[发明专利]一种孔径梯度分布的聚乙烯中空丝膜的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种孔径梯度分布的聚乙烯中空丝膜的制备方法，该孔径梯度分 布的聚乙烯中空丝膜适合用于家用净水器、污水处理、中水回用和连续微滤技术。

(二)技术背景

聚乙烯微孔膜是一种功能优异的膜材料，被广泛应用于微滤、污水处理、血 浆分离、电池隔膜等。聚乙烯是一种高结晶度聚合物材料，其制膜方法主要有两 类，熔融挤出-拉伸法和热致相分离法。

熔融挤出-拉伸法是纯聚合物融体进行熔融挤出，融体中会形成许多垂直于 挤出方向平行排列的片晶结构，在拉伸过程中，片晶结构被拉开形成微孔，然后 通过热定型工艺固定孔结构。美国专利4401567和4530809分别报道了高密度聚 乙烯(密度＞0.965g/cm³)通过熔融挤出-拉伸方法制备中空丝微孔膜。熔融挤 出纺丝牵伸比为100-2000，在室温(低于40℃)下冷拉伸5-100％，然后80 -125℃温度下经过热拉伸100-900％，膜的最大孔径为0.62μm，孔隙率为30 -90％。美国专利42006/88揭示这种微孔结构的形成条件：熔融指数为1- 15g/min的高密度聚乙烯在牵伸比1000-10000的条件下进行熔融纺丝，中空丝 的冷拉伸形变速率不能小于50％/s，热拉伸的温度在80-125℃之间，总的拉伸 比率在400-700％。美国专利5294338公开了一种大孔径的亲水性聚乙烯中空 丝膜的制备方法。先采用熔融挤出-拉伸法制备中空丝微孔膜，然后用乙烯-醋 酸乙烯酯或乙烯-乙烯醇表面亲水改性或者丙烯酰胺交联改性来制备亲水性聚 乙烯中空丝微孔膜。该膜的平均孔径为2-10μm，孔隙率为75-95％。

热致相分离法是热塑性、结晶性的高聚物和某些高沸点的小分子化合物(稀 释剂)在升高温度下(一般高于结晶聚合物的熔点T_m)形成均相溶液，降低温度又 发生固-液或液-液相分离，然后脱除稀释剂而形成聚合物微孔材料，微孔是由 稀释剂所占的位置在被去除后形成的。美国专利4020230较早公开了聚乙烯与低 分子量酯类高温熔融制得中空丝状制品，再把作为稀释剂的酯类萃取掉来得到聚 乙烯中空丝微孔膜，最大孔径可达美国专利4247498报道了27种能与聚 乙烯形成均相溶液的稀释剂，为热致相分离法制备聚乙烯膜提供了更多的体系。 美国专利4867881和5238618都采用HDPE和DOP体系熔融共混，采用双螺杆 挤出机以18Kg/hr速度挤出制成长条状平板膜，然后用冷水淬冷使体系发生相分 离。萃取剂用1，1，1-三氯乙烷，最后干燥除去萃取剂并进行轴向拉伸，随着拉 伸程度的增加，膜厚度和Gurley值减少，孔径、孔隙率和基体拉伸强度增加。

从上述专利报道看，熔融挤出-拉伸法制备聚乙烯中空丝膜的条件比较苛 刻，对原料的要求高，并且过程比较复杂，不易于连续操作。而热致相分离法在 成型过程中需要控制的参数少，更容易实现稳定和连续操作，但是现有的技术只 能得到孔径对称分布的聚乙烯中空丝膜，还不能直接制备孔径梯度分布的耐污染 的聚乙烯中空丝膜。存在的问题是，虽然现有聚乙烯膜通量大，但是由于膜孔径 大，膜的截留效果差。另外一方面，目前现有聚乙烯膜的亲水化改性一般采用等 离子体辐射、化学接枝、表面涂覆等后处理手段改善膜材料的耐污染性能。这些 后处理方法设备和过程复杂、效果欠佳。

(三)发明内容

本发明针对现有聚乙烯膜材料存在的大通量、低截留效率的矛盾，提供了一 种孔径梯度分布的聚乙烯中空丝膜的制备方法，该聚乙烯中空丝膜具有表面小孔 径内部大孔径、高孔隙率和高通量的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种孔径梯度分布的聚乙烯中空丝膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)加入原料组合物，160～250℃熔融成为均相溶液；所述原料组合物包括 聚乙烯和稀释剂，所述的聚乙烯和稀释剂具有热致液-液相分离点；