CN1063054A - 中空纤维膜分离器环氧封头的制备 - Google Patents
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Abstract
一种中空纤维膜分离器环氧封头的制备方法是
选择一定配比调制成环氧树脂粘合剂，封头浇铸后采
用程序升温或梯度升温式固化处理工艺。利用这种
技术制备的分离器封头或环氧树脂管板具有机械和
耐压强度高，使用温度范围广等优点，制得封头或环
氧树脂管板组装成的分离器可充分发挥膜的渗透，分
离性能，具有广泛的工业实用价值。
Description
本发明涉及一种中空纤维膜分离器的一个组成部件环氧封头及环氧树脂管板的制备方法。确切地说是提供一种中空纤维N2-H2膜分离器环氧封头的制备方法。
中空纤维N2-H2膜分离器是七十年代末开发成功的新技术，此技术具有分离效率高、能量消耗低、操作简单、无驱动设备及检修方便等优点。已成功地应用于从合成氨弛放气中回收H2，CO/H2的调比，石油化工厂废气中H2的回收，油田气中CO2的回收，以及从空气中制取富N2等工业过程中。中空纤维N2-H2膜分离器是将中空纤维膜制成纤维束装在耐压钢制壳体中，类似于管式换热器，纤维束由数千至数万根复合中空纤维膜组成，一端封死，另一端形成环氧树脂管板是分离器的重要部件之一。它是将无数根高分散的中空纤维膜一端用环氧树脂粘合剂粘结密封在分离器一端即环氧封头，而另一端用环氧树脂粘合剂粘成环氧树脂管板，如同换热器的花板。使高压原料气和低压渗透气隔开，从而发挥密封和承受压力之作用。因此，一个结构合理、性能好的环氧封头和环氧树脂管板将在中空纤维膜分离器的性能起着十分重要的作用。为达到上述目的，在制备分离器的环氧树脂封头或环氧树脂管板时，对环氧树脂粘合剂的选择和浇铸工艺中都有较苛刻的要求。即浇铸用的环氧树脂粘合剂要有良好的流动性，使高分散性的中空纤维膜均匀地分布，且不会产生气泡和空穴，以免影响强度和密封性。同时环氧树脂粘合剂在固化前必须能同中空纤维膜表面充分浸润，固化后有良好的粘结性，不产生剥离现象，还应避免环氧树脂粘合剂腐蚀性组分破坏中空纤维膜表面，进入中空纤维膜的内腔，而堵塞中空纤维膜，结果降低膜的有效面积。目前国外虽有成功的中空纤维N2-N2膜分离器投入生产运行，但有是关分离器环氧封头或环氧树脂管板制备技术的报导尚鲜为人知。
本发明的目的提供一种制备中空纤维N2-H2膜分离器环氧封头及环氧树脂管板的方法，即提供一组配制环氧树脂粘合剂的技术（配方）和利用这种粘合剂浇铸环氧封头及环氧树脂管板的工艺方法。
本发明选择的环氧树脂粘合剂，它主要包括环氧树脂、固化剂、交联剂、增韧剂、稀释剂和填充剂，其特征在于按下重量百分比混合制成：环氧树脂：30～80%;固化剂：5～50%;交联剂：1～5%;增韧剂：5～20%;稀释剂：1-10%;填料0～300%（按配方总量比）;此外，粘合剂组分中也可加有少量活化剂，其含量（重量）为0～1%。上述组份中环氧树脂可选用双酚型环氧树脂，双-2，3-环氧基环戊基醚，4，5-环氧环己烷与1，2-二甲酸二缩水甘油脂、二氧化双环戌基醚或上述环氧衍生物;固化剂可选用脂肪胺类，如：乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、已二胺、间苯二甲胺;改性脂肪胺类，如：β-羟基乙二胺、二乙基三胺与丁基缩水甘油醚，β-氰乙基化二乙烯三胺;芳香胺类：如间苯二胺，4，4′-二氨基二苯甲烷，4，4′-二氧基二苯砜、间氨基苄胺;酸酐类固化剂，如邻苯二甲酸酐及基衍生物或咪唑类及其衍生物，如：咪唑、二甲基咪唑、2-乙基4-甲基咪唑，2-甲基咪唑与丁基缩水甘油醚、乙甲咪唑与异辛基缩水甘油醚;交联剂可选用有机硅类偶联剂;增韧剂可选用聚砜、聚硫、聚酚氧树脂、聚酯类等;稀释剂可选用甘油、苯、二甲苯、松节油、丙酮、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯;填料可选用石棉、炭黑、石墨、二氧化硅、玻璃纤维、金属氧化物或金属（铜、铝、铁）的细粉。如粘合剂中加入活化剂可选用SnCl2·2H2O，FeCl3·6H2O，ZnCl2·15H2O或SrCl2·6H2O等。上述粘合剂的各种组份按比例称取混合后，充分搅拌均匀，如需要加填料时再加入一定比例填料混均后即可作为粘合剂使用。
利用上述配制的粘合剂可进行浇铸分离器的环氧封头或环氧树脂管板，粘合剂配制和浇铸工序中应在室温（25℃）至最初固化温度内进行，浇铸工序没有特殊的技术要求，但浇铸后的高温固化工序应在程序升温或梯度升温方式下进行，并保持一定的固化时间。所谓程序升温式固化是以0.5～2℃/小时升温速度连续升到固化温度80～150℃下进行固化，固化时间不少于20小时;所谓梯度升温方式固化是以不少于两个温度段内进行固化，在最后固化温度进行固化时间不少于10小时，其它升温固化段内不少于2小时，梯度升温范围可选10～30℃温度级差进行各级升温固化，例如：初温段20～50℃，后70～90℃、100～120℃、130～150℃等段，但最终固化温度不应高于150℃，可在80～150℃范围内选择，即梯度升温式固化一般可选2～5段进行。下面通过实例对本发明的技术给予进一步详细说明。
实例1～4中空纤维N2-H2分离器环氧封头制备。
1、环氧树脂粘合剂按下重量百分比配制：双酚A型环氧树脂（商品616＃环氧树脂，无锡树脂厂）：75%;酸酐类固化剂（商品NF-341，天津津东化工厂）：8%;有机硅类交联剂（商品KH-550，营口盖县化工厂）：1%;增韧剂聚砜10%，聚酯5%;稀释剂丙酮：1%。粘合剂浇铸后采用三段梯度升温式固化：50℃，30小时;75℃，30小时;最终95℃，10小时，制成封头1。
2、环氧树脂粘合剂按下重量百分比配制：二氧化双环戊基醚（商品400＃环氧树脂，天津津东化工厂）：55%;2-乙基4甲基咪唑：33%;有机硅类交联剂（商品KH560，上海跃华玻璃厂）1%;增韧剂聚硫5%，聚酯5%;稀释剂二甲苯1%;活化剂ZnCl2·15H2O0.70%。粘合剂浇铸后采用二段梯度升温式固化;初温段40℃，48小时;终温段110℃20小时，制成封头2。
3、环氧树脂粘合剂按下重量百分比配制：4，5-环氧乙烷与1，2-二甲酸二缩水甘油脂（商品TDE-85，天津津东化工厂）50%;酸酐类固化剂（商品308＃酸酐，上海新华树脂厂）39%，有机硅类交联剂（商品KH570，天津试剂一厂）1%，增韧剂聚砜5%，聚酯5%;稀释剂甘油1%，填料铁粉200%。
粘合剂浇铸后采用程序升温式固化以1℃/小时速度由初温30℃升至120℃固化20小时，得封头3。
4、环氧树脂粘合剂按下重量百分比配制：双-2，3-环氧基环戊基醚（商品W-95环氧树脂，天津津东化工厂）40%;固化剂乙二烯三胺47%;有机硅类交联剂（商品KH550，营口盖县化工厂）2%;增韧剂聚砜5%，聚酯5%;稀释剂甘油1%。
粘合剂浇铸后采用5段梯度升温式固化，以40℃4小时，60℃10小时，75℃10小时，85℃12小时，最终段120℃12小时，制得封头4。
实例5，所用粘合剂及分离器环氧封头性能
利用实例1～4提供的粘合剂和制备的封头进行性能测试，测试项目按相应国家标准进行，其结果如表1、表2。
表1，粘合剂性能
粘合剂 弹性强度 剪切强度 抗压强度 热变强度
（70℃）MPa (25℃)MPa (25℃)MPa ℃
实例1 60 18.2 96.9 92
实例2 70 18.0 110 95
实例3 140 12.0 158 132
实例4 80 17.0 142 115
表2 分离器封头性能
分离器封头 环氧封头规格 耐温 耐压
（φCm) ℃ MPa
封头1 2.5 55 8.0
封头2 10 55 8.0
封头3 10 70 12.0
封头4 2.5～20 60 11.0
由上述实例，利用本发明提供的技术制备的中空纤维N2-H2膜分离器的环氧封头（同样可制备环氧树脂管板），具有机械和耐压强度高，使用温度范围宽等优点，采用这种技术所组装成的分离器可充分发挥膜的渗透、分离性能，具有广泛的工业实际应用价值。
Claims (2)
1、一种中空纤维N2-H2膜分离器环氧封头的制备方法，它是采用环氧树脂粘合剂、粘合剂浇铸后采用高温固化工艺，其特征在于粘合剂是按下列重量百分比配制而成的：
环氧树脂：30～80%；固化剂：5～50%；交联剂：1～5%；增韧剂：5～20%；稀释剂：1-10%；填料0～300%(按配方总量比)；固化工艺采用程序升温或梯度升温方式进行，所谓程序升温式固化是以0.5～2℃/小时升温速度连续升到固化温度80～150℃下进行固化；而梯度升温式固化是以不少于两个温度段内进行固化，最终固化温度不应高于150℃，可在80～150℃选择。
2、按照权利村注1所述的制备方法，其特征在于环氧树脂粘合剂中也可加有少量活性剂，其含量为0～1%，活性剂可选用SnCl2·2H2O，FeCl3·6H2O·ZnCl2·15H2O或SrCl2·6H2O。
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