CN110960988A

CN110960988A - 中空纤维膜封装方法

Info

Publication number: CN110960988A
Application number: CN201811143068.XA
Authority: CN
Inventors: 王旭
Original assignee: Beijing Apollo Ding Rong Solar Technology Co Ltd
Current assignee: Hanwa Technology Co ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: CN110960988B

Abstract

本发明提供了一种中空纤维膜封装方法，包括以下步骤：将多根中空纤维膜以所述多根中空纤维膜的多个第一端相互齐平的状态相互固定形成中空纤维膜集合，所述多根中空纤维膜的多个第一端共同形成所述中空纤维膜集合的第一集合端；将触***的封装胶压入所述中空纤维膜集合的所述第一集合端，所述封装胶包括挥发性溶剂；对所述第一集合端施加气流，使所述封装胶中挥发性溶剂挥发；对所述第一集合端施加外力，使所述多根中空纤维膜的所述多个第一端之间的所述封装胶脱落；以及将所述中空纤维膜集合的所述第一集合端的所述封装胶固化。

Description

中空纤维膜封装方法

技术领域

本发明涉及中空纤维膜领域，特别是涉及中空纤维膜封装方法。

背景技术

膜过滤是目前水处理和物质分离提纯中非常重要的应用。利用过滤级别的中空纤维膜丝，对液体及物料等进行过滤或分离，提高透过液的质量或提高浓缩液的质量。利用中空纤维膜技术的中空纤维膜组件被应用与各种膜过滤产品，其应用价值非常广泛，涉及化工、水处理、食品、医疗、生物工程、宇航等多个领域。

目前中空纤维膜组件可分为两种，一种是将中空纤维膜丝的两端用密封胶密封在容器内，单个中空纤维膜的一端封装并固定在容器内，另一端保持开放，以允许流体流入和/或流出膜端。另一种是单端固定中空纤维膜组件，这种中空纤维膜组件将中空纤维膜的一端固定在容器上，另一端作为自由端仅在膜丝端内部进行封装。单端固定中空纤维膜及组件具有更好的耐污染性，清洗维护周期更长。

单端固定中空纤维膜需将中空纤维膜自由端进行封装，传统的中空纤维膜自由端的封装方法是将中空纤维膜逐根封装，或一次封装若干根中空纤维膜。逐根封装效率太低，但一次封装若干根中空纤维膜时，封装胶在聚集的若干根中空纤维膜的端部容易粘连，封装后的若干根中空纤维膜难于分散，极大的影响了中空纤维膜自由端封装效果。

发明内容

基于此，有必要针对中空纤维膜自由端封装后分散困难的问题，提供一种中空纤维膜封装方法。

本发明提供一种中空纤维膜封装方法，包括以下步骤：

将多根中空纤维膜以所述多根中空纤维膜的多个第一端相互齐平的状态相互固定形成中空纤维膜集合，所述多根中空纤维膜的多个第一端共同形成所述中空纤维膜集合的第一集合端；

将触***的封装胶压入所述中空纤维膜集合的所述第一集合端，所述封装胶包括挥发性溶剂；

对所述第一集合端施加气流，使所述封装胶中挥发性溶剂挥发；

对所述第一集合端施加外力，使所述多根中空纤维膜的所述多个第一端之间的所述封装胶脱落；以及

将所述中空纤维膜集合的所述第一集合端的所述封装胶固化。

在其中一个实施例中，所述将触***的封装胶压入所述中空纤维膜集合的所述第一集合端的步骤包括：

将所述中空纤维膜集合水平放置；以及

将附着在基板上的触***的封装胶沿水平方向压入所述第一集合端。

在其中一个实施例中，所述封装胶还包括纳米级无机填料，所述纳米级无机填料的粒径小于100nm。

在其中一个实施例中，所述纳米级无机填料的质量百分含量为5％-8％。

在其中一个实施例中，所述纳米级无机填料为气相纳米二氧化硅。

在其中一个实施例中，所述挥发性溶剂为丙酮、丁酮、四氢呋喃、乙酸乙酯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述挥发性溶剂的质量百分含量为5％-15％。

在其中一个实施例中，所述挥发性溶剂为丙酮。

在其中一个实施例中，所述气流的流速为1m/s～5m/s。

在其中一个实施例中，所述封装胶从所述多个第一端向所述多根中空纤维膜中空内孔延伸的长度大于或等于8mm。

在其中一个实施例中，所述固化为室温固化或微波加热固化。

在其中一个实施例中，所述微波加热功率大于500W/m²。

在其中一个实施例中，所述封装胶为聚氨酯胶或环氧胶。

在其中一个实施例中，所述封装胶还包括能够防止固化后形成中空结构的防中空材料，所述防中空材料为增韧剂或预聚体。

在其中一个实施例中，所述中空纤维膜集合中中空纤维膜的根数大于500根。

本发明中空纤维膜封装方法，采用含有挥发性溶剂的触***的封装胶进行封装，利用气流使挥发性溶剂挥发，使封装胶的粘接力降低，可以容易的通过施加外力使所述多根中空纤维膜的所述多个第一端之间的封装胶脱落，由此所述多根中空纤维膜之间不再相互粘连，在解除固定后可自动分散开，从而解决了中空纤维膜自由端封装后分散困难的问题。

在优选的实施例中，本发明中空纤维膜封装方法单次封装根数可超过500根，单次封装时间可小于30秒，每万根中空纤维膜封装时间可小于15分钟，封装效率非常高，适合大批量工业化生产。

在优选的实施例中，本发明中空纤维膜采用耐腐蚀的环氧胶或聚氨酯胶作为封装胶，封装后的中空纤维膜可耐强酸强碱清洗，扩大了中空纤维膜的应用环境和范围。

附图说明

图1为本发明新型中空纤维膜封装方法过程示意图；

图2为未封装的中空纤维膜结构示意图；

图3为本发明中空纤维膜多孔膜壁截面扫描电镜照片；

图4为本发明封装胶渗入中空纤维膜多孔膜壁交联固化后的截面扫描电镜照片；

图5为本发明中空纤维膜封装后分散效果照片；

图6为本发明封装中空纤维膜的结构示意图；

图7为本发明封装中空纤维膜的第一端的截面图。

其中，中空纤维膜10，管体11，中空内孔12，第一端13，第二端14，封装中空纤维膜30，封装塞20，中空纤维膜集合50，第一集合端52，封装胶54，气流56。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种中空纤维膜封装方法，包括以下步骤：

S1、将多根中空纤维膜10以所述多根中空纤维膜10的多个第一端13相互齐平的状态相互固定形成中空纤维膜集合50，所述多根中空纤维膜的多个第一端13共同形成所述中空纤维膜集合的第一集合端52；

S2、将触***的封装胶54压入所述中空纤维膜集合50的所述第一集合端52，所述封装胶54包括挥发性溶剂；

S3、对所述第一集合端52施加气流56，使所述封装胶54中挥发性溶剂挥发；

S4、对所述第一集合端施加外力，使所述多根中空纤维膜10的所述多个第一端13之间的所述封装胶54脱落；以及

S5、将所述中空纤维膜集合50的所述第一集合端52的所述封装胶54固化。

本发明中空纤维膜封装方法，采用含有挥发性溶剂的触***的封装胶进行封装，利用气流使挥发性溶剂挥发，挥发性溶剂挥发后，封装胶的粘接力降低，可以容易的通过施加外力使所述多根中空纤维膜的所述多个第一端之间的封装胶脱落，由此所述多根中空纤维膜之间不再相互粘连，在解除固定后可自动分散开。

本发明实施例的方法可以用于任何类型的中空纤维膜。图2为封装之前的中空纤维膜10，包括具有中空内孔12的管体11、第一端13和第二端14。本发明实施例中优选的中空纤维膜10的内径为0.6-3mm。中空纤维膜10可以是微滤膜、超滤膜，可以采用聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚醚砜等高分子材料制成。所述微滤膜或超滤膜具有多孔结构，因此所述中空纤维膜10的膜壁为多孔膜壁，从图3可以看出，所述多孔膜壁上有许多的微孔。

在步骤S1中，多根中空纤维膜10的第一端13保持相互齐平。中空纤维膜集合50整体可以为圆柱状。优选的，在距第一端13较近的第一位置和较远的第二位置通过固定元件40固定所述多根中空纤维膜，使所述多根中空纤维膜相互之间不能移动，形成中空纤维膜集合50。固定的方法优选可以是通过固定元件40捆扎。第一位置优选为距第一端13的距离为10mm至30mm，更优选为20mm，第二位置优选为距第一端13的距离为40mm至50mm，更优选为45mm。在中空纤维膜集合50中，相邻的中空纤维膜10之间可以相互接触后间隔一定距离设置，即使中空纤维膜10相互接触设置，由于中空纤维膜10为柔性，相互接触的中空纤维膜10之间仍然可以留有一定间隙。

所述中空纤维膜集合50中中空纤维膜10的根数优选大于500根。

在一实施例中，所述第一位置处的固定元件40在所述触***的封装胶54压入所述中空纤维膜集合50的第一集合端52之前可被拆下，以解除对中空纤维膜在第一位置处的固定。

所述封装胶54包括能够在固化过程中发生聚合反应的单体、低聚物和聚合物中的一种或多种，并包括用于溶解或分散所述单体、低聚物、聚合物的挥发性溶剂。在一些实施例中，所述封装胶54还包括附加组分，例如固化剂、稀释剂、稳定剂和促进剂中的一种或多种。

优选的，所述触***封装胶54还包括纳米级无机填料，所述纳米级无机填料的粒径小于100nm；更优选的，所述纳米级无机填料为气相纳米二氧化硅。在所述触***封装胶54中，所述纳米级无机填料的质量百分含量优选为5％-8％。正是由于所述纳米级无机填料纳米级颗粒的物理作用，形成所述触***的封装胶54。所述触***封装胶54仅在压力作用下才会流动。

在步骤S2中，优选的是，将所述中空纤维膜集合50水平放置，将附着在基板上的触***的封装胶54沿水平方向压入所述第一集合端52。

将所述触***封装胶54压入所述第一集合端52，所述触***封装胶54进入所述多根中空纤维膜10的中空内孔12，所述触***封装胶54从所述多个第一端13向所述多根中空纤维膜10的中空内孔12延伸的长度大于或等于6mm，更优选大于或等于8mm。所述封装胶54向中空纤维膜10的中空内孔12延伸的长度越长，所述封装胶54与中空纤维膜10膜壁结合的越牢固，中空纤维膜10封装的效果就越好。另外，所述触***封装胶54也会少量进入多根中空纤维膜10相邻的第一端13之间。少量进入多根中空纤维膜10相邻的第一端13之间的触***封装胶54不规则的粘接在第一端13上。区别于使用流动性大的封装胶54时将中空纤维膜10的第一端13竖直的浸入盛放有封装胶54的容器，触***的封装胶54可以附着在基板表面形成一层没有流动性的材料层，从而能够相对容易的控制施加在中空纤维膜集合50第一集合端52的封装胶54的量较少，尤其是使进入多根中空纤维膜10相邻的第一端13之间的封装胶54的量较少。

所述触***封装胶54中的挥发性溶剂在所述气流56的作用下，可以很快挥发。优选的，所述挥发性溶剂为丙酮、丁酮、中的至少一种。更优选的，所述挥发性溶剂为丙酮。在所述触***封装胶54中，所述挥发性溶剂的质量百分含量优选为5％-15％。

在一实施例中，所述封装胶54可进一步包括无机增强粉体，例如纳米分子筛和亚纳米空心微球中的至少一种，用于提高封装胶54固化后的强度。

在一实施例中，所述封装胶54还包括用于防止封装胶54固化后产生中空结构的防中空材料，优选为分子量较高的有机组分，在具体的实施例中，所述防中空材料可包括增韧剂或预聚体中的至少一种。由于触***封装胶54的施加量有限，部分封装胶54有可能渗入中空纤维膜10的多孔膜壁内部，从而在原位置形成孔洞，当原本位于中空纤维膜10的中空内孔12的封装胶54渗入中空纤维膜的多孔膜壁内部，容易造成封装不严的问题。通过增加防中空材料的比例，相应减少封装胶54中分子量较小的单体和低聚物的用量，能够避免过多封装胶54渗入中空纤维膜的多孔膜壁内部造成封装不严的问题。防中空材料优选能够在固化过程中与其他单体、低聚物和/或聚合物发生聚合反应，形成稳定的交联聚合结构。所述防中空材料在所述封装胶54中的质量百分含量优选为10％至15％。所述防中空材料的质量百分含量优选为10％-15％。

所述封装胶54优选为聚氨酯胶或环氧胶。聚氨酯胶或环氧胶可以使中空纤维膜的封装可耐强酸或强碱，使封装中空纤维膜更适合不同环境中的应用。

所述封装胶54通过调节原料种类和配比可以改变活性(即室温固化所需时间)、固化后的硬度和耐腐蚀性，以适用于不同类型和应用于不同领域的中空纤维膜10。现有的中空纤维膜10按制膜原理不同可分为热法中空纤维膜和湿法中空纤维膜两类。热法中空纤维膜是通过热致相分离法制备的中空纤维膜。湿法中空纤维膜是通过干-湿法纺制技术制备的中空纤维膜。

在一个实施例中，所述封装胶54为聚氨酯胶，所述聚氨酯胶的组分优选包括聚烯烃多元醇、聚醚多元醇、改性多异氰酸酯、挥发性溶剂、纳米级无机填料、防中空材料、无机增强粉体、稀释剂、稳定剂及促进剂。

优选的，纳米级无机填料的质量百分含量为5％-8％，挥发性溶剂的质量百分含量为5％-10％，防中空材料的质量百分含量为10％-15％，聚烯烃多元醇的质量百分含量为10％-15％，聚醚多元醇的质量百分含量为20-30％，改性多异氰酸酯的质量百分含量为10％-15％。

所述挥发性溶剂优选为丙酮，所述纳米级无机填料优选为气相纳米二氧化硅，所述防中空材料优选为分子量为5000-6000的聚氨酯弹性体，所述无机增强粉体为分子筛。

使用时将所述聚氨酯胶的各组分混合均匀至触变。所述聚氨酯胶固化后的硬度可达50-60D，室温条件下固化所需时间为4h。所述聚氨酯胶适用于热法中空纤维膜10。

在一个实施例中，所述封装胶54为聚氨酯胶，所述聚氨酯胶的组分优选包括聚烯烃多元醇、改性多异氰酸酯、二异氰酸酯、挥发性溶剂、纳米级无机填料、防中空材料、无机增强粉体、稀释剂、稳定剂及促进剂。

优选的，纳米级无机填料的质量百分含量为5％-8％，挥发性溶剂的质量百分含量为5％-10％，防中空材料的质量百分含量为10％-15％，聚烯烃多元醇的质量百分含量为30％-40％，改性多异氰酸酯的质量百分含量为10-15％，二异氰酸酯的质量百分含量为5-10％。

所述挥发性溶剂优选为丙酮，所述纳米级无机填料优选为气相纳米二氧化硅，所述防中空材料优选为分子量为8000-10000的聚氨酯弹性体，所述无机增强粉体优选为分子筛和亚纳米超细空心微球。

使用时将所述聚氨酯胶的各组分混合均匀至触变。所述聚氨酯胶固化后的硬度可达70-80D，室温条件下固化所需时间为3h。所述聚氨酯胶也适用于热法中空纤维膜10。

在一个实施例中，所述封装胶54优选为环氧胶，所述环氧胶的组分包括双酚A环氧树脂、改性双酚F多官能度环氧树脂、挥发性溶剂、纳米级无机填料、防中空材料、聚醚胺固化剂、脂环胺固化剂、稀释剂、稳定剂及促进剂。

优选的，纳米级无机填料的质量百分含量为5％-8％，挥发性溶剂的质量百分含量为10％-15％，防中空材料的质量百分含量为10-15％，双酚A环氧树脂的质量百分含量为30-45％，改性双酚F多官能度环氧树脂的质量百分含量为10-15％。

所述挥发性溶剂优选为丙酮，所述纳米级无机填料优选为气相纳米二氧化硅，所述防中空材料优选为耐高温环氧预聚体。

使用时将所述环氧胶的各组分混合均匀至触变。所述环氧胶固化后的硬度可达70-80D，室温条件下固化所需时间为1h。所述环氧胶适用于湿法中空纤维膜10。

少量的所述触***封装胶54进入所述多根中空纤维膜10的所述多个第一端13之间，由于所述多根中空纤维膜10的所述多个第一端13相互之间距离较近，而触***封装胶又有一定粘度，容易使所述多根中空纤维膜10的所述多个第一端13相互之间粘连在一起，所述触***封装胶54固化后所述中空纤维膜集合50中的中空纤维膜10不能容易的分散。

在步骤S3中，对所述第一集合端52施加气流56，使所述封装胶54中的溶剂快速挥发，粘度下降，粘接力降低。在优选的实施例中，由于所述封装胶54中含有质量百分含量在5％以上的纳米级无机填料，能够产生自润滑作用，在所述纳米级无机填料的自润滑作用下，所述多根中空纤维膜10相邻的第一端13之间的封装胶54可以容易的脱落。

在一实施例中，优选的所述气流56的流率为1m/s～5m/s，更优选的，所述气流56的流率为2m/s～3m/s。所述气流56可由强风***提供，例如风扇***。所述气流56的方向应尽量少的流向所述中空纤维膜的中空内孔，优选的，所述气流56的方向与所述中空纤维膜集合50的长度方向垂直，使所述多根中空纤维膜10的所述多个第一端13之间的所述封装胶54中的挥发性溶剂快速挥发，而不会影响所述中空纤维膜10的中空内孔12中的封装胶54中的挥发性溶剂，所述中空纤维膜10的中空内孔12中的封装胶54仍具有很好的粘接力，在固化交联时少量渗入所述中空纤维膜10多孔膜壁的微孔中，待进行步骤S5的操作后与所述中空纤维膜10多孔膜壁粘连，从而起到封装的作用。

在步骤S4中，本发明实施例对所述第一集合端50施加外力，使所述多根中空纤维膜的所述多个第一端之间的所述封装胶脱落。所述施加的外力可以是人工抖动或自动化器械振动所产生的力。

在步骤S5中，所述多个中空纤维膜10的所述多个第一端13之间的所述封装胶54脱落后，将所述中空纤维膜集合50的第一集合端52的所述封装胶54固化，所述固化可以为室温固化或微波加热固化。优选将中空纤维膜集合50的第一集合端52置于微波中加热以使所述封装胶54快速固化。固化过程中封装胶54中的有机组分发生交联聚合反应，形成不溶不融的高分子网络，无机组分被固定在聚合物高分网络中，形成封装塞20。封装胶54固化交联时以渗入中空纤维膜多孔膜壁的方式形成密封性封装，如图4所示，与图3对比可以看出，封装胶54部分进入中空纤维膜10的多孔膜壁的微孔中，图4中较亮的部分为封装胶54，较暗的部分为多孔膜壁，图4显示多孔膜壁的微孔中掺杂有较亮的封装胶54。

优选的，所述微波加热功率大于500W/m²，加热时间为2-3min。

在一实施例中，步骤S5中可以将多个所述中空纤维膜集合50同时置于微波中加热使所述封装胶54固化，优选的以10个所述中空纤维膜集合50同时置于微波中加热。

本发明所述新型中空纤维膜封装方法，单次封装时间小于30秒，每万根膜丝封装时间小于15分钟，封装效率远远高于现有技术的83小时/万根。

在一实施例中，所述新型中空纤维膜封装方法还包括将所述封装胶54固化后对所述中空纤维膜集合50进行拆解，使所述多根中空纤维膜10相互分离的步骤。具体的，可以拆除固定元件40，即可简单的使所述多根中空纤维膜10相互分离。

本发明所述中空纤维膜封装方法，封装后的效果如图5所示，可以看到所述中空纤维膜10可以有效的分散开，且由于挥发性溶剂挥发粘性降低以及纳米级无机填料的自润滑作用，通过简单的机械抖动即使第一端13外的封装胶54脱落，固化后的中空纤维膜10的第一端13外光洁，无残留的封装胶54附着。

请参阅图6和图7，本发明实施例还提供一种封装中空纤维膜30，所述封装中空纤维膜30包括中空纤维膜10以及固化后的封装塞20；

所述中空纤维膜10具有第一端13和第二端14；

所述第一端13被所述封装塞20封装，所述第二端14为开放端，所述封装塞20从所述第一端深入所述中空纤维膜10的中空内孔12中。

为了封装效果更好，所述封装塞20在所述中空内孔中延伸的长度优选大于或等于8mm。

本发明实施例封装塞20为圆柱状，所述封装塞20深入所述中空纤维膜10的中空内孔12中，并未延伸至中空纤维膜10第一端13外侧壁。

本发明实施例还提供一种单端固定中空纤维膜组件，包括所述封装中空纤维膜30。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种中空纤维膜封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述将触***的封装胶压入所述中空纤维膜集合的所述第一集合端的步骤包括：

将所述中空纤维膜集合水平放置；以及

3.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述封装胶还包括纳米级无机填料，所述纳米级无机填料的粒径小于100nm。

4.根据权利要求3所述的新型中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述纳米级无机填料的质量百分含量为5％-8％。

5.根据权利要求3所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述纳米级无机填料为气相纳米二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述挥发性溶剂为丙酮、丁酮、四氢呋喃和乙酸乙酯中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述挥发性溶剂的质量百分含量为5％-15％。

8.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述挥发性溶剂为丙酮。

9.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述气流的流速为1m/s～5m/s。

10.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述封装胶从所述多个第一端向所述多根中空纤维膜中空内孔延伸的长度大于或等于8mm。

11.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述固化为室温固化或微波加热固化。

12.根据权利要求11所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述微波加热功率大于500W/m²。

13.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述封装胶为聚氨酯胶或环氧胶。

14.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述封装胶还包括能够防止固化后形成中空结构的防中空材料，所述防中空材料为增韧剂或预聚体。

15.根据权利要求1所述的中空纤维膜封装方法，其特征在于，所述中空纤维膜集合中中空纤维膜的根数大于500根。