯液、支撑管通过模具进行共挤出得到支撑管增强聚合物中空纤维微孔膜。由于芯液的引入，整个生产过程工艺复杂，提高了生产成本。同时由于存在芯液与铸膜液之间的交换，成膜过程影响因素增加，影响了产品性能的稳定。中国专利CN201110411620对支撑管表面进行预处理，提高聚合物和支撑管的附着力。但该法处理方法需要进行支撑管的改性操作，不利于连续化大规模生产，并且效果不很明显。 

发明内容

本发明主要是克服中空纤维膜在实际使用中，出现力学强度不足，容易断丝以及商业化支撑管增强聚合物中空纤维膜中，聚合物分离层和支撑管增强层之间附着力不足容易脱落、剥离强度低等缺陷。针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有高剥离强度的支撑管增强聚合物中空纤维膜的制备方法，按照本发明的方法制备的支撑管增强聚合物中空纤维膜的剥离强度大于500 KPa，也就是当本发明的中空纤维膜通过逐步增加中空纤维膜内腔错流过滤的水压使其涂覆层出现破裂、脱落等机械损坏时的压力超过500KPa。本发明提供的制备方法，选用特定的支撑管材料，通过铸膜液一次涂覆成膜，可有效提高支撑管增强聚合物中空纤维膜分离层和增强层之间的剥离强度，同时保持膜的透水量，且避免了复杂的支撑管材料预处理工艺，生产工艺简单，成本低。 

本发明的上述目的通过以下发明构思得以解决： 

通过选择支撑管材料，控制支撑管结构，提高铸膜液在支撑管中的渗透性，增加铸膜液与支撑管的接触面积，提高了两者间的粘结效果。同时，通过控制铸膜液配方和粘度，使渗入的铸膜液在支撑管内形成梯度分布微孔结构，保证了铸膜液在支撑管中渗入深度的增加不会降低膜的水通量。这样制备得到的膜，铸膜液在支撑管表面和内部都与支撑管紧密粘结，具有优异的剥离强度，同时具有较高的水通量。

为了达到本专利所提的技术指标，所使用的支撑管须满足以下要求：1、具有良好的力学强度和化学稳定性；2、支撑管结构合理，有利于铸膜液渗入。因此，支撑管的制备工艺也是本专利的重点。 

本发明的技术方案是： 

一种具有高剥离强度的支撑管增强聚合物中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）支撑管制作：以合成纤维长丝为原料制作支撑管，所述的的合成纤维长丝可以是纯的变形丝，也可以是变形丝与普通长丝组成的复合长丝，所述支撑管的外径通常为1.0～3.0毫米，内径通常为0.4～2.5毫米；

2）配制铸膜液：按聚合物∶添加剂∶溶剂的质量比10～20∶10～25∶55～80，配制粘度范围为3000～30000mPa·s的铸膜液；优选的粘度范围为5000~20000 mPa·s。

3）支撑管表面涂覆铸膜液：将步骤（1）制得的支撑管穿过喷丝头，将步骤（2）配制的铸膜液注入喷丝头并在所述支撑管表面均匀涂覆，使铸膜液在支撑管中的渗入深度达到支撑管壁厚的60%以上，经凝胶、漂洗后晾干，制得具有高剥离强度的支撑管增强聚合物中空纤维膜，其剥离强度大于500KPa。