[发明专利]中空纤维膜制备方法、中空纤维膜及潜溶剂组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜及制备方法，特别是涉及一种聚砜或聚醚砜中空纤维膜及制备方法，该中空纤维膜具有高强度、高分离精度和高通量以及优异的耐化学性能。

背景技术

膜分离技术广泛应用于化工、食品、医药、市政和电子等领域。

主要制膜的聚合物材料有醋酸纤维素、聚丙烯晴、聚氯乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯和聚醚砜等。

制膜方法有熔融拉伸法、烧结法、非溶剂致相分离法和热致相分离法，其中最主要的制膜方法是非溶剂致相分离法和热致相分离法。

水处理分离膜应用过程中涉及的膜清洗可能需要较大的水流冲刷以及用到酸、碱、氧化剂或者表面活性剂，需要膜本身具有较好的机械性能、抗化学性能和耐氧化性。目前公认的机械性能、抗化学性能和耐氧化性优异的聚合物膜材料有聚偏氟乙烯、聚砜和聚醚砜等。聚偏氟乙烯由于其疏水性，容易发生膜污染，同时膜材料中含有氟元素，通过焚烧等报废处理难度很大。

聚砜、聚醚砜综合性能良好，机械性能优异，高温下连续使用和温度急剧变化的环境中使用仍然保持稳定性能，耐化学性能好，尤其是高温下耐碱性能优异。其中空纤维膜强度高，膜丝不易断裂。而且其分子结构决定膜刚性好，耐压性能优异。

聚砜、聚醚砜中空纤维膜普遍采用非溶剂致相分离法制备，制膜液中添加较大比例溶剂，所制的中空纤维膜内部存在大指状孔结构，致密皮层偏厚，无法获得窄分布孔结构，导致膜强度、水通量和抗压性都偏低。而球状粒子结构导致膜机械性能和耐化学性能降低。

复合相分离法结合了非溶剂致相分离法和热致相分离法二者优点。将一定比例的聚合物、混合溶剂（可能包括溶剂、潜溶剂、非溶剂）和/或添加剂配置成制膜液，脱泡后以一定形态进入凝固冷却浴瞬间，初生态膜皮层溶剂与凝固浴中非溶剂发生传质交换，故皮层发生非溶剂致相分离法成膜；之后由于表面致密皮层的形成阻碍了进一步传质以及传热速度要比传质速度快，所以非溶剂致相分离还没来得及向表层以里方向发展时，内部由于热传递发生热致相分离，引发液液相分离形成互穿网络结构。

发明内容

鉴于上述现有技术的问题存在的不足，本发明目的在于提供一种采用耐化学性能、机械性能良好的聚合物材料通过复合相分离方法制备高强度、高分离精度和高通量的中空纤维膜的制备方法。

为了实现上述目的，依据本发明提出的一种聚砜或聚醚砜中空纤维膜的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1：将15-30wt%的聚砜或聚醚砜、50-75wt%的潜溶剂组合物和10-20wt%的非溶剂加入搅拌釜内，在120-150℃的温度下搅拌溶解，搅拌时间为18-36小时，然后在该温度下真空脱泡6-12小时，制备成均质制膜液；

步骤2：将步骤1中的制膜液，与芯液一同通过插管式喷头，穿过高度为10-25cm的空气段，进入冷却浴中，发生复合相分离得到聚砜或聚醚砜中空纤维膜；

步骤3：脱除上述步骤2得到的中空纤维膜中的潜溶剂组合物和非溶剂。

前述的制备方法，其中潜溶剂组合物为γ-丁内酯，与ε-己内酯、ε-己内酰胺、磷酸三乙酯和四甲基脲中一种或多种的混合物。优选γ-丁内酯，与ε-己内酯和/或ε-己内酰胺的混合物。

前述的制备方法，其中潜溶剂组合物中γ-丁内酯，与ε-己内酯、ε-己内酰胺、磷酸三乙酯和四甲基脲中一种或多种的比为1/3～3/1。

前述的制备方法，其中非溶剂为丙三醇、乙二醇、二甘醇、四甘醇或聚乙二醇；优选丙三醇或二甘醇。

前述的制备方法，其中芯液由60-100%去离子水、0-20%潜溶剂和0-20%非溶剂组成；优选由60-80%去离子水、10-20%潜溶剂和10-20%非溶剂组成。

前述的制备方法，其中冷却浴由40-100%去离子水、0-30%潜溶剂和0-30%非溶剂组成；优选由40-60%去离子水、20-30%潜溶剂和20-30%非溶剂组成。冷却温度0-60℃，优选10-30℃。

前述的制备方法，其中步骤3通过将所述中空纤维膜浸入萃取剂中实现，其中所述的萃取剂由40-100%去离子水和0-60%潜溶剂组成，温度为20-80℃，萃取时间为12-36小时。优选为，萃取剂由60-80%去离子水和20-40%潜溶剂组成，温度为40-60℃，萃取时间为24小时。

前述的制备方法，其中所述的脱除方式为多步或一步萃取。多步萃取是指萃取液中溶剂含量逐渐由40%减至0%。

如无特殊说明，本发明中有关物质含量的所有比例均为重量百分比。

本发明的另一目的在于提供一种中空纤维膜，使其具有高耐化学性能。