[发明专利]一种PVDF中空纤维超滤膜的铸膜液及其纺丝机构和生产方法

说明书

一种PVDF中空纤维超滤膜的铸膜液及其纺丝机构和生产方法，属于高分子膜制备技术领域。包括以下步骤：1）铸膜液制备：搅拌釜温度提前加热至110‑150℃，将PVDF、不良溶剂、水溶性良溶剂和添加剂加入搅拌釜中搅拌溶解，形成均一透明的粘稠液体，再降低搅拌速度，铸膜液在保温状态下脱泡8‑12h；2）复合膜纺丝：采用复合热致相分离法，用干湿纺丝机纺丝，制得PVDF中空纤维超滤膜。一种PVDF中空纤维超滤膜的铸膜液及其纺丝机构和生产方法，通过工艺参数控制，调控膜丝表面和断面的微观结构和晶型，制备出表层致密，下层为海绵状贯穿网络孔结构，且与支撑管紧密结合在一起的中空纤维复合膜。

技术领域

本发明属于高分子膜制备技术领域，具体为一种PVDF中空纤维超滤膜的铸膜液及其纺丝机构和生产方法。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)作为分离膜的常用材料，广泛应用于给水工程、工业废水、医药行业、食品行业、能源行业等领域。但PVDF膜的强疏水性，导致其易于被污染，增加膜的运行成本，限制了其使用。制备PVDF膜多采用相转化法，其主要包括：非溶剂致相分离法(NIPS)、热致相分离法(TIPS)、复合热致相分离法(C-TIPS)等。

NIPS法是大多数膜材料用来制膜的常用方法，通常溶解温度在100℃以下，一般为60～80℃，所以纺丝液中能够溶解的PVDF聚合物的浓度不太高，一般在20％以下。PVDF浓度在20%以下，这种方法制备的膜对水的渗透阻力小，水通量大，缺点是膜丝不结实，不但断裂强力（一般只有1～2N）低，而且还不抗压，膜丝容易压实，导致水的渗透通量在应用过程中越来越低。

TIPS法由于溶解温度和纺丝温度很高，一般在230℃以上，纺丝液中PVDF的浓度相当高，可以达到40％以上，所以膜丝的强度高，其断裂拉力可达到8～10N。但其表面没有致密皮层，故其截留性能不佳，一般平均孔径在0.1μm左右。TIPS法必须用到加工精度极高、价格昂贵的双螺杆挤出机，且对共混体系的要求很高，无法加入其他添加剂进去以改善其亲水性，所以用TIPS法生产的PVDF中空纤维膜丝亲水性差，在用于水处理工程之前必须用酒精浸泡浸润，组件只能在水中保存，一旦膜丝干后就失去渗透水的能力，再次使用则又需要浸润。所以该法对纺丝设备要求极高，能耗也比较高。

在上述两种方法之间，北京坎普尔环保技术有限公司于2007年提出一种复合热致相分离制膜方法（C-TIPS）（CN 101396641A）。采用室温下对PVDF有一定溶解能力的不良溶剂，或水溶性的良溶剂与水溶性非溶剂添加剂的复合物，升高温度能提高对PVDF的溶解性能，降低温度就会发生液-液相分离。如此，C-TIPS法生产的PVDF中空纤维膜丝在表面像NIPS法那样有一薄层致密皮层，因而有很好的截留性能；其断面像TIPS法产品没有大孔和指状孔，只有互穿网络结构或海绵状结构。纺丝温度可以提高到130～160℃左右，所以可以增加PVDF含量到30%以上，远高于NIPS法，其生产的PVDF中空纤维膜丝强度比NIPS法的高，比TIPS法低，其断裂强力可以达到3～5N。