[发明专利]一种中空纤维微/超滤膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种中空纤维微/超滤膜的制备方法，主要是通过配制具有低临界溶解温度的高分子铸膜液体系，在合适的喷丝头及凝胶浴温度下制膜，获得结构易于调控的中空纤维微/超滤膜。本发明的高分子铸膜液在低温下是均相稳定的，但在高温下发生相分离，相应的制膜机理与传统热致相分离法不同。本发明的新型结构中空纤维膜具有通量大、强度高的特点。

技术领域

本发明属于高分子膜分离技术领域，具体涉及一种中空纤维微/超滤膜的制备方法。

背景技术

微滤和超滤(简称：微/超滤)膜分离技术广泛应用于物料过滤分离、浓缩提纯及净化等领域。常用微/超滤膜的形式有平板式及中空纤维式。中空纤维膜组件具有填装密度大，生产能力高等优点而被广泛应用。用聚偏氟乙烯(PVDF)制备的微/超滤中空纤维膜在耐溶剂、耐酸碱、耐紫外线及耐候性、耐清洗等方面性能突出。PVDF中空纤维膜的制备方法主要是相分离法，通常可分为非溶剂致相分离法(NIPS)和热致相分离法(TIPS)。NIPS法以浓度差形成的溶剂与非溶剂交换导致高分子溶液发生相分离成膜为机理，TIPS法以温差热诱导导致高分子溶液发生相分离成膜为机理。目前用于制备PVDF膜的TIPS法，其高分子溶液普遍为上临界溶解温度(UCST)体系，即高分子溶液温度从高温降到它的临界溶解温度时，发生相分离形成微/超滤膜。单一的NIPS法制备PVDF中空纤维微/超滤膜需要调控的工艺参数众多，膜的孔隙率较低，阻力大，渗透通量较低；TIPS法制备PVDF中空纤维膜时要求高分子的溶解温度很高，通常高于PVDF的熔点温度，达180℃以上，能耗高、且用于溶解高分子的溶剂大多需要用有机溶剂萃取出来，工艺流程复杂且环境污染大。鉴于此，本发明提供了一种基于低临界溶解温度(LCST)体系的中空纤维微/超滤膜的制备方法。所述的低临界溶解温度(LCST)体系，是指高分子均相溶液从低温升高到超过它的低临界溶解温度时，发生相分离的体系。

发明内容

本发明的目的是针对现有PVDF膜及其制备技术的不足，提供基于低临界溶解温度体系的一种中空纤维微/超滤膜的制备方法，主要是通过配制具有低临界溶解温度的PVDF高分子溶液体系，在合适的喷丝头及凝胶浴温度下制膜，获得结构易于调控的PVDF中空纤维微/超滤膜。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种中空纤维微/超滤膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配制具有低临界溶解温度的聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液：按高分子PVDF质量百分含量为5％-40％，第二种高分子的质量百分含量为1％-20％，溶剂质量百分含量为50％-85％，小分子致孔剂的质量百分含量为1％-20％配置合适浓度的PVDF铸膜液，首先将小分子致孔剂完全溶解于溶剂中，之后加入PVDF和第二种高分子，搅拌加热溶解形成完全溶解的、具有低临界溶解温度(LCST)的高分子PVDF铸膜液体系，静置脱泡待用；

2)将上述配制好的PVDF铸膜液在一定的纺丝温度下于合适喷丝头中挤出纺制中空纤维初生态膜丝，控制铸膜液和芯液的流量以及纺丝速度，在空气段停留一定时间后浸入一定温度的外凝胶浴中，初生态膜发生相分离，从液相固化成膜，再将膜丝缠绕在卷膜机上；

3)将膜置于水中进一步把膜内的溶剂及氯化镁等完全溶出，即得到本发明的聚偏氟乙烯微/超滤膜。

所述的步骤1)中的聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液具有低临界溶解温度(LCST)，在低于该LCST温度下，该铸膜液是均匀的高分子溶液，而高于该LCST温度时，原本均匀的PVDF溶液发生相分离变浑浊，该低临界溶解温度LCST在1℃-125℃之间，优选在35℃-80℃。

所述的步骤1)中的PVDF铸膜液是四元及以上组份构成的体系，包括高分子PVDF、第二种高分子、溶剂及小分子致孔剂，小分子致孔剂必须含有氯化镁，但可以同时添加其它小分子化合物，所述的小分子致孔剂氯化镁，可以是无水氯化镁，也可以是含结晶水的氯化镁。