[发明专利]一种结合选择性溶胀和熔纺拉伸法制备嵌段共聚物中空纤维膜的方法

说明书

本发明提供一种结合选择性溶胀和熔纺拉伸法制备嵌段共聚物中空纤维膜的方法，包括：以两亲嵌段共聚物为成膜材料，通过熔融纺丝在惰性气体保护下制备初生中空纤维，对所述的初生中空纤维在其降温过程中进行拉伸处理，控制拉伸速率在200‑540mm/min之间，拉伸比率在150‑600％之间；将所得中空纤维浸没于溶胀剂中，在65℃水浴加热下处理1h；随后将其转移至相同温度下的长链烷烃溶剂中处理1‑12h，处理结束后将所述中空纤维立即取出干燥，得到双连续开孔结构的中空纤维膜。本发明的方法通过结合熔纺拉伸和选择性溶胀，可以同步且连续的提高中空纤维膜的渗透性和选择性；同时长链烷烃溶剂的处理可以使在膜表面过度富集的极性链段向内迁移从而使中空纤维膜性能提升。

技术领域

本发明属于多孔材料分离膜技术领域，具体涉及一种基于选择性溶胀法制备嵌段共聚物中空纤维膜的方法。

背景技术

中空纤维膜是一种外形为纤维状，具有自支撑作用的膜材料。由于中空纤维膜本身具有单位体积内装填密度大、操作简单、结构稳定等优势，因此被广泛应用于水处理、催化反应、食品加工、生物技术及医疗技术等方面。

现阶段使用高分子材料制备中空纤维膜的方法主要为3种，分别是：熔融纺丝-拉伸法(MSCS)、热致相分离法(TIPS)和非溶剂诱导相分离法(NIPS)。为了提升制备得到的中空纤维膜的性能，往往会在制备过程中对初生中空纤维膜进行拉伸处理。然而，对于上述方法，拉伸后的中空纤维膜仅通量性能得到提升，对应的截留性能会发生明显下降，表现为典型的trade-off效应。同时，随着中空纤维膜拉伸比率的增加，中空纤维膜的截留性能下降更为严重，最终影响中空纤维膜的应用。

在本专利中通过结合熔纺拉伸和选择性溶胀建立了一种简单有效且能够有效提升中空纤维膜性能的方法，并且随着拉伸比率的增加，中空纤维膜的通量和截留性能能够得到同步提升。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷与不足，本发明的提出一种通过结合熔纺拉伸和选择性溶胀制备中空纤维膜的方法。该方法只需使用少量溶剂就能够制备得到中空纤维膜，且通过拉伸和溶胀条件的调控即可连续调控中空纤维膜的孔道结构和性能。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种通过熔纺拉伸-选择性溶胀制备中空纤维膜的方法，包括：

1)以两亲嵌段共聚物为成膜材料，通过熔融纺丝在惰性气体保护下制备初生中空纤维，对所述的初生中空纤维在其降温过程中进行拉伸处理，控制拉伸速率在200-540mm/min之间，拉伸比率在150-600％之间；

2)将1)所得中空纤维浸没于溶胀剂中，在65℃水浴加热下处理1h；随后将其转移至相同温度下的长链烷烃溶剂中处理1-12h，处理结束后将所述中空纤维立即取出干燥，得到双连续开孔结构的中空纤维膜。

本发明所述方案中，步骤1)所述的两亲嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成(A-B)，其中所述嵌段A选自聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPSU)、聚乳酸(PLA)中的任意一种，所述嵌段B选自聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)中的任意一种，所述两亲嵌段共聚物的总分子量为5-20万道尔顿；优选所述的嵌段A是聚砜(PSF)，且所述的嵌段B是聚乙二醇(PEG)。

本发明进一步优选方案中，所述的两亲嵌段共聚物及其分子量为PSF₇₅-PEG₂₀、PES₇₃-PEG₁₉、PPSU₇₈-PEG₂₂、PLA₇₅-PEO₂₁中的任意一种，单位为千道尔顿。

本发明所述方案中，步骤1)所述的熔融纺丝优选将固态两亲嵌段共聚物熔融后，使用单螺杆或双螺杆挤出机经喷丝头制成所述中空纤维。

本发明更优选的方案中，所述熔融温度为100-250℃，进一步优选200-210℃。