CN111545081A - 一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法 - Google Patents

一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，该方法为将聚四氟乙烯带状膜包缠在聚四氟乙烯中空纤维外壁上，采用外层浸渍方式在涂覆浸渍液中浸渍后再穿过两导轮之间的间隙，然后在280℃‑360℃下热处理，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜，将处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇的混合溶液中处理，然后干燥，得到高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜。本发明的高强度高通量复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法制备的聚四氟乙烯中空纤维膜具有过滤孔径小、过滤精度高、高孔隙率、高过滤通量、高强度的优点，具有优异的抗污染性和高通量性能。

Description

一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法
技术领域
本发明涉及中空纤维膜技术领域，具体来说，涉及一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法。
背景技术
应用在市政给水及污水处理、工业用水及废水回用、精密电子工业以及食品、医疗、能源、环境保护等领域的过滤器，其关键是过滤材料，中空纤维膜过滤器是利用膜连续结构之间的开孔进行液体分离，即滤膜过滤。中空纤维膜孔径的均匀分布保证了其他种类的过滤膜不能相比的稳定过滤性能，聚四氟乙烯对酸、碱、有机溶剂以及高温环境都具有良好耐受性。聚四氟乙烯产品的多孔结构使其在过滤领域中显现出优异性能。但聚四氟乙烯多孔膜在过滤微粒的过程中易发生因微粒堵塞膜孔而使得过滤流速和通量下降、过滤性能降低的现象。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将由聚四氟乙烯平板膜分切得到的聚四氟乙烯带状膜包缠在聚四氟乙烯中空纤维外壁上，得到包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（2）孔径修饰剂处理：将聚全氟乙丙烯(FEP)分散浓缩液用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，将步骤（1）中包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜采用外层浸渍方式在所述涂覆浸渍液中浸渍后再穿过两导轮之间的间隙，两导轮之间的间隙比聚四氟乙烯中空纤维膜外径小2%-20%，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜在280℃-360℃下热处理，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）表面亲水稳定剂处理：将步骤（2）得到的处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇体积比为1:1的混合溶液中处理，然后干燥，得到高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜。
优选地，步骤（2）中两导轮之间的间隙比聚四氟乙烯中空纤维膜外径小5%-10%。
优选地，所述聚四氟乙烯平板膜为单向拉伸聚四氟乙烯平板膜或双向拉伸聚四氟乙烯平板膜，孔径范围为0.02-0.5μm、厚度为5-100μm，根据需要选择不同种类的聚四氟乙烯平板膜作为分离层，使用灵活方便。
优选地，所述聚四氟乙烯中空纤维（即支撑层）的内径为0.5mm-4mm，所述聚四氟乙烯中空纤维的外径为1mm-6mm，这种结构的支撑层结构强度和过滤性能好。
优选地，所述聚四氟乙烯中空纤维的孔隙率为70-90%，孔径范围为0.5-2μm，有利于保证过滤效果，如果支撑层的孔隙率低于50%，则聚四氟乙烯中空纤维膜的过滤通量低；如果支撑层的孔隙率高于90%，则支撑层的强度不够。
优选地，所述聚全氟乙丙烯分散浓缩液的固含量为50％，所述涂覆浸渍液中聚全氟乙丙烯的含量为10wt％，水的含量为80wt％，乙醇的含量为10wt％。
优选地，包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜采用外层浸渍方式在所述涂覆浸渍液中浸渍的时间为15s。
本发明的有益效果：本发明的高强度高通量复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法通过孔径修饰剂处理及表面亲水稳定剂处理，从而使得制备的聚四氟乙烯中空纤维膜具有过滤孔径小、过滤精度高、高孔隙率、高过滤通量、高强度的优点，具有优异的抗污染性和高通量性能，在过滤微粒的过程中不发生因微粒堵塞膜孔而使得过滤流速和通量下降、过滤性能降低的现象，同时分离层与支撑层的粘结效果得到了改善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
（1）将平均孔径0.07μm，厚度20μm的聚四氟乙烯单向拉伸平板膜分切成10mm的聚四氟乙烯带状膜；将聚四氟乙烯带状膜螺旋包缠在平均孔径为1μm、内径为1.5mm、外径为2mm、孔隙率为76%的聚四氟乙烯中空纤维外壁上，得到包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（2）孔径修饰剂处理：将固含量为50％的聚全氟乙丙烯(FEP)分散浓缩液用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，涂覆浸渍液中聚全氟乙丙烯的含量为10wt％，水的含量为80wt％，乙醇的含量为10wt％，将聚四氟乙烯中空纤维膜采用外层浸渍方式在所制备的涂层液中浸渍15s，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜穿过两导轮之间的间隙，两导轮之间的间隙呈圆形且比聚四氟乙烯中空纤维膜外径小2%，之后聚四氟乙烯中空纤维膜在280℃下热处理，得到包缠在支撑层上的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）表面亲水稳定剂处理：亲水稳定剂（河北中创蓝星LANXU-60M PTFE表面处理剂）与乙醇按体积比为1:1混合，超声处理10min，得到混合溶液，步骤（2）制得的聚四氟乙烯薄膜置于混合溶液中，40℃处理2h；将处理后的聚四氟乙烯薄膜40℃干燥20h，得到高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜。
实施例2
一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将平均孔径0.3μm，厚度25μm的聚四氟乙烯双向拉伸平板膜分切成15mm的聚四氟乙烯带状膜；将聚四氟乙烯带状膜螺旋包缠在平均孔径为3μm、内径为1mm、外径为1.5mm、孔隙率为80%的聚四氟乙烯中空纤维外壁上，得到包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（2）孔径修饰剂处理：将固含量为50％的聚全氟乙丙烯(FEP)分散浓缩液用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，涂覆浸渍液中聚全氟乙丙烯的含量为10wt％，水的含量为80wt％，乙醇的含量为10wt％，将聚四氟乙烯中空纤维膜采用外层浸渍方式在所制备的涂层液中浸渍15s。然后将聚四氟乙烯中空纤维膜穿过两导轮之间的间隙，两导轮之间的间隙呈圆形且比聚四氟乙烯中空纤维膜外径小20%，之后聚四氟乙烯中空纤维膜在360℃下热处理，得到包缠在支撑层上的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）表面亲水稳定剂处理：亲水稳定剂（河北中创蓝星LANXU-60M PTFE表面处理剂）与乙醇按体积比为1:1混合，超声处理10min，得到混合溶液，步骤（2）制得的聚四氟乙烯薄膜置于混合溶液中，40℃处理2h；将处理后的聚四氟乙烯薄膜40℃干燥20h，得到高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜。
实施例3
一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将平均孔径0.4μm，厚度30μm的聚四氟乙烯双向拉伸平板膜分切成10mm的聚四氟乙烯带状膜；将聚四氟乙烯带状膜螺旋包缠在平均孔径为5μm、内径为2mm、外径为3mm、孔隙率为85%的聚四氟乙烯中空纤维外壁上，得到包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（2）孔径修饰剂处理：将固含量为50％的聚全氟乙丙烯(FEP)分散浓缩液用纯净水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，涂覆浸渍液中聚全氟乙丙烯的含量为10wt％，水的含量为80wt％，乙醇的含量为10wt％，将聚四氟乙烯中空纤维膜采用外层浸渍方式在所制备的涂层液中浸渍15s，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜穿过两导轮之间的间隙，两导轮之间的间隙呈圆形且比聚四氟乙烯中空纤维膜外径小10%，之后聚四氟乙烯中空纤维膜在320℃下热处理，得到包缠在支撑层上的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）表面亲水稳定剂处理：亲水稳定剂（河北中创蓝星LANXU-60M PTFE表面处理剂）与乙醇按体积比为1:1混合，超声处理10min，得到混合溶液，步骤（2）制得的聚四氟乙烯薄膜置于混合溶液中，40℃处理2h；将处理后的聚四氟乙烯薄膜40℃干燥 20h，得到高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜。
实施例4
对实施例1-3制备的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的孔径大小、厚度以及水通量进行检测。其中，孔径的检测方法依据HY/T 051-1999 中空纤维微孔滤膜测试方法，厚度的检测方法依据GB/T 20220-2006 塑料薄膜和薄片样品平均厚度、卷平均厚度及单位质量面积的测定称量法（称量厚度），水通量的检测方法依据HY/T 051-1999 中空纤维微孔滤膜测试方法，具体结果见表1。
表1 高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜性能检测结果
实验组别 孔径大小 厚度 水通量
实施例1 0.07μm 20μm 1800L/（㎡．h）
实施例2 0.30μm 25μm 2500L/（㎡．h）
实施例3 0.40μm 30μm 4300L/（㎡．h）
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过熔融法和孔径修饰剂处理将分离层和支撑层牢牢地连接在一起，并配合孔径修饰剂处理，孔径修饰剂可以有效降低聚四氟乙烯中空纤维膜的孔径不均形和不稳定性，将聚四氟乙烯中空纤维膜孔径均匀控制在0.03-2.5μm之间，降低聚四氟乙烯的膜污染，再经过表面亲水稳定剂处理得到孔径均匀孔隙率达到78%以上的聚四氟乙烯中空纤维膜。本发明产品的制备方法无需采用破环性的表面活化处理，不影响聚四氟乙烯中空纤维膜孔径和孔隙率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将由聚四氟乙烯平板膜分切得到的聚四氟乙烯带状膜包缠在聚四氟乙烯中空纤维外壁上，得到包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（2）孔径修饰剂处理：将聚全氟乙丙烯分散浓缩液用水和乙醇稀释得到涂覆浸渍液，将步骤（1）中包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜采用外层浸渍方式在所述涂覆浸渍液中浸渍后再穿过两导轮之间的间隙，两导轮之间的间隙比聚四氟乙烯中空纤维膜外径小2%-20%，然后将聚四氟乙烯中空纤维膜在280℃-360℃下热处理，得到处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜；
（3）表面亲水稳定剂处理：将步骤（2）得到的处理后的聚四氟乙烯中空纤维膜置于亲水稳定剂与乙醇体积比为1:1的混合溶液中处理，然后干燥，得到高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜。
2.根据权利要求1所述的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中两导轮之间的间隙比聚四氟乙烯中空纤维膜外径小5%-10%。
3.根据权利要求1所述的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯平板膜为单向拉伸聚四氟乙烯平板膜或双向拉伸聚四氟乙烯平板膜。
4.根据权利要求1所述的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯中空纤维的内径为0.5mm-4mm，所述聚四氟乙烯中空纤维的外径为1mm-6mm。
5.根据权利要求1所述的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯中空纤维的孔隙率为70-90%。
6.根据权利要求1所述的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚全氟乙丙烯分散浓缩液的固含量为50％，所述涂覆浸渍液中聚全氟乙丙烯的含量为10wt％，水的含量为80wt％，乙醇的含量为10wt％。
7.根据权利要求1所述的高通量高强度复合聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于，包缠后的聚四氟乙烯中空纤维膜采用外层浸渍方式在所述涂覆浸渍液中浸渍的时间为15s。
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