[发明专利]一种膜蒸馏用聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及中空纤维膜的制备方法，具体涉及一种膜蒸馏用聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法。

背景技术

膜蒸馏技术是一种以疏水性微孔膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的新型膜分离技术。由于膜蒸馏技术具有能排斥溶液中不挥发性物质（如离子、大分子和固体颗粒等）、操作压力低于反渗透、设备简单、对原水水质要求低、仅有水蒸气透过膜孔、产水水质纯度高等优点，可用于海水淡化、工业废水的深度回用处理以及食品、生物制品的浓缩与结晶等诸多方面。

在膜蒸馏中，疏水性微孔膜材料的选择是关键。聚四氟乙烯（PTFE）是一种对酸、碱、有机溶剂以及高温环境等具有良好耐受性的超疏水膜材料。采用聚四氟乙烯材料制备的中空纤维膜因其膜丝强度高、柔韧性好、孔隙率高、装填密度高、占地面积小、易清洗等优点，在超微滤、膜蒸馏、膜吸收和膜生物反应器等膜分离过程中广泛应用。专利CN102284251A通过在聚酯（PET）纤维编织管支撑体上连续包缠聚四氟乙烯平板膜的方法制备聚四氟乙烯中空纤维膜，但该法采用疏水性较差的PET纤维编织管作为支撑体，在长时间高温蒸馏过程中，PET纤维编织管易被水润湿，从而导致膜蒸馏产水质量大大下降。专利（公开号：CN202129031U）采用在孔径范围0.5～2μm的聚四氟乙烯中空纤维支撑体外壁包缠孔径范围为0.02～0.5μm微孔聚四氟乙烯膜层的方法制备聚四氟乙烯中空纤维膜，主要用于微滤膜分离且工艺复杂，对设备要求高。Huang等采用凝胶纺丝法制备了聚四氟乙烯/碳酸钙复合中空纤维膜。由于在聚四氟乙烯中空纤维膜中掺杂了亲水性的碳酸钙，降低了聚四氟乙烯/碳酸钙复合中空纤维膜的疏水性能（Huang QL, Xiao CF, Hu XY. Preparation and Properties of Polytetrafluoroethylene/CaCO₃ Hybrid Hollow Fiber Membranes. Journal of Applied Polymer Science 2012,123:324–330）。

在聚四氟乙烯中空纤维膜的制备过程中，一般是首先制备聚四氟乙烯中空管，再将聚四氟乙烯中空管进行纵向拉伸和烧结热定型。在聚四氟乙烯中空管挤出过程中推压机中的锥体模锥角和口模长径比至关重要。推压机中锥体模锥角增大，推压机对聚四氟乙烯的剪切应力增加，增大剪切应力有利于聚四氟乙烯的纤维化；口模长径比的增加会增大推压时的阻力。一般情况下，锥体模锥角为20°或30°，口模长径比（L/D）为8～10时有利于聚四氟乙烯中空管顺利挤出。（氟塑料加工与应用，钱知勉 包永忠主编，化学工业出版社 2010年，P153）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膜蒸馏用聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，该方法是通过将聚四氟乙烯分散树脂粉末与助挤剂混合，压坯，将毛坯通过带有特殊规格的锥体模和口模的推压机挤出聚四氟乙烯中空管。然后将聚四氟乙烯中空管在烘箱中进行纵向拉伸和烧结热定型，得到一种不对称结构的聚四氟乙烯中空纤维膜，主要用于膜蒸馏分离过程。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

a）混料：选择聚四氟乙烯分散树脂粉末，将聚四氟乙烯分散树脂粉末与助挤剂按质量比1:0.22～0.40混合均匀，在20～40℃静置60～80小时，使聚四氟乙烯分散树脂粉末与助挤剂充分混合，形成聚四氟乙烯物料；

b）压坯与挤出：将a）步骤中的聚四氟乙烯物料在压坯机上压制成圆柱形毛坯，将圆柱形毛坯通过带有锥体模和口模的推压机，在100～200℃下挤出形成聚四氟乙烯中空管，挤出速度为100～300厘米/分钟；

c）纵向拉伸：将b）步骤中的聚四氟乙烯中空管在烘箱中进行纵向拉伸，形成聚四氟乙烯中空纤维膜，拉伸倍数为0.5～2倍，烘箱温度为250～320℃；

d）聚四氟乙烯中空纤维膜烧结热定型：将c）步骤中的聚四氟乙烯中空纤维膜置于烘箱进行烧结热定型，烘箱温度为320～400℃，烧结时间为20～80秒，制备出膜蒸馏用聚四氟乙烯中空纤维膜。

2、根据权利要求1所述的一种膜蒸馏用聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述a）步骤中聚四氟乙烯分散树脂粉末的分子量为200～1000万，所述的助挤剂为液态石蜡、石油醚或煤油。

3、根据权利要求1所述的一种膜蒸馏用聚四氟乙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于：所述b）步骤中的锥体模的锥角θ为35°～60°。