[发明专利]聚氨酯基中空纤维超滤膜的制备方法及其制品

说明书

技术领域

本发明涉及用一般物理或化学方法实施分离工艺和所用器材，尤其涉及以材料为特征的用于分离工艺或设备的半透膜，特别是涉及用于净水处理的聚氨酯基中空纤维超滤膜的制备方法。

背景技术

当今广泛应用于水处理领域的超滤膜技术，其核心在于膜材料。现有技术应用较多的超滤膜材料包括聚丙烯腈PAN、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚醚砜树脂PES、聚偏氟乙烯PVDF等，其中聚丙烯腈PAN无需亲水化改性，但其存在韧性差，抗冲击性差，耐温性差等明显缺点。而上述其它材料都有较强的疏水性，将它们用做纯聚合物制备的超滤膜，水通量极小甚至无水通量。亲水化改性的手段包括共混、复合、化学接枝、表面改性等，其中，共混和复合因操作简便、成本较低，而成为现今亲水化改性的主要手段。以聚偏氟乙烯PVDF为例，其显著优点是耐温性和耐化学性好、韧性极佳，但其缺点也是显而易见的，其疏水性极强，与一般聚合物的相容性差，因而限制了采用共混手段进行亲水化改性。再者，聚偏氟乙烯PVDF价格昂贵，也限制了其大规模推广应用。因此，寻找性能优异的超滤膜材料成了当今超滤膜领域研究的核心。

发明内容本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种聚氨酯基中空纤维超滤膜的制备方法及其制品，是以聚氨酯PUR为核心材料，辅以聚碳酸酯PC或聚氯乙烯PVC树脂，及无机纳米粒子。先将这些材料充分搅拌混合，使其完全溶解，得到均匀稳定的铸膜液，再以乾喷湿纺的方法进行纺丝，制得中空纤维超滤膜。  

聚醚型聚氨酯树脂，具有高强度和韧性，耐水解，耐温性好，特别是有很好的耐低温性，其含有大量亲水的-NHCOO-基团，具有极佳的亲水性。这些条件使其可作为膜材料，而单纯的聚氨酯PUR刚性很差，用相容性好的刚性物质与其共混和复合是改进其制膜性能的有效手段。通过调控超滤膜材料各组分的比例，可使超滤膜整体表现为聚氨酯的优点。 

本发明解决所述技术问题提出的技术方案是：一种聚氨酯基中空纤维超滤膜制品，是以聚氨酯PUR为核心材料，辅以第二聚合物和无机纳米粒子，充分溶解和分散，得到均匀稳定的溶液，再以干噴湿纺的方法纺丝得中空纤维，制成超滤膜，其中：

所述聚氨酯PUR为聚醚型聚氨酯树脂，其硬度是邵氏A80～95度，所述第二聚合物为聚碳酸酯PC或聚氯乙烯PVC树脂，所述无机纳米粒子，为纳米二氧化钛nmTiO₂ 、纳米二氧化硅nmSiO₂或纳米三氧化二铝nmAl₂O₃ 。

本发明还提出一种聚氨酯基中空纤维超滤膜的制备方法，包括如下步骤：

A:按照重量百分比向搅拌釜内加入溶剂和聚乙二醇PEG，将搅拌釜温度升至50℃～80℃，在80～400转/分钟的转速下搅拌；

B:在实施步骤A得到的溶液中添加无机纳米粒子，继续搅拌10～20分钟，使其完全分散；

C:在实施步骤B得到的溶液中添加聚氨酯PUR，继续搅拌0.5～2小时；

D:在实施步骤C得到的溶液中添加聚碳酸酯PC或聚氯乙烯PVC，继续搅拌至所述聚碳酸酯PC或聚氯乙烯PVC完全溶解，最后加入聚乙烯基吡咯烷酮PVP，再继续搅拌至所述聚乙烯基吡咯烷酮PVP完全溶解；

实施步骤A至D搅拌时间总和为8～15小时，所得溶液抽真空脱泡后，静置1小时以上，得到纺丝用铸膜液；在所述纺丝用铸膜液中，按照重量百分比，各组分含量为：聚乙二醇PEG 1%～7%，无机纳米粒子1%～8%，聚氨酯PUR 3%～15%，聚碳酸酯PC或聚氯乙烯PVC 3%～12%，聚乙烯基吡咯烷酮PVP 1%～3%，余量为溶剂；

E、用乾噴湿纺的方法进行纺丝，利用溶液的相转化原理制备所述聚氨酯基中空纤维超滤膜。

所述聚氨酯PUR为聚醚型聚氨酯树脂，其硬度是邵氏A80～95度。

所述无机纳米粒子包括纳米二氧化钛nmTiO₂、纳米二氧化硅nmSiO₂或纳米三氧化二铝nmAl₂O₃ 。  

所述溶剂为N，N-二甲基乙酰胺DMAc和/或N-甲基吡咯烷酮NMP 。

所述聚乙二醇PEG为PEG 400，所述聚乙烯基吡咯烷酮为PVP K30。