[发明专利]再生纤维素超滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种再生纤维素超滤膜及其制备方法。

背景技术

纤维素是地球上含量最为丰富的天然高分子，植物通过光合作用，每年可以生产出亿万吨纤维素。作为膜材料，纤维素具有可降解、成本低、成膜性能好、生物相容性好、物化性能稳定等优点。传统的纤维素膜是通过粘胶法和铜氨法来制备的，其工艺流程长，需要消耗大量的溶剂，污染大且制备的膜性能差。

近年来，人们致力于研究适用于纤维素溶解的新型溶剂体系，如离子液体、LiCl/DMAC、PF/DMF、NH₃/NH₄SCN、NMMO/H₂O等，目前NMMO/H₂O是最被重视的新型溶剂体系，且以该溶剂制备再生纤维素纤维已实现了工业化生产。

国内外很多单位相继开展了以NMMO/H₂O为溶剂体系制备再生纤维素膜的研究。中科院大连化学物理研究所公开的CN101007240A，以NMMO为溶剂，在85～95℃温度下制成纤维素含量7～12%的铸膜液，然后采用沉浸相转化法来制备纤维素中空膜，再经水洗、甘油处理而制备了非对称纤维素超滤膜，该膜化学稳定性好、抗污染能力高。CN1235669C公开了一种纤维素分离膜的制备方法，是以83～95%的NMMO与水、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中一种或者其中几种制得混合溶剂，再用混合溶剂溶解纤维素和抗氧剂，制备了5～20%的纤维素铸膜液，在95～110℃下流延凝固成形，再干燥成膜。CN1234448C用含量80～93%NMMO为溶剂，在80～110℃温度下制成纤维素含量7～20%的铸膜液，然后采用沉浸相转化湿法或干湿法来制备纤维素中空膜，再经水洗、甘油处理而制备了均质致密结构的中空纤维气体分离膜，也可用于液体分离。由此可见，用NMMO/H₂O为溶剂体系制备再生纤维素膜是可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械强度高、化学稳定性好的再生纤维素超滤膜。

本发明的另一目的是提供一种再生纤维素超滤膜的制备方法，该方法制膜过程简单、溶剂可回收、无污染。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

再生纤维素超滤膜包括再生纤维素中空纤维超滤膜和再生纤维素平板超滤膜，采用含5～15wt%水的NMMO为溶剂直接溶解纤维素浆粕和添加剂，然后采用浸沉凝胶相转化法纺制成再生纤维素中空纤维超滤膜或者流延成再生纤维素平板超滤膜。

本发明的再生纤维素超滤膜的制备方法包括以下步骤：

1）铸膜液的配制：在80～100℃温度下，将重量百分比为5～15：79～94.4： 0.5～5：0.1～1的纤维素浆粕、含5～15wt%水的NMMO、添加剂及抗氧化剂均匀混合，搅拌、溶解，脱泡过滤，制得5～15wt%的纤维素铸膜液；

2）浸沉凝胶相转化法纺制成膜：在70～78℃温度下，将步骤1）制得的铸膜液在玻璃板上流延成平板膜，或者将步骤1）制得的铸膜液与芯液同时通过喷丝板挤出管状膜；将制得的平板膜在一气体环境下静置0～100S后进入凝固浴中固化3～10min或将管状膜经过0～20cm的气体环境后进入凝固浴中固化；用去离子水洗去该膜中的残留溶剂；

3）将步骤2）制得的膜浸泡在后处理液中3～24h，然后室温晾干即制得再生纤维素超滤膜。

所述的纤维素浆粕为脱脂棉、竹浆粕、木浆粕、芦苇秸秆、麦草秸秆、稻草秸秆、甘蔗秸秆中的一种或两种的混合物；

所述的纤维素浆粕聚合度为500～1200，α-纤维素含量≥98wt%；

所述的抗氧化剂为没食子酸丙酯；

所述的添加剂为高分子成孔剂和表面活性剂的混合物；

所述的添加剂中表面活性剂的用量为高分子成孔剂用量的1～20%；

所述的高分子成孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一种或两种的混合物，聚乙烯吡咯烷酮型号选自K12、K17、K25、K30、K60、K90，聚乙二醇分子量为200-20000；

所述的表面活性剂为吐温80、吐温85、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种；

所述的芯液为水、含5～50wt%水的NMMO中的一种；

所述的气体环境中气体是空气、氮气、氩气中的一种，气隙温度为25℃，湿度为30～90%RH；

所述的凝固浴为水、含5～50wt%水的NMMO中的一种，温度为10～50℃；