[发明专利]纤维增强型芳香聚酰胺中空纤维膜的制备方法及其制备的中空纤维膜

说明书

本发明公开了一种纤维增强型芳香聚酰胺中空纤维膜的制备方法，包括：将成膜聚合物、致孔剂、添加剂混合后溶解在纺丝溶剂中，脱泡，制成铸膜液；将铸膜液过滤，由计量泵定量注入中空喷丝头；经浓硫酸预浸渍处理的三束PPTA连续纤维同步进入中空喷丝头，与PPTA铸膜液复合；在挤出压力和导辊牵引张力作用下，PPTA复合体与芯液同时经喷丝头挤出，经过空气层后进入凝固浴凝固成形，制得初生中空纤维膜；将初生中空纤维膜浸入水洗浴，充分除去残存物，制成连续纤维增强型PPTA中空纤维膜。该方法简便、成本低，制备的中空纤维膜拉伸强度高、耐热、耐化学试剂、亲水，既适用于外压式过滤，也适用于内压式过滤，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及聚合物中空纤维膜材料的增强技术领域，特别是涉及一种纤维增强型芳香聚酰胺中空纤维膜的制备方法及其制备的中空纤维膜。

背景技术

聚合物中空纤维膜具有比表面积大、组件装填密度和分离效率高等特点，在水处理领域得到广泛应用。其中，聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)是典型的对位芳香族聚酰胺，大分子呈刚性，是制备高强、高模、耐高温对位芳纶纤维的重要原料，其具有优异的耐高温、耐化学试剂和亲水特性，也是制备高性能中空纤维多孔膜的理想材料。但由于其熔点(＞500℃)低于分解温度，不能采用常规熔融纺丝技术加工成形，同时因PPTA刚性大分子在溶解过程中自由能变化的熵值较柔性大分子小，难以溶于常规溶剂，只能溶于浓硫酸、氯磺酸等强无机酸。P.Zschocke等[Solvent resistant membranes from poly-(p-phenylene-terephthalamide),Desalination,34(1980)：69-75]制备了PPTA平板膜，测试了其在不同溶剂中的通量，膜纯水通量仅为12.8L/(m²d)(3MPa)。中国发明专利公开号CN104353372A公开了一种芳香族聚酰胺中空纤维多孔膜的制备方法，它是将PPTA树脂、溶剂、致孔剂和无机粒子在溶解釜中预混制成铸膜液，再将铸膜液注入双螺杆挤出机，在剪切力作用下完全溶解，经计量泵进入喷丝板，干-湿法纺丝制成PPTA中空纤维多孔膜，通过提高铸膜液中PPTA含量改善了膜力学性能，通过添加无机粒子等改善了膜的通透性。

如上所述，溶液纺丝法纺丝制膜工艺成熟，设备投资费用少，所得膜的孔径较小且分布较窄，是最常用的纺丝制膜技术。但溶液纺丝法所得中空纤维膜力学性能较差，拉伸强度低，使用或清洗过程中易发生膜丝断裂的问题。为提高中空纤维膜的拉伸强度，最常用的技术即采用增强体增强的方式。例如，中国发明专利公开号CN102600733A公开了一种增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备方法，其采用熔融纺丝法制得强度优异的中空纤维基膜，而后在此基膜表面复合表面分离层，根据表面分离层与基膜聚合物成分可分为同质增强型中空纤维膜和异质增强型中空纤维膜。中国发明专利公开号CN103100307A公开了一种增强型中空纤维膜界面结合状况的表征，表明同质增强型中空纤维膜界面结合状态明显优于异质增强型中空纤维膜。中国发明专利公开号CN104801205A公开了一种同质增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，它是将PPTA连续纤维编织成中空管状物作为增强体，在增强体外表面构筑同质表面分离层，表面分离层是由PPTA树脂、致孔剂和无机粒子等组成。该方法所得PPTA中空纤维膜的拉伸强度得到明显提高，但由于表面分离层是与编织管外层复合，在对中空纤维膜进行反洗或内压式过滤过程中，易发生分离层与增强体之间剥离或滑脱现象，所以这种膜适用于外压式过滤。同时纤维增强体为中空编织管，需消耗较多的PPTA纤维，制膜成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种纤维增强型芳香聚酰胺中空纤维膜的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种上述制备方法制备的中空纤维膜。

为此，本发明的技术方案如下：

一种纤维增强型芳香聚酰胺中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：