專利名稱：增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜及其制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合膜及其制備裝置，特別是涉及一種增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜及 其制備裝置。
背景技術(shù)：
作為高效和經(jīng)濟(jì)的分離技術(shù)，膜技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于化工、電力、半導(dǎo)體、石化等工 業(yè)進(jìn)行物質(zhì)與水的分離、濃縮和純化。特別是近年來，膜技術(shù)越來越多地用于污水的處理 與再生利用。隨著應(yīng)用面的擴(kuò)大，對膜性能的要求也隨著提高，不僅要求膜的分離性能， 還要求膜的耐腐蝕性、耐污染性和強(qiáng)度。常用的膜材料有醋酸纖維素、聚砜、聚醚砜、聚 醚醚酮、聚砜酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等。其中，聚 偏氟乙烯膜因耐腐蝕性較強(qiáng)，比較適用于污水處理。但是聚偏氟乙烯是疏水性材料，水通 量較低；另一方面聚偏氟乙烯強(qiáng)度不太高，不能滿足在污水處理工程中的大規(guī)模應(yīng)用。通 常的做法是單純地改善聚偏氟乙烯膜的親水性，或者單純地增加膜的強(qiáng)度。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可以同時(shí)滿足親水性和高強(qiáng)度的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜 及其制備裝置。
一種增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，包括增強(qiáng)型中空纖維和位于其內(nèi)的空腔，在所述增強(qiáng)型 中空纖維外依次包覆有耐腐蝕性層和親水性耐污染層。
本實(shí)用新型增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，所述增強(qiáng)型中空纖維為中空編織繩或管狀編織物， 其由聚酯、聚酰胺、聚乙烯或聚丙烯制成。
本實(shí)用新型增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，所述耐腐蝕性層由聚偏氟乙烯(PVDF)、溶劑和 添加劑制成。
本實(shí)用新型增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，所述親水性耐污染層由磺化聚醚醚酮與聚偏氟乙 烯的共混物和溶劑制成。
本實(shí)用新型增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，所述耐腐蝕層在所述增強(qiáng)型中空纖維外覆蓋的厚 度是0.1-0.4毫米，所述親水性耐污染層在耐腐蝕層外覆蓋的厚度是0.05-0.2毫米。
一種用于制備所述的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜的裝置，包括連接有第一氮?dú)鈮毫ζ康牡谝荒ひ汗藓瓦B接有第二氮?dú)鈮毫ζ康牡诙ひ汗?，所述第一膜液罐和第二膜液罐均連接于 噴絲板上，在所述噴絲板上方設(shè)置有纖維固定輪，所述噴絲板包括圓形的噴絲頭，所述噴 絲頭具有從內(nèi)向外依次分布的中心孔、第一環(huán)形孔和第二環(huán)形孔，在所述噴絲板下方設(shè)置 有凝膠槽，在所述凝膠槽內(nèi)和邊緣處設(shè)置有導(dǎo)輪,所述凝膠槽后設(shè)置有繞絲輪。
在使用時(shí)，增強(qiáng)型中空纖維在牽引力的作用下通過噴絲板，同時(shí)在纖維的外側(cè)覆蓋兩 層制膜液，第一層制膜液直接覆蓋在纖維上，第二層制膜液涂敷在第一層制膜液的外側(cè)， 一次成型，第一層制膜液含有耐腐蝕性的聚合物材料，第二層制膜液含有親水性的聚合物 材料。這樣，所制成的增強(qiáng)型中空纖維包含三層內(nèi)層是增強(qiáng)型中空纖維，中間層是耐腐 蝕性層，最外層是親水性的耐污染層。
第一層制膜液中含有耐腐蝕性的膜材料，如聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等，其中優(yōu)選 聚偏氟乙烯；還含有溶劑和添加劑，每個(gè)成分的重量百分?jǐn)?shù)分別為15_25%的膜材料聚偏
氟乙烯(PVDF) ,70—84%的溶劑和1—5%的添加劑。其中溶劑可以是N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)， N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)，或N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)。添加劑可以是 聚乙烯吡咯焼酮(PVP)或聚乙二醇(PEG)。
第二層制膜液中含有親水性的聚合物材料，如磺化聚醚醚酮與聚砜、聚醚砜或聚偏氟 乙烯的共混物；其中優(yōu)選磺化聚醚醚酮與聚偏氟乙烯的共混物。在配制第二層制膜液時(shí)， 也需要加入溶劑，例如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)， N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)或N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)。在第二層制膜液，各成分的組成分別為磺化聚醚醚酮與聚偏氟 乙烯共混物的重量百分?jǐn)?shù)為10—20%，溶劑的重量百分?jǐn)?shù)為80—90%。在共混物中，磺化
聚醚醚酮與聚偏氟乙烯的重量比是l: 9一3: 7。
本實(shí)用新型制備的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，可以用于制備成超濾膜或微濾膜。該中空 纖維復(fù)合膜的特征在于增強(qiáng)纖維保證了膜的高強(qiáng)度，而外覆的第一層耐腐蝕層提供了膜的 耐腐蝕性，第二層親水性耐污染層則賦予了膜的親水性，使得此增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜可 以同時(shí)滿足親水性和高強(qiáng)度。
圖1為本實(shí)用新型增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜的斷面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜的制備裝置示意圖3為噴絲頭的細(xì)節(jié)放大圖其中圖3a為其縱剖面示意圖；圖3b為其橫斷面示意圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步闡述實(shí)施例1:
如圖1所示，本實(shí)用新型的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，包括增強(qiáng)型中空纖維22和位于其
內(nèi)的空腔21，在增強(qiáng)型中空纖維22外依次包覆有耐腐蝕性層23和親水性耐污染層24。其 中增強(qiáng)型中空纖維22選用聚酰胺纖維制成的中空編織繩，該中空編織繩是由650分特的72 根單絲組成，內(nèi)徑為0.8毫米，外徑為1.6毫米。其中耐腐蝕性層23由重量百分?jǐn)?shù)為16% 的聚偏氟乙烯，9%的聚乙烯吡咯烷酮和75%的二甲基甲酰胺制成制膜液，然后凝膠固化而 成。其中親水性耐污染層24由重量百分?jǐn)?shù)為3%的磺化聚醚醚酮，12%的聚偏氟乙烯和85 %的二甲基甲酰胺制成制膜液，然后凝膠固化而成。凝膠槽中的凝膠液體為3(TC的水。制 成的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜的外徑是2. 2毫米，第一層膜的厚度是0. 2毫米，第二層膜的 厚度是0. 1毫米。平均孔徑是0. 08毫米，在2CTC和1巴壓力下的純水通量是520升/米2. 小時(shí)。拉伸強(qiáng)度為125牛頓。
此增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜的制備裝置，可以為下述結(jié)構(gòu)(見圖2):包括連接有第一氮 氣壓力瓶1的第一膜液罐3和連接有第二氮?dú)鈮毫ζ?的第二膜液罐4，第一膜液罐3和第 二膜液罐4均連接于噴絲板6上，在噴絲板6上方設(shè)置有纖維固定輪5，噴絲板6包括圓形 的噴絲頭，噴絲頭具有從內(nèi)向外依次分布的中心孔10、第一環(huán)形孔11和第二環(huán)形孔12 (見 圖3a和圖3b),在噴絲板6下方設(shè)置有凝膠槽8，在凝膠槽8內(nèi)和邊緣處設(shè)置有導(dǎo)輪7， 7'， 7〃，凝膠槽8后設(shè)置有繞絲輪9。
耐腐蝕性層的制膜液裝在第一膜液罐3中，親水性耐污染層的制膜液裝在第二膜液罐4中。
增強(qiáng)型中空纖維首先纏繞在纖維固定輪5上，然后經(jīng)噴絲板6的噴絲頭的中心孔10穿 過噴絲頭，同時(shí)耐腐蝕性層的制膜液在氮?dú)獾膲毫ο陆?jīng)噴絲頭的第一環(huán)形孔ll擠出，涂敷 在纖維上，形成第一層耐腐蝕性層。親水性耐污染層的制膜液在氮?dú)獾膲毫ο陆?jīng)噴絲頭的 第二環(huán)形孔12擠出，涂敷在第一層上，形成第二層親水性耐污染層。涂敷后的增強(qiáng)纖維經(jīng) 導(dǎo)輪進(jìn)入凝膠槽8中，固化成型，形成增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，然后巻繞在繞絲輪9上。
實(shí)施例2 (對比實(shí)驗(yàn))
耐腐蝕性層制膜液、親水性耐污染層制膜液和凝膠液體的組成與實(shí)施例l相同，但是 不用增強(qiáng)纖維。紡制出的中空纖維復(fù)合膜的內(nèi)徑為1.6毫米，外徑為2.2毫米。但是拉伸強(qiáng) 度只有4牛頓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)施例l，強(qiáng)度不夠。實(shí)施例3 (對比實(shí)驗(yàn))
不用親水性耐污染層制膜液，其余條件與實(shí)施例l相同。紡制出的中空纖維復(fù)合膜的
內(nèi)徑為1.6毫米，外徑為2.2毫米。拉伸強(qiáng)度為125牛頓，但是在2(TC和1巴壓力下的純水 通量只有410升/米2.小時(shí)，低于實(shí)施例l，親水性差。
以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn) 行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，其特征在于包括增強(qiáng)型中空纖維(22)和位于其內(nèi)的空腔(21)，在所述增強(qiáng)型中空纖維(22)外依次包覆有耐腐蝕性層(23)和親水性耐污染層(24)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，其特征在于所述增強(qiáng)型中空纖維(22) 為中空編織繩或管狀編織物，其由聚酯、聚酰胺、聚乙烯或聚丙烯制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，其特征在于所述耐腐蝕層(23)在所 述增強(qiáng)型中空纖維(22)外覆蓋的厚度是0.1-0.4毫米，所述親水性耐污染層(24)在耐腐 蝕層(23)外覆蓋的厚度是0.05-0.2毫米。
4. 一種用于制備權(quán)利要求l-3任一項(xiàng)所述的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜的裝置，其特征在于 包括連接有第一氮?dú)鈮毫ζ?1)的第一膜液罐(3)和連接有第二氮?dú)鈮毫ζ?2)的第二 膜液罐(4)，所述第一膜液罐(3)和第二膜液罐(4)均連接于噴絲板(6)上，在所述噴 絲板(6)上方設(shè)置有纖維固定輪(5)，所述噴絲板(6)包括圓形的噴絲頭，所述噴絲頭 具有從內(nèi)向外依次分布的中心孔(10)、第一環(huán)形孔(11)和第二環(huán)形孔(12)，在所述噴 絲板(6)下方設(shè)置有凝膠槽(8)，在所述凝膠槽(8)內(nèi)和邊緣處設(shè)置有導(dǎo)輪(7， 7' ， 7"), 所述凝膠槽(8)后設(shè)置有繞絲輪(9);所述第一膜液罐(3)中裝有耐腐蝕層的制膜液， 第二膜液罐(4)中裝有親水性耐污染層的制膜液，其在氮?dú)獾膲毫ο路謩e通過所述噴絲頭 的第一環(huán)形孔(11)或第二環(huán)形孔(12)擠出后涂敷在增強(qiáng)型中空纖維(22)上，分別形 成耐腐蝕層(23)和親水性耐污染層(24)。
專利摘要一種增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，包括增強(qiáng)型中空纖維和位于其內(nèi)的空腔，在所述增強(qiáng)型中空纖維外依次包覆有耐腐蝕性層和親水性耐污染層。本實(shí)用新型制備的增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜，可以用于制備成超濾膜或微濾膜。該中空纖維復(fù)合膜的特征在于增強(qiáng)纖維保證了膜的高強(qiáng)度，而外覆的第一層耐腐蝕層提供了膜的耐腐蝕性，第二層親水性耐污染層則賦予了膜的親水性，使得此增強(qiáng)型中空纖維復(fù)合膜可以同時(shí)滿足親水性和高強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B32B33/00GK201220153SQ200820108190
公開日2009年4月15日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者柳光周, 滕衛(wèi)潔 申請人:柳光周