[发明专利]一种中空纤维膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜的制备技术，具体为一种具有良好弹性功能的中空纤维膜及其制造方法，国际专利主分类号拟为Int.Cl..B01D 69/00(2006.01)I。

背景技术

聚氨基甲酸酯(即聚氨酯)是一类软/硬段交替连接形成的嵌段共聚物，其软段在室温下处于高弹态，拉伸时能产生很大的伸长变形，并具有优良的回弹性，而硬段为软段的伸长变形及回弹提供节点。聚氨酯独特的化学结构使其具有高弹、高强、耐热、耐磨、耐化学品等诸多特性，已在汽车、制鞋、电线和电缆等行业中广泛应用。1970年，Bowen提出聚氨酯可作为某些物质的选择吸附剂，此后聚氨酯在制膜材料方面的应用逐渐引起人们的重视。但由于聚氨酯结构致密、难于成孔，故聚氨酯膜主要用于气体分离、渗透汽化和无机金属离子分离等方面，液体分离膜研究相对较少。目前，溶液纺丝法是制备中空纤维液体分离膜的常用技术，其优点是纺丝温度低，操作方便，且易于成孔，李先锋等人公开了“一种聚氨酯/无机粒子共混复合膜及其制法(专利号ZL02131196X.)”，它采用溶液纺丝方法制备了具有界面微孔特征的聚氨酯/无机粒子共混中空纤维复合膜。经过进一步研究发现，所得中空纤维复合膜具有弹性功能，且表现为随工作压力的变化纤维膜微孔的孔径发生相应变化(参见李先锋，肖长发，复合聚氨酯中空纤维膜结构与性能，高分子学报英文版，23(2005)203-210)；X.F.Li，C.F.Xiao，Structure and properties of Composite Polyurethane HollowFiber Membranes，Chinese J.Polym.Sci.，23(2005)203-210)。但该技术需消耗大量溶剂，易污染环境，且所得纤维膜的力学性能，以及压力响应过程中的形状恢复性也不尽理想。常规的熔融或熔体纺丝方法不需要溶剂，工艺流程短，但所得纤维膜的结构通常较为致密、不易成孔，且孔径较难控制；特别是其较高的纺丝温度，耗费能源较多，且对于聚合物及致孔剂的热稳定性要求也较为严格，因而降低熔融纺丝的温度，以节约能源，控制好膜孔精度和结构，以提高产品性能，是发挥熔融纺丝优势， 并使之适纺中空纤维的关键技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题有以下2个：

本发明拟解决第一个技术问题是：设计一种中空纤维膜，该膜对分离体系具有较强的压力敏感性和良好的形状记忆性，并具有丰富和稳定的微孔结构，适于工业化生产及实际推广应用。

本发明拟解决第二个技术问题是：设计一种中空纤维膜的制造方法，该制造方法采用熔融纺丝方法来制造中空纤维膜，但克服了其高温耗能和膜孔难控的缺点，具有纺丝温度较低，膜孔结构易控，工艺流程缩短、制膜技术简单、产品质量好，成本较低、适于工业化规模生产等特点，同时可减少溶液纺丝法中的溶剂回收，有益环境保护和节省能源，具有良好的工业化前景。

本发明解决第一个技术问题的技术方案是：设计一种中空纤维膜，其特征在于该中空纤维膜的成膜体系质量百分比配方是：

聚氨酯                25～45；

复合致孔剂            35～60；

有机低分子液体        15～20，各组分之和为100％，

其中，所述聚氨酯为纤维级，硬段与软段的质量比为1/1～1/5；所述复合致孔剂为界面孔致孔剂及非界面孔致孔剂两种物质的混合物，其中界面孔致孔剂占复合致孔剂总质量的10～30％，界面孔致孔剂是指与所述聚氨酯不相容的非水溶性无机粒子，包括平均粒径0.01～5μm的SiO₂和CaCO₃中的一种或二种任意比例的混合物；非界面孔致孔剂是指水溶性物质，包括水溶性无机粒子、水溶性聚合物、水或所述水溶性物质任意比例的混合物；所述水溶性无机粒子包括平均粒径0.01～5μm的LiCl、CaCl₂、NaCl和KCl中的一种；所述水溶性聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；所述有机低分子液体为高沸点、水溶性的聚氨酯良溶剂，包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和二甲基乙酰胺中的一种或两种以上任意比例的混合物。