專利名稱：高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜分離領(lǐng)域，特別是涉及一種高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
膜分離具有分離效率高、選擇性好、能耗低、無(wú)二次污染、設(shè)備投資少等特點(diǎn)，已在化工、石油、電子、醫(yī)療、食品、飲料、城市自來(lái)水工程及環(huán)保等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。微孔聚烯烴中空纖維膜的力學(xué)強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性能等優(yōu)于醋酸纖維素及其衍生物膜，因而用途十分廣泛如微濾、超濾、膜蒸餾、膜萃取血液氧等。中空纖維膜具有許多特殊的優(yōu)異性能，越來(lái)越受到人們的重視。中空纖維微孔膜的特點(diǎn)是具有很高的裝填密度，可以提供很大的比表面積，這使得在相同的性能下與其他形式的膜比較，組件體積最小。膜組件呈自支撐結(jié)構(gòu)，無(wú)需另加其它支撐體，可大大簡(jiǎn)化膜組件組裝的復(fù)雜性；重現(xiàn)性好，放大容易。一般情況下，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的膜組件與工業(yè)規(guī)模的膜組件相比，其中的流動(dòng)形式與分離效果差別不大；靈活性中空纖維膜可根據(jù)情況采取內(nèi)壓和外壓兩種過(guò)濾方式。設(shè)備小型化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。聚烯烴中空纖維膜具有微孔均勻、分離性能好、強(qiáng)度高、耐溫與耐腐蝕性能好、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)。聚乙烯中空纖維膜與聚丙烯中空纖維膜相比，在性能上更具有優(yōu)勢(shì)，比如其孔隙率高、氣體透過(guò)率大、耐腐蝕與耐老化性能好、壽命更長(zhǎng)等。而現(xiàn)有技術(shù)制備聚烯烴中空纖維膜采用的“溶液濕紡法”，工藝流程中使用大量的溶劑，且制得的纖維膜力學(xué)性能較差，后期處理中對(duì)溶劑體系進(jìn)行回收、分離及循環(huán)利用， 增大了設(shè)備投入，易造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明是將拉伸法制膜應(yīng)用于高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的制備，拉伸法制備中空纖維微孔膜，是利用熔融擠出、中空紡絲成型的工藝技術(shù)，在不需要任何添加劑(包括溶齊U)的情況下，使半結(jié)晶聚合物在應(yīng)力場(chǎng)下結(jié)晶，形成垂直于應(yīng)力方向且平行排列的層狀片晶結(jié)構(gòu)；熱處理后，對(duì)其進(jìn)行拉伸，產(chǎn)生了相互貫通的裂紋形微孔結(jié)構(gòu)；再進(jìn)行熱定型處理，可得到中空纖維微孔材料。熔融紡絲成型過(guò)程，決定了初生纖維的微觀結(jié)構(gòu)，是拉伸致孔成膜的基礎(chǔ)。采用不同紡絲工藝，所得到的初生纖維的微觀結(jié)構(gòu)有所不同。本發(fā)明采用向上紡絲工藝，向上紡絲法與向下紡絲相反，向上紡絲是熔體細(xì)流從模具中垂直向上擠出，在卷繞張力作用下，被拉伸冷卻成型，最終得到成膜用初生纖維。
向上紡絲工藝的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)可紡更高相對(duì)分子質(zhì)量的樹(shù)脂； ⑵可紡更大直徑的纖維； ⑶可得到更均勻的幾何尺寸、孔隙率和分子取向； ⑷可得到更高的滲透通量和機(jī)械強(qiáng)度。一種制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，包括以下工藝流程熔融紡絲、冷卻、卷繞、熱處理、冷拉伸、熱拉伸、熱定形，聚乙烯樹(shù)脂原料經(jīng)熔融處理后，聚乙烯熔體由螺桿擠出機(jī)擠出噴絲口，在卷繞拉力作用下，拉伸成型。所述聚乙烯樹(shù)脂的熔融指數(shù)為0. 3 5. 5，優(yōu)選為5. 0 5. 5。所述熔融紡絲的紡絲溫度為170°C 220°C，優(yōu)選為100°C 150°C，紡絲溫度為熔體流出噴絲孔前的溫度，又稱擠出溫度。所述冷風(fēng)工藝中，冷卻風(fēng)距離噴絲口 150mm :350mm，優(yōu)選為^Omm 330mm ；聚乙烯熔體離開(kāi)噴絲頭到卷繞的整個(gè)紡絲過(guò)程中，固化點(diǎn)以前，是熔體細(xì)流向初生纖維轉(zhuǎn)化的過(guò)渡階段，也是纖維形成的最重要階段，此時(shí)熔體的粘度上升很快，因而，冷卻起重要作用。 如果冷卻風(fēng)離噴絲口較近，則熔體細(xì)流在離開(kāi)噴絲板后立即被冷卻，熔體粘度迅速上升，噴絲頭處拉伸應(yīng)力提高，初生絲纖維的預(yù)取向幾率較大，結(jié)晶度較高，但此時(shí)形成垂直于應(yīng)力方向的折疊鏈片晶較少，因而彈性回復(fù)率較低；當(dāng)冷卻風(fēng)離噴絲口較遠(yuǎn)時(shí)，聚合物熔體擠出后粘度上升較緩慢，因而聚合物分子鏈具有一定的馳豫時(shí)間進(jìn)行取向，其彈性回復(fù)率和雙折射上升；但是吹風(fēng)位置過(guò)高，聚合物分子鏈的馳豫時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，熔體中大分子鏈段的解取向效應(yīng)增加。所述冷風(fēng)工藝中，冷卻溫度為10°C 30°C。所述工藝流程中卷繞線速度與擠出線速度的比值范圍為3000 4000。卷繞線速度與擠出線速度之比，也稱紡絲/牽引比。所述的制備方法制得的高密度聚乙烯中空纖維微孔膜，熔融紡絲采用向上紡絲工藝，聚乙烯熔體經(jīng)噴絲口垂直向上擠出。本發(fā)明聚乙烯中空纖維微孔膜材料及膜結(jié)構(gòu)、性能的表征方法如下 1、聚乙烯(PE)纖維的結(jié)晶度
用DSC6200差熱分析儀(kiko，日本)測(cè)定PE的熔融焓ΔΗ /g)，加熱速率10°C /
min,
測(cè)試溫度范圍50 250°C，通過(guò)下式計(jì)算得到中空纖維的結(jié)晶度 式中Xc —結(jié)晶度；ΔΗ —測(cè)試樣品的熔融熱焓；AHc — 100%結(jié)晶PE的熔融熱焓， 293.0 (J/g)。 2、聚乙烯(PE)纖維的彈性回復(fù)率
用Gotech電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(GT-T5-2000，臺(tái)灣)將20. Omm的PE初生纖維拉伸至30. 0 mm，拉伸速率10. Omm/min，拉伸停止后，取下樣品，測(cè)試其回彈長(zhǎng)度，由下式計(jì)算樣品的彈性回復(fù)率
權(quán)利要求
1.一種制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于包括以下工藝流程熔融紡絲、冷卻、卷繞、熱處理、冷拉伸、熱拉伸、熱定形、測(cè)試，聚乙烯樹(shù)脂經(jīng)熔融處理后，聚乙烯熔體由螺桿擠出機(jī)擠出噴絲口，在卷繞拉力作用下，拉伸成型。
2.如權(quán)利要求1所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述聚乙烯樹(shù)脂的熔融指數(shù)為0. 3 5. 5。
3.如權(quán)利要求2所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述聚乙烯樹(shù)脂的熔融指數(shù)為5. 0 5. 5。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述熔融紡絲的紡絲溫度為170°C 220°C。
5.如權(quán)利要求4所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述熱處理的處理溫度為100°C 150°C。
6.如權(quán)利要求5所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述冷風(fēng)工藝中，冷卻風(fēng)距離噴絲口 150mm :350mm。
7.如權(quán)利要求5或6所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述冷風(fēng)工藝中，冷卻風(fēng)送風(fēng)位置距離噴絲口 280mm 330mm。
8.如權(quán)利要求7所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述冷風(fēng)工藝中，冷卻溫度為10°C 30°C。
9.如權(quán)利要求8所述的制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特征在于，所述工藝流程中卷繞線速度與擠出線速度的比值范圍為3000 4000。
10.如權(quán)利要求1-9所述的制備方法制得的高密度聚乙烯中空纖維微孔膜，其特征在于，所述熔融紡絲采用向上紡絲工藝，所述聚乙烯熔體經(jīng)噴絲口垂直向上擠出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其制備方法，其特征在于包括以下工藝流程熔融紡絲、冷卻、卷繞、熱處理、冷拉伸、熱拉伸、熱定形、測(cè)試，聚乙烯樹(shù)脂原料經(jīng)熔融處理后，聚乙烯熔體流出噴絲口，在卷繞張力作用下，拉伸成型。本發(fā)明制備方法設(shè)備投資小，能耗小，無(wú)環(huán)境污染。制得的聚乙烯中空纖維微孔膜與其他膜材料相比，強(qiáng)度高，耐酸、堿等苛刻條件，且耐細(xì)菌等腐蝕，耐溫性能好，微孔形態(tài)呈微裂紋型，在使用過(guò)程中不會(huì)有有害的物質(zhì)溶出，可干態(tài)保存。
文檔編號(hào)B01D67/00GK102527249SQ201110427440
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者俞鋒, 尹中升, 徐俊峰, 葛潔, 陳翠仙 申請(qǐng)人:天邦膜技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司