纱纤增强双层管式过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纱纤增强双层管式过滤膜，该管式过滤膜为双层结构，内层为第一聚合物膜，外层为第二聚合物膜，并且内层或外层内含有平行分布的纱纤用于所述管式过滤膜的力学增强。本发明专利技术的管式过滤膜具有良好的轴向力学性能的同时，横向的抗压、抗爆破性能及膜的安全性亦有明显的提高，且通过纱纤的分布位置、膜的双层结构和性能的调整，可得到适合外压式过滤或内压式过滤的综合性能优异的管式过滤膜。本发明专利技术还公开了该管式过滤膜的制备方法，采用双层同步共挤出技术，可有效地提高膜的生产效率，降低管式过滤膜的制备成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于膜
，特别涉及一种双层结构的纱纤增强管式过滤膜及其制备方法。
技术介绍
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，在外力的推动下，对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型高效的分离技术。而管式过滤膜由于其有效分离面积大、组件结构简单、易操作运行等特点，在水处理、生物医药、食品化工等领域具有广泛的应用。然而，相比于陶瓷、金属等无机膜，高分子管式过滤膜的力学强度相对较差，在使用和清洗过程中易存在断丝、压扁、破裂等问题。为了提高管式过滤膜的力学性能，纤维及其编织管被广泛的应用于过滤膜的生产制造中。纤维编织管应用于管式过滤膜的制备中，常采用编织管外层涂覆铸膜液的技术，以使过滤膜具有良好的抗拉伸和抗压性能。专利US 4061821和US 5472607分别公开了一种制备内层为编织管的PAN中空纤维膜和PVDF中空纤维膜的方法，膜的力学性能有显著提高。此外，在增强型管式膜的制备中，也见在编织管外涂覆双层铸膜液(CN 102160967A)、纤维编织和铸膜液涂覆同步进行(CN 101543731A)、编织管内外均具有高分子分离膜层(CN1864828A)等制备技术。但是，采用编织管增强的管式膜，常存在以下的问题编织管和高分子膜间粘结性能较差，使用过程中存在脱落、剥离现象；常规方法制备的编织管增强管式膜，一般仅适用于外压式过滤；受现有纤维编织效率和成本的影响，该管式膜成本相对较闻。此外，未经编织的纤维亦可直接用于提高管式膜的强度。专利WO 03/097221提出将纤维和铸膜液同时引入喷丝头，从而制备出具有均质中空纤维膜类似的内/外层结构的纤维增强复合膜。但是，上述纤维增强膜由于纤维仅轴向分布于膜内，因此仅轴向上提高了膜的抗拉伸性能，抗压和抗爆破性能未有明显改善；同时，纤维和膜液不可避免的存在一定的粘结问题，膜丝在长期使用过程中，存在一定的安全隐患。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种高通量，力学、耐压、截留和抗污染等综合性能优异，可适用于外压式过滤或内压式过滤的纱纤增强双层管式过滤膜。本专利技术的管式过滤膜为双层结构，内层为第一聚合物膜，外层为第二聚合物膜，并且内层和/或外层内含有平行分布的纱纤用于所述管式过滤膜的力学增强。通过膜的双层结构和性能、纱纤的分布位置的调整，使该管式过滤膜在具备高通量，优异综合性能的同时，亦使该膜在不同的应用领域具有广泛的适用性。本专利技术采用的技术方案如下一种纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的管式过滤膜为双层结构，内层为第一聚合物膜，外层为第二聚合物膜，并且所述管式过滤膜分布有用于增强的纱纤，所述管式过滤膜的外径为O. 8 5. Omm,内径为O. 4 3. 0mm。其中， 所述的第一聚合物膜和第二聚合物膜的聚合物材料为同种聚合物或不同种聚合物；本专利技术所述的同种聚合物，包括分子量、分子量分布等物性参数不同的各种规格的同种聚合物。作为优选，所述的聚合物材料选自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、醋酸纤维素中的任意一种；例如，第一聚合物膜的聚合物材料可选择聚偏氟乙烯，第二聚合物膜的聚合物材料可选择分子量、分子量分布等物性参数不同的其他规格的聚偏氟乙烯；也可以是，第一聚合物膜和第二聚合物膜的聚合物材料均选择分子量、分子量分布等物性参数相同的聚偏氟乙烯。作为优选，所述的纱纤可仅分布于第一聚合物膜内(图1-1)，或仅分布于第二聚合物膜内(图1-2)，或均有纱纤分布于第一聚合物膜内和第二聚合物膜内(图1-3)。更优选地，所述的纱纤对称分布于第一聚合物膜内或第二聚合物膜内。更优选地，所述的纱纤数量为3 12根。作为优选，所述的纱纤材料选自纤维素、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、碳纤维、玻璃纤维中的任意一种或二种以上的混纺纱纤，分布在第一聚合物膜内或第二聚合物膜内的纱纤可相同或不同；所述的纱是指将短纤维拉长加捻后形成的长的纱线，短纤维材料不同时为混纺纱，短纤维材料相同时为纯纱；所述的纤是指由多根长纤维并拢后形成的长的丝线，长纤维材料不同时为混纺纤，长纤维材料相同时为纯纤。本专利技术所述的纱纤，包括纱和纤，具体包括混纺纱、纯纱、混纺纤、纯纤；所述的纯纱纤包含但不限于纯的纤维素纱纤(包括纤维素纱、纤维素纤)、聚酯纱纤(包括聚酯纱、聚酯纤)、聚酰胺纱纤(包括聚酰胺纱、聚酰胺纤)、聚乙烯醇纱纤(包括聚乙烯醇纱、聚乙烯醇纤)、聚丙烯纱纤(包括聚丙烯纱、聚丙烯纤)、聚丙烯腈纱纤(包括聚丙烯腈纱、聚丙烯腈纤)、聚氯乙烯纱纤(包括聚氯乙烯纱、聚氯乙烯纤)、碳纤维纱纤(包括碳纤维纱、碳纤维纤)、玻璃纤维纱纤(包括玻璃纤维纱、玻璃纤维纤)等；所述的混纺纱纤包含但不限于涤棉混纺纱纤(聚酯和纤维素混纺)、锦棉混纺纱纤(聚酰胺和纤维素混纺)、涤腈混纺纱纤(聚酯和聚丙烯腈混纺)坐寸ο本专利技术的管式过滤膜为双层结构，膜内分布有纱纤，纱纤保障了膜轴向的拉伸强度，双层结构使膜横向的抗压和抗爆破性能及膜的安全性得到明显改善。并且通过纱纤的分布位置、膜的双层结构和性能的调整，可得到适合外压式过滤或内压式过滤的综合性能优异的管式过滤膜。其中，当第一聚合物膜内分布有用于增强的纱纤时，第一聚合物膜主要起支撑层的作用，第二聚合物膜外皮层为较致密结构，主要起功能层的作用(图1-1)，该管式过滤膜较适用于外压式过滤体系；当第二聚合物膜内分布有用于增强的纱纤时，第二聚合物膜主要起支撑层的作用，第一聚合物膜内皮层为较致密结构，主要起功能层的作用(图1-2)，该管式过滤膜较适用于内压式过滤体系；当第一聚合物膜内和第二聚合物膜内均分布有用于增强的纱纤时，第一聚合物膜内皮层第二聚合物膜外皮层均为较致密结构，使两层聚合物膜均具有很好的强度和分离效果(图1-3)，该管式过滤膜既适用于外压式过滤体系，也适用于内压式过滤体系。本专利技术的第二个目的是提供所述的纱纤增强双层管式过滤膜在外压式过滤体系或内压式过滤体系中的应用，所述的外压式过滤和内压式过滤体系包含但不限于医药工业(中药浓缩、农药生产、生物发酵液过滤等)、食品工业(果糖分离纯化、食品添加剂浓缩、乳制品生产、酒的精制、天然色素提取等)、染料化工和助剂、生物技术(蛋白、多肽等的澄清和精制)、环保和水处理领域(纺丝印染等工业废水处理和回用、市政污水的处理、工业和生活所需的各类水的制备等)。本专利技术的第三个目的是提供一种纱纤增强双层管式过滤膜的制备方法，采用双层同步共挤出技术，实现一步法成膜，制备方法包括以下步骤 (1)配制第一聚合物膜和第二聚合物膜的铸膜液，脱泡静置待用； (2)将第一聚合物膜和第二聚合物膜的铸膜液分别注入喷丝头中的第一聚合物膜的铸膜液流道和第二聚合物膜的铸膜液流道，用于增强的纱纤平行排列穿过铸膜液流道内，在芯液和凝固浴的共同作用下，通过溶液相转化法，双层同步共挤出成纱纤增强双层管式过滤膜；所述的喷丝头为三流道结构，从内向外依次为芯液流道(A)、第一聚合物膜的铸膜液流道(B)、第二聚合物膜的铸膜液流道(C)； (3)将共挤出的双层管式过滤膜经收卷、清洗、晾干后，得到结构和性能稳定的纱纤增强双层管式过滤膜。其中，第一聚合物膜和第二聚合物膜的铸膜液均包含聚合物材料、改性剂、成孔齐U、溶剂几种组分。可根据实际需要，调整铸膜液的配方和配制条件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于：所述的管式过滤膜为双层结构，内层为第一聚合物膜，外层为第二聚合物膜，所述管式过滤膜内分布有用于增强的纱纤，所述管式过滤膜的外径为0.8～5.0mm，内径为0.4～3.0mm。

【技术特征摘要】
1.一种纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的管式过滤膜为双层结构，内层为第一聚合物膜，外层为第二聚合物膜，所述管式过滤膜内分布有用于增强的纱纤，所述管式过滤膜的外径为O. 8 5. Omm,内径为O. 4 3. 0mm。2.根据权利要求1所述的纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的第一聚合物膜和第二聚合物膜的聚合物材料为同种聚合物或不同种聚合物。3.根据权利要求2所述的纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的聚合物材料选自聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、醋酸纤维素中的任意一种。4.根据权利要求1所述的纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的纱纤仅分布于第一聚合物膜内，或仅分布于第二聚合物膜内，或分布于第一聚合物膜内和第二聚合物膜内。5.根据权利要求1所述的纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的纱纤对称分布于第一聚合物膜内或第二聚合物膜内。6.根据权利要求1所述的纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的纱纤数量为3 12根。7.根据权利要求1-6任一项所述的纱纤增强双层管式过滤膜，其特征在于所述的纱纤材料选自纤维素、聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良刚，肖玲，王俊，赵斌，王纳川，陈清，
申请(专利权)人：海南立昇净水科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：