用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制备方法，属于膜分离和饮用水处理【技术领域】。首先将聚偏氟乙烯和酚酞侧基聚芳醚酮烘干，将聚偏氟乙烯、酚酞侧基聚芳醚酮、正丁醇、磷酸三乙酯和聚乙烯吡咯烷酮按比例称量后进行搅拌、溶解，再送入双螺杆挤出机中挤出后，经过滤器和纺丝机，形成中空的初生纤维，使其在冷萃液中冷却固化，再浸入超纯水中脱除稀释剂的混合物，最后在室温下晾干，得到超低压聚偏氟乙烯合金膜。本方法使用原料安全卫生，绿色环保，具有较高的耐热性和化学稳定性，突出的耐候性、耐臭氧、耐紫外光辐射及耐化学腐蚀性，膜的截留高、产水水质好，使用中不断丝，性能稳定，是性能优良的高端饮用水处理用膜材料。
【专利说明】用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制备方法，尤其涉及一种热致相分离法(简称热法)制备聚偏氟乙烯(PVDF)与酚酞侧基聚芳醚酮(PEK-C)共混的中空纤维膜，用于市政饮用水处理，属于膜分离和饮用水处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]我国现有水源普遍受到有机物的污染，部分地区出现高有机物、高浊度等复合污染。传统的混凝一沉淀一过滤一消毒工艺过滤精度低，消毒剂和混凝剂使用量高，对水质影响大，处理后的水不能满足新国标106项饮用水标准的要求。膜分离技术是当今进行饮用水深度净化，保障水质安全的重要新技术。以超滤膜为核心的水处理工艺已经发展成为第三代饮用水净化工艺，它与其它技术的组合工艺，可以有效地对微污染水源进行处理，生产优质的饮用水。
[0003]传统的非溶剂制相法(简称湿法)生产的中空纤维膜、强度低、韧度差，使用中易断丝、寿命短、不适于在大型饮用水处理工程中应用。迫切需要开发适于市政饮用水处理的大通量、高强度、抗污染、低成本的中空纤维超滤膜。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种用于大型市政饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜及制法，制备高强度、高韧度、大通量的中空纤维膜，并使其具有较强的抗污染能力，有更高的性价比，为市政饮用水处理工程提供产品保障。
[0005]本发明提出的用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制备方法，包括下列步骤:
[0006](I)将聚偏氟乙烯和酚酞侧基聚芳醚酮分别在烘干机中进行干燥，烘干的温度为80~90°C，烘干时间为24~36小时；
[0007](2)制备用于制膜的共混高聚物溶液，共混高聚物溶液中各组分的质量百分比为:
[0008]第一聚合物:聚偏氟乙烯20~30wt%，
[0009]第二聚合物:酚酞侧基聚芳醚酮 2~9wt%
[0010]第一稀释剂:正丁醇24~28wt%
[0011]第二稀释剂:磷酸三乙酯 32~50wt%
[0012]添加剂:聚乙烯吡咯烷酮 I~5wt%
[0013]将聚偏氟乙烯、酚酞侧基聚芳醚酮、正丁醇、磷酸三乙酯和聚乙烯吡咯烷酮按上述比例称量后，置于搅拌釜中，在120~130°C的温度下进行搅拌、溶解，搅拌时间为14~16小时，搅拌转速为90~110转/分，制成均匀的共混高聚物溶液；
[0014](3)中空纤维膜的挤出和成形，具体过程如下:
[0015](3-1)将步骤(2)的共混高聚物溶液通过纺丝泵送入双螺杆挤出机中，原料的加料速度为15?20Kg/小时，挤出机6个区段的温度相同，为120?130°C，挤出温度为120?130°C，螺杆转速为90?120转/分；
[0016](3-2)共混高聚物溶液经双螺杆挤出机挤出后，经过滤器和纺丝泵，从纺丝机的环形口模中挤出，形成中空的初生纤维，所述的环形口模的外径为5毫米，内径为4.2毫米，环形口模中心通入氮气，氮气的压力为35?55毫米水柱(mmH20)；
[0017](3-3)将上述中空初生纤维在温度为10?25°C的空气中降温，空走的距离为25?35厘米(cm)，然后进入冷萃液槽中经冷萃液冷却固化，经收卷机收卷，制成中空纤维膜中间体，收卷机的收卷速度为15?20米/分，所述的冷萃液为水和二甘醇乙醚二者的混合液，冷萃混合液中水的质量百分比浓度为O?15wt%，二甘醇乙醚的质量百分比浓度为85?100wt%，冷萃混合液的温度为10?35°C ；
[0018](4)将步骤(3)的中空纤维膜中间体浸入超纯水中，脱除膜中的第一稀释剂和第二稀释剂的混合物，超纯水的水温为25?35°C，超纯水的电导率为10μ S/cm，浸取时间为12?16小时；
[0019](5)将步骤(4)得到的脱除稀释剂后的中空纤维膜中间体在室温下晾干，晾干后得到超低压聚偏氟乙烯合金膜。
[0020]本发明提出的用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制法，其优点是:
[0021]1、本发明方法中所采用的制备超低压聚偏氟乙烯合金膜的材料，安全卫生，绿色环保，具有较高的耐热性和化学稳定性，突出的耐候性、耐臭氧、耐紫外光辐射及耐化学腐蚀性，是性能优良的高端饮用水处理用膜材料。
[0022]2、本发明方法制备的超低压聚偏氟乙烯合金膜，其外径为1.4?1.6mm，壁厚为320?380 μ m。其断面为双连续网络、非对称型孔结构，孔高度贯通、分布均匀，外表面孔径在20?50纳米。在温度为25°C，0.1MPa压力下，纯水通量为500?1100L/m2h，纤维拉伸强度4.8?8.0MPa,断裂伸长率98?115%。经测试膜的结构与性能表明，膜的截留高、产水水质好，使用中不断丝，性能稳定。
[0023]3、本发明方法制备的超低压聚偏氟乙烯合金膜，膜的亲水性好，有优良的抗污染性能。在实际工程中使用证明，膜不易污染，日常维护清洗周期是其它同类膜产品的2?3倍，维护运行费用低。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明方法制备的超低压聚偏氟乙烯合金膜的外表面电镜照片。
[0025]图2是本发明方法制备的超低压聚偏氟乙烯合金膜的断面电镜照片。
[0026]图3是本发明方法制备的超低压聚偏氟乙烯合金膜的断面外边缘电镜照片。
【具体实施方式】
[0027]本发明提出的用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制备方法，包括下列步骤:
[0028](I)将聚偏氟乙烯和酚酞侧基聚芳醚酮分别在烘干机中进行干燥，烘干的温度为80?90°C，烘干时间为24?36小时；
[0029](2)制备用于制膜的共混高聚物溶液，共混高聚物溶液中各组分的质量百分比为:
[0030]第一聚合物:聚偏氟乙烯20~30wt%，
[0031]第二聚合物:酚酞侧基聚芳醚酮 2~9wt%
[0032]第一稀释剂:正丁醇24~28wt%
[0033]第二稀释剂:磷酸三乙酯 32~50wt%
[0034]添加剂:聚乙烯吡咯烷酮 I~5wt%
[0035]将聚偏氟乙烯、酚酞侧基聚芳醚酮、正丁醇、磷酸三乙酯和聚乙烯吡咯烷酮按上述比例称量后，置于搅拌釜中，在120~130°C的温度下进行搅拌、溶解，搅拌时间为14~16小时，搅拌转速为90~110转/分，制成均匀的共混高聚物溶液 ；
[0036](3)中空纤维膜的挤出和成形，具体过程如下:
[0037]( 3-1)将步骤(2)的共混高聚物溶液通过纺丝泵送入双螺杆挤出机中，原料的加料速度为15~20Kg/小时，挤出机6个区段的温度相同，为120~130°C，挤出温度为120~130°C，螺杆转速为90~120转/分；
[0038](3-2)共混高聚物溶液经双螺杆挤出机挤出后，经过滤器和纺丝泵，从纺丝机的环形口模中挤出，形成中空的初生纤维，所述的环形口模的外径为5毫米，内径为4.2毫米，环形口模中心通入氮气，氮气的压力为35~55毫米水柱(mmH20)；
[0039](3-3)将上述中空初生纤维在温度为10~25°C的空气中降温，空走的距离为25~35厘米(cm)，然后进入冷萃液槽中经冷萃液冷却固化，经收卷机收卷，制成中空纤维膜中间体，收卷机的收卷速度为15~20米/分，所述的冷萃液为水和二甘醇乙醚二者的混合液，冷萃混合液中水的质量百分比浓度为O~15wt%，二甘醇乙醚的质量百分比浓度为85~100wt%，冷萃混合液的温度为10~35°C ；
[0040](4)将步骤(3)的中空纤维膜中间体浸入超纯水中，脱除膜中的第一稀释剂和第二稀释剂的混合物，超纯水的水温为25~35°C，超纯水的电导率为10μ S/cm，浸取时间为12~16小时；
[0041](5)将步骤(4)得到的脱除稀释剂后的中空纤维膜中间体在室温下晾干，晾干后得到超低压聚偏氟乙烯合金膜。
[0042]本发明的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制法中，制膜共混高聚物溶液中各组分的质量比符合下列要求:
[0043]酚酞侧基聚芳醚酮/聚偏氟乙烯=0.1~0.3，
[0044]正丁醇/磷酸三乙酯=0.5~0.75,
[0045](聚偏氟乙烯+酚酞侧基聚芳醚酮)/(聚偏氟乙烯+酚酞侧基聚芳醚酮+正丁醇+磷酸三乙酯+聚乙烯吡咯烷酮)=0.22~0.39，
[0046]聚乙烯吡咯烷酮/ (聚偏氟乙烯+酚酞侧基聚芳醚酮)=0.0371~0.128
[0047]上述的聚偏氟乙烯中空纤维膜的制法中，所述的聚偏氟乙烯的重均分子量为370000 ;酚酞侧基聚芳醚酮的重均分子量为60000，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量1100000。
[0048]本发明的聚偏氟乙烯中空纤维膜的制法中，使用的酚酞侧基聚芳醚酮的化学结构式如下:
[0049]
【权利要求】
1.一种用于饮用水处理的超低压聚偏氟乙烯合金膜的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤: (1)将聚偏氟乙烯和酚酞侧基聚芳醚酮分别在烘干机中进行干燥，烘干的温度为80~90°C，烘干时间为24~36小时； (2)制备用于制膜的共混高聚物溶液，共混高聚物溶液中各组分的质量百分比为: 第一聚合物:聚偏氟乙烯20~30wt%, 第二聚合物:酚酞侧基聚芳醚酮 2~9wt% 第一稀释剂:正丁醇24~28wt% 第二稀释剂:磷酸三乙酯 32~50wt% 添加剂:聚乙烯吡咯烧酮 I~5wt% 将聚偏氟乙烯、酚酞侧基聚芳醚酮、正丁醇、磷酸三乙酯和聚乙烯吡咯烷酮按上述比例称量后，置于搅拌釜中，在120~130°C的温度下进行搅拌、溶解，搅拌时间为14~16小时，搅拌转速为90~110转/分，制成均匀的共混高聚物溶液； (3)中空纤维膜的挤出和成形，具体过程如下: (3-1)将步骤(2)的共混高聚物溶液通过纺丝泵送入双螺杆挤出机中，原料的加料速度为15~20Kg/小时，挤出机6个区段的温度相同，为120~130°C，挤出温度为120~130°C，螺杆转速为90~120转/分； (3-2)共混高聚物溶液经双螺杆挤出机挤出后，经过滤器和纺丝泵，从纺丝机的环形口模中挤出，形成中空的初生纤维，所述的环形口模的外径为5毫米，内径为4.2毫米，环形口模中心通入氮气,氮气的压力为35~55毫米水柱； (3-3)将上述中空初生纤维在温度为10~25°C的空气中降温，空走的距离为25~35厘米(cm)，然后进入冷萃液槽中经冷萃液冷却固化，经收卷机收卷，制成中空纤维膜中间体，收卷机的收卷速度为15~20米/分，所述的冷萃液为水和二甘醇乙醚二者的混合液，冷萃混合液中水的质量百分比浓度为O~15wt%，二甘醇乙醚的质量百分比浓度为85~100wt%，冷萃混合液的温度为10~35°C ； (4)将步骤(3)的中空纤维膜中间体浸入超纯水中，脱除膜中的第一稀释剂和第二稀释剂的混合物，超纯水的水温为25~35°C，超纯水的电导率为10μ S/cm，浸取时间为12~16小时； (5)将步骤(4)得到的脱除稀释剂后的中空纤维膜中间体在室温下晾干，晾干后得到超低压聚偏氟乙烯合金膜。
2.如权利要求1所述的聚偏氟乙烯合金膜的制备方法，其特征在于其中共混高聚物溶液中各组分的质量比为: 酚酞侧基聚芳醚酮/聚偏氟乙烯=0.1~0.3， 正丁醇/磷酸三乙酯=0.5~0.75， (聚偏氟乙烯+酚酞侧基聚芳醚酮)/ (聚偏氟乙烯+酚酞侧基聚芳醚酮+正丁醇+磷酸三乙酯+聚乙烯吡咯烷酮)=0.22~0.39， 聚乙烯吡咯烷酮/ (聚偏氟乙烯+酚酞侧基聚芳醚酮)=0.0371~0.128。
3.如权利要求1所述的聚偏氟乙烯合金膜的制备方法，其特征在于其中所述的聚偏氟乙烯的重均分子量为370000，酚酞侧基聚芳醚酮的重均分子量为60000，聚乙烯吡咯烷酮.的重均分子量1100000。
【文档编号】B01D69/02GK103638828SQ201310711308
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】奚韶锋, 洪耀良, 陈翠仙 申请人:苏州膜华材料科技有限公司