一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，首先制得中空管状物增强体，再制备固态硫酸颗粒，并以PPTA树脂、致孔剂、纳米无机粒子和硫酸颗粒为原料配制高浓度PPTA铸膜液，再通过共挤出复合纺丝工艺，将高浓度PPTA铸膜液均匀复合在PPTA中空管状物的表面，固化成形后，得到异质纤维增强型PPTA中空纤维膜。本发明专利技术采用无溶剂硫酸颗粒技术使铸膜液体系由传统的固

【技术实现步骤摘要】
一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法


[0001]本专利技术属于膜分离
，具体是一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法。

技术介绍

[0002]聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)是一种典型的芳香族聚酰胺，采用PPTA制成的分离膜材料具有高亲水、耐高温、耐酸碱、耐溶剂、抗污染等特性，可广泛应用于化工、医药、生物、食品等领域污水分离纯化。然而其分解温度低于熔点，不能熔融纺丝成形；难溶于大部分常规有机溶剂，只溶于浓硫酸等，对加工设备及工艺控制要求高。随着近年来高性能对位芳纶全球市场的急速发展和市场需求量显著增加，对位芳纶下游产品如分离膜、电池隔膜等膜产品新一轮技术开发突破正在加速推进。
[0003]纤维增强型中空纤维膜是目前水处理领域应用最广泛的膜形式，其主要包括纤维长丝增强型中空纤维膜和编织管增强型中空纤维膜。纤维长丝增强型中空纤维膜是通过中空纤维喷丝组件的特殊设计，将长丝纤维束与成膜聚合物溶液同时挤出，在均质中空纤维膜成形过程中将长丝纤维束固定在中空纤维膜壁内部。申请号为202110406572.X的文献公开了一种纤维增强型芳香聚酰胺中空纤维膜的制备方法，可有效改善均质中空纤维膜拉伸断裂强度，不受内压式或外压式特定使用限制。但该方法成膜工艺难度高，需精确调控长丝纤维均匀分散嵌入膜壁，控制难度大，生产效率低。
[0004]纤维编织管增强型中空纤维膜是根据化学纤维皮/芯复合纺丝技术，将成膜聚合物溶液均匀涂覆在预先编织好的中空编织管外表面，通过非溶剂致相转化法使成膜聚合物与中空编织管成为一体。但是现有技术中，所得同质增强型PPTA中空纤维膜外径较粗(＞2mm)，膜组件装填密度低，渗透效率差。与此同时，PPTA表面分离层固含量浓度不高，在实际应用过程中仍存在表面分离层易脱落的现象，更为重要的是同质增强型PPTA中空纤维膜生产成本高，应用领域受到极大限制。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法。
[0006]本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007](1)制备增强体：将纤维长丝制成中空管状物；
[0008](2)制备硫酸颗粒：将浓度为98％～100％的液态硫酸降温至0～10℃，并向其中充入的气体，搅拌发泡；再迅速降至0℃以下冷冻凝固，形成发泡固态硫酸，粉碎后得到硫酸颗粒；
[0009](3)配制高浓度PPTA铸膜液：将PPTA树脂、致孔剂、纳米无机粒子和硫酸颗粒在固态下充分混合；随后在负压条件下升温至70～90℃在1500转/min下搅拌溶解，混合均匀形
成均一溶液，脱泡后得到高浓度PPTA铸膜液；
[0010](4)制备异质纤维增强型PPTA中空纤维膜：采用共挤出复合纺丝工艺，将高浓度PPTA铸膜液均匀复合在PPTA中空管状物的表面，固化成形后，得到异质纤维增强型PPTA中空纤维膜。
[0011]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
[0012](1)本专利技术首先制得中空管状物增强体，再制备固态硫酸颗粒，并以PPTA树脂、致孔剂、纳米无机粒子和硫酸颗粒为原料配制高浓度PPTA铸膜液，再通过共挤出复合纺丝工艺，将高浓度PPTA铸膜液均匀复合在PPTA中空管状物的表面，固化成形后，得到性能优异且价格低廉(低成本、高渗透通量、高分离精度及高界面结合强度)的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜。
[0013](2)本专利技术能够制备高浓度PPTA表面分离层铸膜液。采用无溶剂硫酸颗粒技术使铸膜液体系由传统的固
‑
液混合体系转变为固
‑
固混合体系，大大提高了硫酸与PPTA树脂粉末的接触面积，避免了PPTA溶解过程中的结块现象，减少树脂降解，进而提高了铸膜液混合均匀度，有效缩短溶解时间、提高溶解速率，实现均相高浓度PPTA铸膜液的制备，提升了异质增强型PPTA中空纤维膜的界面结合强度。
[0014](3)本专利技术保持了PPTA分离膜孔径小且分布窄(＜20nm)、耐高温(＞60℃)、超亲水(接触角＜60
°
)等特性的同时，制备工艺简单、使用成本低廉、调控因素温和、易控且生产效率高，可广泛应用于印染废水、水中病毒细菌提取、电子行业废液净化、中药药液纯化浓缩等复杂污水处理。
[0015](4)选择市场用量大且低成本的纤维长丝，降低了增强型PPTA中空纤维膜的使用成本。同时，中空纤维式自支撑性好，装填密度高，可提高纳滤膜渗透通量。
[0016](5)相较于受纤维纤度限制所得PPTA中空编织管外径较粗、自支撑性差，通过选取低细旦的纤维长丝，设计不同的增强体组织结构，制得自支撑度高、外径尺寸小的异质中空编织管，可有效增加膜面积。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的中空编织管的SEM形貌图；
[0018]图2为本专利技术的中空编织管增强的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的横截面SEM图；
[0019]图3为本专利技术的中空针织管的SEM形貌图；
[0020]图4为本专利技术的中空针织管增强的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的横截面SEM图。
具体实施方式
[0021]下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本专利技术权利要求的保护范围。
[0022]本专利技术提供了一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法(简称方法)，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0023](1)制备增强体：将纤维长丝制成中空管状物作为增强体；
[0024]优选地，步骤(1)具体是：采用二维编织技术或针织技术将纤维长丝制成中空编织管或中空针织管作为增强体。
[0025]优选地，步骤(1)中，纤维长丝为低成本纤维长丝，采用涤纶、锦纶、丙纶或醋酸纤维素纤维中的一种，纤度为50～400D。
[0026]优选地，步骤(1)中，中空管状物的外径为1～2mm，内径为0.8～1.8mm。
[0027](2)制备硫酸颗粒：将浓度为98％～100％的液态硫酸降温至0～10℃(优选4～8℃)，并在其保持低温液态下向其中充入的气体，搅拌发泡；再迅速降至0℃以下冷冻凝固，形成发泡固态硫酸，粉碎后得到固态的硫酸颗粒；
[0028]优选地，步骤(2)中，气体采用空气、氮气、氩气或二氧化碳。
[0029]优选地，步骤(2)中，充气压力为0.5～5MPa。
[0030]优选地，步骤(2)中，搅拌发泡的时间为5～20min，搅拌转速为50～200转/min。
[0031]优选地，步骤(2)中，硫酸颗粒的粒径为分米级以下，优选厘米级以下。
[0032](3)配制高浓度PPTA铸膜液：将PPTA树脂、致孔剂、纳米无机粒子和硫酸颗粒在固态下(优选0～5℃)充分混合；随后在负压条件下升温至70～90℃进行溶解，混合均匀形成均一溶液，脱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)制备增强体：将纤维长丝制成中空管状物；(2)制备硫酸颗粒：将浓度为98％～100％的液态硫酸降温至0～10℃，并向其中充入的气体，搅拌发泡；再迅速降至0℃以下冷冻凝固，形成发泡固态硫酸，粉碎后得到硫酸颗粒；(3)配制高浓度PPTA铸膜液：将PPTA树脂、致孔剂、纳米无机粒子和硫酸颗粒在固态下充分混合；随后在负压条件下升温至70～90℃进行溶解，混合均匀形成均一溶液，脱泡后得到高浓度PPTA铸膜液；(4)制备异质纤维增强型PPTA中空纤维膜：采用共挤出复合纺丝工艺，将高浓度PPTA铸膜液均匀复合在PPTA中空管状物的表面，固化成形后，得到异质纤维增强型PPTA中空纤维膜。2.根据权利要求1所述的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体是：采用二维编织技术或针织技术将纤维长丝制成中空编织管或中空针织管。3.根据权利要求1所述的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，纤维长丝为涤纶、锦纶、丙纶或醋酸纤维素纤维中的一种，纤度为50～400D。4.根据权利要求1所述的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，其特征在于，优选地，步骤(2)中，气体采用空气、氮气、氩气或二氧化碳，充气压力为0.5～5MPa。5.根据权利要求1所述的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，搅拌发泡的时间为5～20min，搅拌转速为50～200转/min。6.根据权利要求1所述的异质纤维增强型PPTA中空纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，高浓度PPTA铸膜液的质量分数组成为：3～20wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纯，肖长发，宋数宾，陈凯凯，闫静静，冀大伟，薛昊龙，曹煜彤，颜鼎荷，
申请(专利权)人：中化高性能纤维材料有限公司，
类型：发明
国别省市：