增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：1)利用二维编织技术或钩编技术将纤维长丝编织成中空管，以其作为增强体；2)将疏水性添加剂、甲苯二异氰酸酯、有机硅油、有机金属锡催化剂和胺类催化剂按照不同加入次序混合均匀，得到铸膜液；3)将步骤1)得到的增强体在蒸馏水中浸润，使其外表面充分润湿，得到预处理后的增强体；4)利用皮/芯复合纺丝工艺，将预处理后的增强体与铸膜液从环形喷丝头中共挤出，经水发泡、熟化，得到增强型海绵结构中空纤维膜。该方法利用原位聚合法制备具有海绵结构的吸油中空纤维多孔膜，改善功能层与支撑层之间界面结合强度，提高油水分离效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特殊分离
，特别是涉及一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法。
技术介绍
聚氨酯(PU)是聚氨基甲酸酯的简称，高分子化合物主链中含有较多重复单元氨基甲酸醋基团(-NHCOO-)或基团(-NHCOONH-)，是典型的多嵌段共聚物。全水聚氨酯发泡是以水为发泡剂，利用水与异氰酸酯反应生成CO2气体作为气体填充剂，填充到以异氰酸酯和聚醚多元醇反应生成的熔体中，这种发泡工艺过程被称为全水聚氨酯发泡，根据所用的原料不同和配方的变化，可以制成密度和孔径大小不同的聚氨酯海绵。由于应用领域不同，需要的孔径不等，因而聚氨酯软泡成了过滤材料最为理想的选择。聚氨酯可做成吸油材料，其利用泡孔的大小对被吸附的油有选择性，大孔吸收重油，小孔吸收轻油。因此，涌现一批使用聚氨酯海绵为基体，制备具有超疏水特性的油水分离材料的研究。中国台湾清华大学的Nguyen等和天津大学的高建平等均采用溶液浸渍法使商用的海绵表面覆盖上石墨烯片层，令海绵材料具有超疏水-超亲油特性，复合材料可吸收约自身重量40～165倍的有机溶剂或油品。意大利理工学院的Calcagnile等将氧化铁磁性纳米颗粒与PTFE粉末混合包裹于海绵表面形成超疏水磁性海绵材料，利用外界磁场驱动复合材料进行油水分离。目前，已有报道将石墨烯直接涂覆于海绵表面制得具有良好吸附性和油水选择性的石墨烯基吸油材料，然而，该表面石墨烯粘着牢度较小，所得材料的循环使用性能仍有待提高。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，其利用原位聚合法制备具有海绵结构的吸油中空纤维多孔膜，改善功能层与支撑层之间界面结合强度，提高油水分离效率。一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：1)利用二维编织技术或钩编技术将纤维长丝编织成中空管，以其作为增强体；2)任选以下两种方法之一配制铸膜液：方法①：将疏水性添加剂与甲苯二异氰酸酯(TDI)混合均匀，然后加入聚醚多元醇，在室温条件搅拌均匀，形成预聚体；继续加入有机硅油，搅拌至乳白色；在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌至均匀，得到铸膜液；方法②：将聚醚多元醇加入有机硅油，快速搅拌至乳白色，然后在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌，混合均匀，记为A组分；将疏水性添加剂在甲苯二异氰酸酯中均匀分散，得到B组分；将A、B组分混合均匀，得到铸膜液；所述疏水添加剂为石墨烯、碳纳米管或含氟聚合物中的任意一种或几种；3)将步骤1)得到的增强体在蒸馏水中浸润，使其外表面充分润湿，得到预处理后的增强体；4)利用皮/芯复合纺丝工艺，将所述预处理后的增强体与铸膜液从环形喷丝头中共挤出，所述铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面，经水发泡、熟化，得到所述增强型海绵结构中空纤维膜。优选，铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面后，置于水蒸汽氛围中，加速发泡，调节表面孔形貌。具体而言，按质量份数计，所述铸膜液中物质含量为：进一步，所述含氟聚合物为聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：1)利用二维编织技术或钩编技术将纤维长丝编织成中空管，以其作为增强体；2)任选以下两种方法之一配制铸膜液：方法①：将甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚醚多元醇在室温条件搅拌均匀，形成预聚体；然后加入有机硅油，搅拌至乳白色；在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌至均匀，得到铸膜液；方法②：将聚醚多元醇加入有机硅油，快速搅拌至乳白色，然后在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌，混合均匀；再加入甲苯二异氰酸酯，混合均匀，得到铸膜液；3)将步骤1)得到的增强体在蒸馏水中浸润，使其外表面充分润湿，得到预处理后的增强体；4)利用皮/芯复合纺丝工艺，将所述预处理后的增强体与铸膜液从环形喷丝头中共挤出，所述铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面，经水发泡、熟化，得到所述增强型海绵结构中空纤维膜。优选，铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面后，置于水蒸汽氛围中，加速发泡，调节表面孔形貌。具体而言，按质量份数计，所述铸膜液中物质含量为：进一步，所述有机金属锡催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡和油酸亚锡中的至少一种。进一步，所述胺类催化剂为三亚乙基二胺、三乙胺或N-乙基吗啉等中的至少一种。具体而言，步骤1)中所述纤维长丝为涤纶长丝、聚氨酯长丝或聚丙烯腈长丝。本专利技术采用原位聚合法制备具有海绵结构的吸油中空纤维多孔膜，提供了一种可用于过滤膜成孔的新方法，同时有效改善疏水性添加剂与支撑层之间界面结合强度，提高油水分离效率。附图说明图1为实施例6制得的增强型海绵结构中空纤维膜的横截面照片；图2为实施例6制得的增强型海绵结构中空纤维膜的斜截面照片；图3为实施例6制得的增强型海绵结构中空纤维膜的外表面照片。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行描述。实施例1一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，包括如下步骤：1)利用二维编织技术将涤纶纤维长丝编织成中空管，以其作为增强体；2)取62.73g甲苯二异氰酸酯(TDI)与100g聚醚多元醇(SEP-560D)混合均匀，在室温下以1000rpm/min的速度搅拌，继续加入有机硅油(L580)1.8g，强搅(1200rpm/min)至乳白后，加热至28～30℃，然后加入0.24g辛酸亚锡和0.37g三乙烯二胺，保持恒定的搅拌速度(1200rpm/min)，继续搅拌5～10s，使其混合均匀；得到铸膜液；3)将步骤1)得到的增强体在蒸馏水中进行浸润处理，浸润时间为10s，使其外表面充分润湿，得到预处理后的增强体；4)利用皮/芯复合纺丝工艺，将所述预处理后的增强体与铸膜液从环形喷丝头中共挤出，所述铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面，经水发泡、熟化，得到所述增强型海绵结构中空纤维膜。为了加速发泡，并调节制得膜的表面形貌，铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面后，还可置于水蒸汽氛围中，增加作为发泡剂的水的含量。性能检验：本实施例制得的增强型海绵结构中空纤维膜的孔隙率为83.2％，油通量为852.2L·m-2·h-1，对油水混合物的分离效率为45.6％，连续在0.1MPa压力下反冲洗4h，内外层无分离。孔隙率的测试方法为：采用干湿膜称重法测定中空纤维膜孔隙率,计算公式为ε(％)＝(W1-W2)/[(π/4)(D2-d2)lσ]×100％(1)其中W1为湿膜重(g)；W2为干膜重(g)；σ为水的密度(σ＝1g·cm-3)；D为膜外径(cm)；d为膜内径(cm)；l为膜长度(cm)。油通量的测试方法为：室温下，采用负压抽滤法，用津腾GM-0.5B隔膜真空泵测定样品煤油通量J(L/m2h)，按下式计算：J＝V/(A×t)(2)其中V为收集到油品体积(L)；A为样品有效面积(m2)；t为测试时间(h)。测试在压力为-0.01MPa下进行。油水分离实验：采用死端抽滤法测试油水分离性能。室温下将250mL活性红染色的蒸馏水和250mL煤油倒入量筒中，配制煤油/水混合物；将膜的一端密封，然后插入盛有油水混合物的量筒中，调整其位置至油水混合物高度约1/2处，另一端连接负压装置，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)利用二维编织技术或钩编技术将纤维长丝编织成中空管，以其作为增强体；2)任选以下两种方法之一配制铸膜液：方法①：将疏水性添加剂与甲苯二异氰酸酯(TDI)混合均匀，然后加入聚醚多元醇，在室温条件搅拌均匀，形成预聚体；继续加入有机硅油，搅拌至乳白色；在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌至均匀，得到铸膜液；方法②：将聚醚多元醇加入有机硅油，快速搅拌至乳白色，然后在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌，混合均匀，记为A组分；将疏水性添加剂在甲苯二异氰酸酯中均匀分散，得到B组分；将A、B组分混合均匀，得到铸膜液；所述疏水添加剂为石墨烯、碳纳米管或含氟聚合物中的任意一种或几种；3)将步骤1)得到的增强体在蒸馏水中浸润，使其外表面充分润湿，得到预处理后的增强体；4)利用皮/芯复合纺丝工艺，将所述预处理后的增强体与铸膜液从环形喷丝头中共挤出，所述铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面，经水发泡、熟化，得到所述增强型海绵结构中空纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)利用二维编织技术或钩编技术将纤维长丝编织成中空管，以其作为增强体；2)任选以下两种方法之一配制铸膜液：方法①：将疏水性添加剂与甲苯二异氰酸酯(TDI)混合均匀，然后加入聚醚多元醇，在室温条件搅拌均匀，形成预聚体；继续加入有机硅油，搅拌至乳白色；在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌至均匀，得到铸膜液；方法②：将聚醚多元醇加入有机硅油，快速搅拌至乳白色，然后在28～30℃条件下加入有机金属锡催化剂和胺类催化剂，继续搅拌，混合均匀，记为A组分；将疏水性添加剂在甲苯二异氰酸酯中均匀分散，得到B组分；将A、B组分混合均匀，得到铸膜液；所述疏水添加剂为石墨烯、碳纳米管或含氟聚合物中的任意一种或几种；3)将步骤1)得到的增强体在蒸馏水中浸润，使其外表面充分润湿，得到预处理后的增强体；4)利用皮/芯复合纺丝工艺，将所述预处理后的增强体与铸膜液从环形喷丝头中共挤出，所述铸膜液均匀涂覆在预处理后的增强体表面，经水发泡、熟化，得到所述增强型海绵结构中空纤维膜。2.如权利要求1所述增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，其特征在于按质量份数计，所述铸膜液中物质含量为：3.如权利要求1所述增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述含氟聚合物为聚全氟乙丙烯、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。4.一种增强型海绵结构中空纤维膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)利用二维编织技术或钩编技术将纤维长丝编织成中空管，以其作为增强体；2)任选以下两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖长发，吴艳杰，黄庆林，刘海亮，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12