專利名稱：外壓管式膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分離膜制造領(lǐng)域，涉及一種使用平板膜通過粘接焊接制備外壓管式多孔膜(包括納濾膜、微濾膜和超濾膜)的方法。制得的多孔膜可以用在環(huán)保、水處理和膜分離等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚合物多孔膜(包括納濾膜、微濾膜和超濾膜)有多種制備方法，其中最常見的有非溶劑致相分離(NIPS，DIPS)法，又稱“浸沒沉淀法”(IP法)、拉伸法和熱致相分離法(TIPS)。聚合物多孔膜的形式有平板式、中空纖維式、毛細(xì)管式和管式。如美國專利 (7517421 B2)所述，中空纖維膜、毛細(xì)管膜和管式膜外徑分別為O. 03-0. Imm ；0. 2_3mm和 4-50mm。本發(fā)明涉及外徑為3. 5_20mm的管式膜。另外本發(fā)明說明書中把納濾膜、微濾膜和超濾膜統(tǒng)稱為多孔膜。已知技術(shù)中有在支撐網(wǎng)布上通過熱復(fù)合、膠復(fù)合或相分離復(fù)合分離層制成平板膜的方法。平板膜制成膜過濾器的方法是將平板膜粘接或焊接到板框上制成板框式膜組件。 由于較大面積的平板膜無法承受反向水壓，因此板框式膜組件的主要問題是在膜表面污染時不能水力反沖。另外板框式膜組件中板框成本過高。已知技術(shù)中有將聚合物膜以NIPS法涂敷到編制管表面，利用編織管的機(jī)械強(qiáng)度加強(qiáng)毛細(xì)管膜強(qiáng)度的外壓毛細(xì)管膜制造方法(美國專利5，472，607，6，354，444)。由于編織纖維表面光滑，硬度高，而涂敷的分離層硬度較低，因此分離層從編織管表面脫落的傾向較高。另外，當(dāng)編織管加強(qiáng)膜應(yīng)用于水草式膜組件(如美國專利US7，160，454所述)時由于編織管加強(qiáng)膜硬度不夠，易發(fā)生側(cè)倒而互相纏繞，造成固體物質(zhì)在纏繞處的堆積。已知技術(shù)中(中國專利200310124868. 4)有先將聚四氟乙烯(PTFE)制成支撐管， 再在PTFE支撐管上纏繞并燒結(jié)PTFE分離膜的制備外壓中空纖維膜的方法。該方法由于需要預(yù)先制支撐管，工藝過程較復(fù)雜，制造成本高。已知技術(shù)中有內(nèi)壓管式膜制造方法在垂直放置的支撐管內(nèi)通過涂敷錘滑動涂敷制膜液，然后再進(jìn)入凝膠液中凝膠成膜。美國專利4，214，612(1980)，6，077，376(2000)揭示了將條狀無紡布纏繞再通過超聲波焊接并在內(nèi)壁涂敷的連續(xù)內(nèi)壓管式膜制造方法，中國專利申請(200810053043.0)揭示了類似的技術(shù)方案，這一技術(shù)方案在制成的支撐管內(nèi)表面涂敷膜工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低。為了提高內(nèi)壓膜生產(chǎn)效率，美國專利7，517，421揭示了用條狀平板膜通過纏繞焊接制備內(nèi)壓管式膜的方法。然而內(nèi)壓管式膜在應(yīng)用中需要通過大量回流以保證膜管內(nèi)液體流速，因此耗能較高，應(yīng)用受到限制。中國專利申請(201220101838. 6)揭示了使用外壓管式膜制造水草管式膜過濾器的技術(shù)方案，與已知技術(shù)簾式或柱式毛細(xì)管膜或中空纖維膜相比，由于每根管式膜頂端相互獨(dú)立，避免了纖維物質(zhì)在管式膜周圍纏繞問題，由于管式膜強(qiáng)度較高，避免了“膜絲”斷裂問題；與頂端獨(dú)立封閉的水草式毛細(xì)管膜(美國專利US7160454)或水草式中空纖維膜過濾器(美國專利申請US2011/0094964A1)相比，由于管式膜硬度較高，不存在管式膜之間相互
3纏繞的問題；板框式膜過濾器相比，由于每根管式膜頂端相互獨(dú)立，避免了纖維物質(zhì)在板框之間堆積問題，由于可以反沖，使得膜通量更有保證，由于取消了板框，使得水草管式膜過濾器具有成本優(yōu)勢。綜合無纖維纏繞、不斷絲、可反沖和成本低的特點(diǎn)，該技術(shù)方案有望從根本上解決MBR目前的技術(shù)問題。雖然外壓管式膜具有以上優(yōu)勢，但是在已知技術(shù)中缺乏行之有效的外壓管式膜的制備方法，更沒有使用平板膜制備外壓管式膜的方法。本發(fā)明揭示的是將平板膜通過粘接或焊接制成外壓管式膜的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決已知技術(shù)中編織管加強(qiáng)毛細(xì)管膜的膜易脫落和硬度較低的技術(shù)問題，板框式膜組件不能反沖和成本較高的技術(shù)問題，預(yù)制支撐管再涂敷制造管式膜生產(chǎn)過程復(fù)雜的技術(shù)問題，揭示一種將條狀平板膜經(jīng)纏繞粘接或焊接制造外壓管式膜的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明外壓管式膜制備方法包括將條狀平板膜以一定纏繞角連續(xù)纏繞到一根中心軸上，所述條狀平板膜分離層朝外，纏繞時條狀平板膜的兩邊互相重疊并將之這一重疊部分膠粘接或焊接成結(jié)合部，通過至少一個膜管驅(qū)動輪驅(qū)動外壓管式膜與中心軸脫離，得到外壓管式膜。本發(fā)明外壓管式膜制備方法的有益效果表現(xiàn)在相對于已知技術(shù)中編織管加強(qiáng)的毛細(xì)管膜，由于支撐網(wǎng)布可以有多種選擇，分離層與支撐網(wǎng)布的結(jié)合比與編織管結(jié)合更牢固，因而不易脫落；由于纏繞并粘接/焊接后管式膜機(jī)械強(qiáng)度比編織管加強(qiáng)膜更好，因此當(dāng)一端獨(dú)立密閉時不易側(cè)倒和互相纏繞；相對于板框式膜組件，本發(fā)明揭示的外壓管式膜可以反沖，膜過濾器成本低。本發(fā)明揭示的外壓管式膜(微濾膜、超濾膜或納濾膜)特別適用于膜生物反應(yīng)器和再生水工藝。


圖I本發(fā)明外壓管式膜制備方法示意2本發(fā)明外壓管式膜橫截面示意I圖2中I.條狀平板膜，2.中心軸，3.結(jié)合部，4.纏繞角，5.超聲波焊接頭，
6.膜管驅(qū)動輪，7.封邊膠涂敷器，10.外壓管式膜，21.分離層，22.支撐層
具體實(shí)施例方式本發(fā)明外壓管式膜制備方法包括將條狀平板膜(I)以一定纏繞角(4)連續(xù)纏繞到一根中心軸(2)上，所述條狀平板膜(I)分離層(21)朝外，纏繞時所述條狀平板膜(I)的兩邊互相重疊并將之這一重疊部分膠粘接或焊接成結(jié)合部(3)，通過至少一個膜管驅(qū)動輪
(6)驅(qū)動管式膜(10)與中心軸(2)脫離，得到外壓管式膜(10)。所述膜管驅(qū)動輪(6)在水平和垂直雙向斜置，使之轉(zhuǎn)動時帶動管式膜(10)沿軸向移動，同時沿軸向轉(zhuǎn)動。本發(fā)明外壓管式膜制備方法還包括至少一個封邊膠涂敷器(7)，當(dāng)平板膜支撐層較厚時通過涂封閉膠避免重疊粘接焊接部分(3)側(cè)漏。本發(fā)明外壓管式膜制備方法所述條狀平板膜具有分離層(21)和支撐層(22)，其中所述分離層(21)和支撐層(22)是通過熱復(fù)合，膠復(fù)合或相轉(zhuǎn)移復(fù)合而成。本發(fā)明外壓管式膜制備方法還包括在所述條狀平板膜(I)內(nèi)同時纏繞并粘接或焊接另一支撐層，以增強(qiáng)毛細(xì)管膜或管式膜的機(jī)械強(qiáng)度。所述焊接方法是熱焊接或超聲波焊接的一種或兩種的結(jié)合。所述條狀平板膜(I)寬度為5. 0-20_。這一寬度的選擇與制得的外壓管式膜(10) 的直徑和纏繞角(4)有關(guān)。所述纏繞角(4)為15-75度，這一角度的選擇與制得的外壓管式膜(10)的直徑和條狀平板膜(I)寬度有關(guān)。所述結(jié)合部(3)寬度為O. 5-3. 5mm，該寬度小于O. 5mm時粘接或焊接不夠牢固，大于3. 5mm時會犧牲過多的過濾面積。所述條狀平板膜是條狀微濾、超濾或納濾膜中的一種。所述外壓管式膜(10)外徑為3. 5-20毫米之間。該直徑小于3. 5毫米時，制造較困難；大于20毫米時，膜過濾器的充填效率過低。
權(quán)利要求
1.一種外壓管式膜制備方法，其特征在于包括將條狀平板膜(I)以一定纏繞角(4)連續(xù)纏繞到一根中心軸(2)上，所述條狀平板膜(I)分離層(21)朝外，纏繞時所述條狀平板膜的兩邊互相重疊并將之這一重疊部分膠粘接或焊接成結(jié)合部(3)，通過至少一個膜管驅(qū)動輪(6)驅(qū)動外壓管式膜(10)與中心軸(2)脫離，得到外壓管式膜(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述膜管驅(qū)動輪(6)水平和垂直雙向斜置，使之轉(zhuǎn)動時帶動外壓管式膜(10)沿軸向移動，同時沿軸向轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于還包括至少一個封邊膠涂敷器(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述條狀平板膜具有分離層(21)和支撐層(22)，其中所述分離層(21)和支撐層(22)是通過熱復(fù)合，膠復(fù)合或相轉(zhuǎn)移復(fù)合而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于還包括在所述條狀平板膜(I)內(nèi)同時纏繞另一支撐層，以增強(qiáng)外壓管式膜的機(jī)械強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述焊接方法是熱焊接或超聲波焊接的一種或兩種的結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述條狀平板膜(I)寬度為 5. 0_20mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述纏繞角(4)為15-75度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述結(jié)合部(3)寬度為 O. 5-3. 5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述條狀平板膜是條狀微濾、超濾或納濾膜中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外壓管式膜制備方法，其特征在于所述外壓管式膜(10)外徑為3. 5-20毫米之間。該直徑小于3. 5毫米時，外壓管式膜制造較困難；大于20毫米時， 外壓管式膜過濾器的充填效率過低。
全文摘要
本發(fā)明屬于分離膜制造領(lǐng)域，制得的多孔膜可以用在環(huán)保、水處理和膜分離等領(lǐng)域。本發(fā)明外壓管式膜制備方法將條狀平板膜以一定纏繞角連續(xù)纏繞到一根中心軸上，纏繞時膜分離層向外并膜帶的兩邊互相重疊，重疊部分通過膠粘接或超聲波焊接成一體，然后使制得的膜管與中心軸上脫離，得到外壓管式膜。本發(fā)明外壓管式膜分離層與無紡布纖維的結(jié)合比與編織管紡織纖維的結(jié)合更牢固，因而不易脫落；外壓管式膜機(jī)械強(qiáng)度比編織管加強(qiáng)膜更好，因此不易側(cè)倒和互相纏繞；制膜效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)；外壓管式膜可以反沖。本發(fā)明揭示的外壓管式膜包括微濾膜、超濾膜或納濾膜，特別適用于膜生物反應(yīng)器和再生水工藝。
文檔編號B01D67/00GK102600730SQ20121007360
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者孟廣禎, 祝振鑫, 黃立州 申請人:北京坎普爾環(huán)保技術(shù)有限公司