一种基于微流控的中空纤维的制备方法技术

本发明专利技术具体涉及一种基于微流控的中空纤维的制备方法，包括以下步骤：选择材料：材料包括：第一溶剂，第一聚合物，第二溶剂，第二聚合物；其中：第一聚合物能够溶解在第一溶剂中生成混合液A，第二聚合物能够溶解在第二溶剂生成混合液B，第一溶剂能够溶解在第二溶剂中，第一聚合物在第二溶剂中不相溶；混合液A与混合液B互不相溶的；通过注射泵推动混合液A和混合液B经过核壳微通道注入水中，经核壳微通道进入水中的溶液呈柱状，用滚筒收集器进行缠绕收集产生的柱状纤维；将收集好的柱状纤维去除内层物质即可得到第一聚合物的中空纤维。本发明专利技术工艺简单方便，而且制备出的中空纤维的稳定性好，直径可以调整，具有良好的物理性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控的中空纤维的制备方法
本专利技术涉及复合材料技术及微流控领域，更具体是涉及一种基于微流控的中空纤维的制备方法。
技术介绍
微流控指的是使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体（体积为纳升到阿升）的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征。中空纤维是中空纤维膜的重要组件，中空纤维膜相比传统管式或平板构型的膜组件具有以下优点：高填装密度，单位体积膜有效分离面积大，成本低，单位体积膜小号原料少，低传质阻力，单位膜面积上分离通量更高等。而相应的中空纤维膜分离技术具有能耗低和效率高等优点，已经为人类创造了巨大利益。从20世纪60年代开始到现在，中空纤维的制备技术己经发展得比较完善，按照分离机理的不同，可分为非溶剂致相分离、蒸发致相分离和热致相分离。干－湿法纺丝是一种溶液相转化法，利用的是非溶剂致相分离的原理。就目前形势而言，制备空心纤维方法仅止步于干-湿法纺丝，而未涉及新兴领域，本专利主要利用微流控手段进行制备中空纤维，可以有效的解决现有技术所制备出的纤维直径大，纤维表面不平划等特点。
技术实现思路
1、所要解决的技术问题：本专利技术提供一种基于微流控的中空纤维的制备方法，利用微流控技术，可以有效的缩小制备出纤维的直径，而且使纤维表面规整。2、技术方案：一种基于微流控的中空纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤一、选择材料：材料包括：第一溶剂，第一聚合物，第二溶剂，第二聚合物；其中：第一聚合物能够溶解在第一溶剂中生成混合液A，第二聚合物能够溶解在第二溶剂生成混合液B，第一溶剂能够溶解在第二溶剂中，第一聚合物在第二溶剂中不相溶；混合液A与混合液B互不相溶的。步骤二、配备溶液：将第二聚合物与第二溶剂的混合生成混合液B；将第一聚合物与第一溶剂的混合生成混合液A；将上述配置出的A、B两种混合液分别利用超声去除气泡。步骤三、搭建实验装置；所述实验装置包括[S1]双通道注射泵、两个注射器、两根软管、核壳微通道、滚筒收集器和放有水的容器。所述核壳微通道包括两个入口、一个出口与两条横截面积不同的筒状通道；两个入口分别与两个筒状通道相连；两个筒状通道向下延升的形状为V型，并且在V型的底部两个筒状通道相交，相交后横截面积大的筒状通道套住横截面积小的筒状通道，使在两条筒状通道里的流体分隔开，最后使流体同时从出口流出；在核壳微通道中：横截面积小的筒状通道为核壳微通道的内部通道；横截面积大的筒状通道为核壳微通道的外部通道，两条筒状通道相交后中心轴重合。所述注射泵推动两个注射器活塞移动；所述每个注射器的出口通过一根软管与核壳微通道的入口相连；所述核壳微通道悬置于水中，所述核壳微通道的出口在水中；滚筒收集器收集从核壳微通道出口的物质。步骤四、准备阶段：两只注射器各吸取步骤一中配置出来的混合液A和混合液B中的一种；将两只注射器置于注射泵上；吸收混合液B的注射器与核壳微通道反应器内部通道相连；吸收混合液A的注射器与核壳微通道反应器外部通道相连。步骤五、反应过程：启动注射泵，在注射泵的推动下混合液B沿核壳微通道的内部通道流动，混合液A沿核壳微通道的外部通道流动；混合液A与混合液B在核壳微通道的作用下共同形成的产物从核壳微通道出口流出至水中固化形成柱状纤维；[S2]利用滚筒收集器进行缠绕收集产生的柱状纤维；将收集好的柱状纤维在第二种溶剂或水中浸泡12h去除内层物质即可得到第一聚合物的中空纤维。进一步地，所述第一溶剂为DMF，第一聚合物为聚氨酯，第二溶剂为水，第二聚合物为聚丙烯酸钠。进一步地，所述第一溶剂为DMF，所述第一聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯，所述第二溶剂为氯化钙水溶液，所述第二聚合物为海藻酸钠。进一步地，所述第一溶剂为DMAc液体，所述第一聚合物为聚偏氟乙烯，所述第二溶剂为乙醇，所述第二聚合物为聚乙烯吡咯烷酮；进一步地，所述核壳形式微通道反应器的粗细能够根据需要调整。进一步地，在上述步骤五中，在启动注射泵时，注射泵的推动速度先慢，待流体稳定流动后再变化流速。3、有益效果：（1）本专利技术是采用的原料为聚氨酯的DMF溶液、聚丙烯酸钠的水溶液等等，其原材料皆为常见的材料，并无特殊要求。（2）本专利技术对环境要求不高，并且制备方法简单方便，制备出的产品稳定性好，具有轻质、高强等优点。（3）本专利技术采用方法可以实现对中空纤维的直径进行有效的控制，通过根据需要调整微通道的内外直径从而改变中空纤维的直径，其可控性非常好，误差小。附图说明图1为实现本专利技术产生中空纤维过程的实验示意图（材料为聚氨酯、DMF溶液、聚丙烯酸钠、水）；图2为本专利技术中采用的核壳微通道结构示意图；图3为本专利技术产生的中空纤维样貌图；图4为其他常见的中空纤维样貌图。具体实施方式下面结合附图来对本专利技术进行说明：附图1为实现本专利技术产生中空纤维过程的实验示意图，如附图1所示是以聚氨酯的DMF溶液、聚丙烯酸钠的水溶液为原料，水作为凝固剂，通过注射泵推动聚氨酯和聚丙烯酸钠溶液经过核壳微通道注入水中，经核壳微通道进入水中的聚氨酯的DMF溶液呈柱状，外层直接与水接触直接固化，内层与聚丙烯酸钠水溶液接触而固化，利用转动的滚筒进行缠绕收集，后浸泡12h去除内层聚丙烯酸钠即可得到聚氨酯中空纤维。附图2本专利技术中采用的核壳微通道结构示意图，从图中可以看出，通过该通道的流体最后出来的是具有内外层结构的产物。如附图2和3所示为本方法产生的中空纤维与常见的其他中空纤维的结构进行对比，可以看出本方法产生是中空纤维表面更规整，并且中空纤维的直径可调整。具体实施例：实施例1：原料为聚丙烯酸钠水溶液、聚甲基丙烯酸甲酯的DMF溶液水作为凝固剂；它包括如下具体的方法步骤：a.配备质量分数为2.5％的聚丙烯酸钠水溶液、质量分数为5％的聚甲基丙烯酸甲酯的DMF溶液，再超声去除气泡；b.搭建实验装置；c.用注射器分别吸取聚丙烯酸钠溶液和聚甲基丙烯酸甲酯溶液，并置于注射泵上，注射器与微通道用软管连接，在微通道中，聚丙烯酸钠水溶液走内部通道，聚甲基丙烯酸甲酯的DMF溶液走外部通道，微通道悬置于水中；d.启动注射泵，溶液经核壳形式微通道后形成核壳形式的纤维，聚甲基丙烯酸甲酯外层与水接触瞬间固化，内层与聚丙烯酸钠溶液接触瞬间固化，利用转动的滚筒进行缠绕收集，后在水中浸泡12h去除内层聚丙烯酸钠即可得到聚甲基丙烯酸甲酯中空纤维。实施例2：原料为聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液、聚偏氟乙烯DMAc溶液，乙醇作为凝固剂；它包括如下具体的方法步骤：a.配备质量分数为2.5％的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液、质量分数为5％的聚偏氟乙烯DMAc溶液，再超声去除气泡；b.搭建实验装置；c.用注射器分别吸取聚偏氟乙烯溶液和聚乙烯吡咯烷酮溶液，并置于注射泵上，注射器与微通道用软管连接，在微通道中，聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液走内部通道，聚偏氟乙烯的DMAc溶液走外部通道，微通道悬置于水中；d.启动注射泵，溶液经微通道后形成核壳形式的纤维，聚偏氟乙烯外层与乙醇接触瞬间固化，内层与聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液接触瞬间固化，利用转动的滚筒进行缠绕收集，后在水中浸泡12h去除内层聚乙烯吡咯烷酮即可得到聚偏氟乙烯中空纤维。在上述的配备过程中可以看出两种混合液的配比大小主要是根据溶剂在溶液中溶解度来进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控的中空纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选择材料：材料包括：第一溶剂，第一聚合物，第二溶剂，第二聚合物；其中：第一聚合物能够溶解在第一溶剂中生成混合液A，第二聚合物能够溶解在第二溶剂生成混合液B，第一溶剂能够溶解在第二溶剂中，第一聚合物在第二溶剂中不相溶；混合液A与混合液B互不相溶的；步骤二、配备溶液：将第二聚合物与第二溶剂的混合生成混合液B；将第一聚合物与第一溶剂的混合生成混合液A；将上述配置出的A、B两种混合液分别利用超声去除气泡；步骤三、搭建实验装置；所述实验装置包括可调速式注射泵、两个注射器、两根软管、核壳微通道、滚筒收集器和放有水的容器；所述核壳微通道包括两个入口、一个出口与两条横截面积不同的筒状通道；两个入口分别与两个筒状通道相连；两个筒状通道向下延升的形状为V型，并且在V型的底部两个筒状通道相交，相交后横截面积大的筒状通道套住横截面积小的筒状通道，使在两条筒状通道里的流体分隔开，最后使流体同时从出口流出；在核壳微通道中：横截面积小的筒状通道为核壳微通道的内部通道；横截面积大的筒状通道为核壳微通道的外部通道，两条筒状通道相交后中心轴重合；所述注射泵推动两个注射器活塞移动；所述每个注射器的出口通过一根软管与核壳微通道的入口相连；所述核壳微通道悬置于水中，所述核壳微通道的出口在水中；滚筒收集器收集从核壳微通道出口的物质；步骤四、准备阶段：两只注射器各吸取步骤一中配置出来的混合液A和混合液B中的一种；将两只注射器置于注射泵上；吸收混合液B的注射器与核壳微通道反应器内部通道相连；吸收混合液A的注射器与核壳微通道反应器外部通道相连；步骤五、反应过程：启动注射泵，在注射泵的推动下混合液B沿核壳微通道的内部通道流动，混合液A沿核壳微通道的外部通道流动；混合液A与混合液B在核壳微通道的作用下共同形成的产物从核壳微通道出口流出至水中固化形成柱状纤维；待溶液稳定流动，去除原先不规则纤维后利用滚筒收集器进行缠绕收集产生的柱状纤维；将收集好的柱状纤维在第二种溶剂或水中浸泡12h去除内层物质即可得到第一聚合物的中空纤维。...

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控的中空纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选择材料：材料包括：第一溶剂，第一聚合物，第二溶剂，第二聚合物；其中：第一聚合物能够溶解在第一溶剂中生成混合液A，第二聚合物能够溶解在第二溶剂生成混合液B，第一溶剂能够溶解在第二溶剂中，第一聚合物在第二溶剂中不相溶；混合液A与混合液B互不相溶的；步骤二、配备溶液：将第二聚合物与第二溶剂的混合生成混合液B；将第一聚合物与第一溶剂的混合生成混合液A；将上述配置出的A、B两种混合液分别利用超声去除气泡；步骤三、搭建实验装置；所述实验装置包括可调速式注射泵、两个注射器、两根软管、核壳微通道、滚筒收集器和放有水的容器；所述核壳微通道包括两个入口、一个出口与两条横截面积不同的筒状通道；两个入口分别与两个筒状通道相连；两个筒状通道向下延升的形状为V型，并且在V型的底部两个筒状通道相交，相交后横截面积大的筒状通道套住横截面积小的筒状通道，使在两条筒状通道里的流体分隔开，最后使流体同时从出口流出；在核壳微通道中：横截面积小的筒状通道为核壳微通道的内部通道；横截面积大的筒状通道为核壳微通道的外部通道，两条筒状通道相交后中心轴重合；所述注射泵推动两个注射器活塞移动；所述每个注射器的出口通过一根软管与核壳微通道的入口相连；所述核壳微通道悬置于水中，所述核壳微通道的出口在水中；滚筒收集器收集从核壳微通道出口的物质；步骤四、准备阶段：两只注射器各吸取步骤一中配置出来的混合液A和混合液B中的一种；将两只注射器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学梅，刘蔡华，
申请(专利权)人：南京科技职业学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32