一种偏二氟乙烯纤维膜组件的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种偏二氟乙烯纤维膜组件的制造方法，包括如下工序：在中空纤维膜的细长形状的壳体将多孔质的多个中空纤维平行放置，中空纤维的两端分别用水溶性胶带系结，束扎上述多个中空纤维以形成封装端，之后沿垂直于上述中空纤维的面，将封装部与上述中空纤维一起切断，以使中空纤维开口，中空纤维为采用偏二氟乙烯类树脂，添加合计量为偏二氟乙烯类树脂重量1-3倍的可塑剂和溶剂，在挤压成形后，进行100～140℃的热处理后，在长度方向进行单轴拉伸，纤维孔隙率为70～85％，平均孔径为0.1～0.15μm，拉伸强度为6MPa以上，断裂伸长为8％以上，该组件过滤性能好，制备方便。
【专利说明】一种偏二氟乙烯纤维膜组件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种偏二氟乙烯纤维膜组件的制造方法。
【背景技术】
[0002]以往，在污水净化、饮用水净化、果汁清净化、血液净化等液体过滤方面采用多孔质的中空丝。为了增大过滤面积以及容易清洗过滤出的固体，多设为外压式或抽吸式，使液体从中空丝的外面渗透到中空丝内。若使液体从中空丝的外面渗透到中空丝内地过滤，则由过滤除去的固体堆积在中空丝的外面。另外，中空丝多采用束扎多个中空丝而作为中空丝束使用的结构。因此，采用由在中空丝周围上升的气泡的洗涤作用来除去堆积在中空丝外面的固体的方法。在利用上升的气泡的洗涤作用来除去堆积在中空丝外面的固体的情况下，若不确保中空丝的规定间隔，则难于将洗涤用空气适当地送入到中空丝的周围。尤其是，在竖直方向配置束扎中空丝并在固定其下侧的封装部上设置排出洗涤用空气的喷嘴的情况下，在喷嘴的附近，中空丝的密度增加，难于将洗涤用空气适当地送入到中空丝。
[0003]使用均匀膜的过程具有较高的分离系数，但其缺点是渗透速率较低。当渗透速率较低时，可通过提高膜两侧的分压差而增加水的渗透量，分压差在膜渗透中起着推动力作用。然而实际上这是很难实现的，原因是在室温下水蒸汽的饱和蒸汽压低至约20mmHg，而膜的渗透侧的水蒸汽压力是高的，因此产生了一个不希望出现的阻止水汽附加渗透分压差。
[0004]使用载有吸收剂的多孔膜的过程，其使用的膜是将诸如纸、布或无纺纤维等多孔支承体以聚乙烯醇或聚乙二醇等吸湿聚合物和/或氯化锂等吸湿剂浸渍而成的。此过程具有高渗透速率，但其缺点是当在高湿度条件下使用或搁置时，膜中所含的吸湿聚合物会吸水，从而由膜中渗出形成溶液，这就降低了膜的性能。在膜分离技术中，增加膜两侧的水蒸汽分压差的最适宜方法是减小渗透侧的压力，但这被认为是不可能的，原因是膜不具有足够的压力阻抗。实际上，在上述工艺过程中，并未采用降低压力的手段，湿气是在气体混合物和干燥气间简单交换的。使用干燥气的脱湿过程不能提供好的效率，因为若假定湿气被完全交换，当使100%相对湿度的混合气脱湿到10%以下时，就需要使用数量10倍于混合气的湿度为O %的干燥气。
[0005]含有烃类的气体中若带有水也是很棘手的，因为有生成固态水化物的危险；当这些气体亦含有二氧化碳或硫化氢时，还有腐蚀的危险。诸如天然气、油田油层上的覆盖气、分离油气混合物而得到的伴生气，以及从石油提炼厂等来源得到的气体中均含有烃类，在这些气体中若含有水汽时在处理和贮存时都会遇到麻烦。必须将这些气体中的水含量减低到很小值才能进行输送或进行下一步处理，例如液化、运输或销售。
[0006]在某些特殊场合，有可能通过减压或加热气体而将气体中含水的缺点克服，但这些方法仅仅适用于特殊场合。当气体需远距离输送时，上述方法是不经济的；根据市销指标，将这种气体进行销售也是显然不合适的。专门适用于油、气井口的已知脱水方法有:冷却脱水、与乙二醇接触脱水、硅胶吸收脱水和分子筛脱水。所有这些方法均需庞大而昂贵的设备，尤其是气体需运输时。况且，乙二醇脱水装置还存在着重量和体积的安全问题。由于昂贵，硅胶和分子筛系统只能在某些特殊场合下考虑应用。带有无孔性分离层的渗透膜可实现自动化操作，采用这种渗透的被动系统的脱水方式提供了另一种满意的安全设施。然而，已经发现这种被动的膜系统仍不适用，原因是水蒸汽渗透分压在膜的渗透侧会积累升高，这会使得水汽不能在需要的和有实用意义的水平下连续渗透。
[0007]一般说来，气体通过膜是借助孔进行的，所述的孔就是与膜的入口侧和出口侧连通的供流体流动的连续通道(这些孔道可能适合于也可能不适合于由Knudson流动或扩散所进行的分离)。根据膜理论的现行观点，另一种机理认为，气体通过膜是由气体和膜上物质进行相互作用而实现的。根据最新提出的这种机理，气体穿过膜的渗透作用包括气体在膜物质中的溶解和气体通过膜的扩散两个部分。现行观点认为单一气体的渗透常数等于该气体在该膜内的溶解度和扩散系数的乘积。当某种特定气体与某一特定的膜相互作用而在月吴中渗透时，
[0008]渗透常数是一特定值。气体的渗透速率即通过膜的通量，与渗透常数有关，但还受诸多变量的影响。这些变量包括:膜厚、密度、自由体积、膜的物理特性、渗透气体通过膜的分压差以及温度等。根据本发明，业已发现适用于制作气体脱水膜设备包括例如本文所引用的、由Henis和Tripodi在其美国专利4，230，463中所提出的那种非对称气体分离膜(无涂层材料)。这些和其它未涂层非对称膜当进行适当的后处理而产生可控的孔隙度时可有很高的水汽通量，根据本发明它们很适合于脱水用。另一类不涂层膜也具有很高的水汽通量，亦适宜于气体脱水，此类膜由玻璃质的疏水聚合物组成，其中膜的第一热Tg大于主体玻璃质，疏水聚合物的第一热Tg。这类膜具有梯度密度表层，其渗透性很好，尤其是水汽的通量很大。具有梯度密度表层的膜可由下法制成:将由玻璃质的疏水聚合物组成的涂布漆在Lewis酸、Lewis碱或Lewis酸-碱复合物的溶剂系统中旋压或饶注该溶剂系统能溶解这类聚合物，并可由极性凝结介质很容易分离开来，由此能得到无大孔隙的非对称膜，该膜具有高的自由体积和梯度密度表层。Kesting等人在1987年7月6日申请的美国专利申请66752(此处作为参考引入)中提供了这类具有梯度密度表层的膜。Kesting及其合作者开发了一种非对称气体分离膜，根据该发明，该膜在未涂层状态下具有高的水通量和足够的可控空隙度，可允许进料气体的可控部分渗透，并将膜的渗透侧的水汽吹扫掉。
[0009]US4708799公开了一种生成中空纤维的装置，它包括一个装有聚合物与液体的(对聚合物是惰性的)热溶液的容器，此溶液被泵送至挤出机模头。中空纤维通过喷咀进入含有此溶液的惰性液体的纺丝管被挤出。此纤维及惰性液体以同一方向实际上相同的线速度通过一段大气区进入纺丝管。在该装置中，中空纤维以熔融状态被挤出，并在纺丝管中形成。对熔融纤维为惰性的液体的使用对纤维表面的多孔性起着相反的作用。中空纤维膜的挤出机模具，该模具有一个拥有四条同心通道的四路共挤出机机头。轴心通道接收成腔液体，紧邻的外向通道接收生成膜的聚合物和表面活性剂所组成的均匀混合物，紧挨的外向同心通道接收涂敷液，而最外面的通道接受冷的骤冷液。用各自计量泵把每种液体送至挤出机机头。四种液体分别加热并沿着绝热的和热伴热管输送。挤出机机头有数个温区。在密闭的控制区将腔液、膜胶状物和涂敷液加热至同一温度，在此控温区，成型由胶状物组成的聚合物溶液，将骤冷液送至冷却区，在冷却区胶状物经历了不平衡的液-液相分离，生成两种液体的大界面的双连续基质，在这两种液体中，在发生聚集分离成界面积小的截然不同的相之前，聚合物相就固化了。
[0010]中空纤维膜离开挤出机头就完全形成了，除在后挤出操作中把表面活性剂溶剂从膜中除去(这在制膜工艺中是很普遍的)以外，不再需要任何进一步的成型处理。使用一种不溶解聚合物的挥发性溶剂从已制得的膜中把聚合物的表面活性剂溶剂除去。中空纤维膜的特点是具有网眼状(Lacey)或细丝状结构。在本说明书中，术语“网眼状”意味着该膜是由沿着每根聚合物单纱的许多位置互相连结的众多聚合物单纱组成的。每一连结点的尺寸仅比单纱的横截面稍大一些。每根单纱的长度为其直径的5至50倍，而且单纱的横截面形状由圆形变为椭圆形，在为椭圆形时，椭圆的长轴可高达其短轴的5倍。“网眼状或细丝状结构”这种描述也可想象为一种由双连续结构衍生来的三维圆形的方网眼的网。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提出一种偏二氟乙烯中空纤维膜组件的制造方法。
[0012]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0013]一种偏二氟乙烯中空纤维膜组件的制造方法，包括如下工序:在中空纤维膜的细长形状的壳体将多孔质的多个中空纤维平行放置，中空纤维的两端分别用水溶性胶带系结，束扎上述多个中空纤维以形成封装端，之后沿垂直于上述中空纤维的面，将封装部与上述中空纤维一起切断，以使中空纤维开口，中空纤维为采用偏二氟乙烯类树脂，添加合计量为偏二氟乙烯类树脂重量1-3倍的可塑剂和溶剂，在挤压成形后，进行100?140°C的热处理后，在长度方向进行单轴拉伸，纤维孔隙率为70?85%，平均孔径为0.1?0.15μπι，拉伸强度为6MPa以上，断裂伸长为8%以上。
【具体实施方式】
[0014]实施例1
[0015]一种偏二氟乙烯中空纤维膜组件的制造方法，包括如下工序:在中空纤维膜的细长形状的壳体将多孔质的多个中空纤维平行放置，中空纤维的两端分别用水溶性胶带系结，束扎上述多个中空纤维以形成封装端，之后沿垂直于上述中空纤维的面，将封装部与上述中空纤维一起切断，以使中空纤维开口，中空纤维为采用偏二氟乙烯类树脂，添加合计量为偏二氟乙烯类树脂重量1-3倍的可塑剂和溶剂，在挤压成形后，进行100?140°C的热处理后，在长度方向进行单轴拉伸，纤维孔隙率为70?85%，平均孔径为0.1?0.15μπι，拉伸强度为6MPa以上，断裂伸长为8%以上。
[0016]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种偏二氟乙烯纤维膜组件的制造方法，包括如下工序:在中空纤维膜的细长形状的壳体将多孔质的多个中空纤维平行放置，中空纤维的两端分别用水溶性胶带系结，束扎上述多个中空纤维以形成封装端，之后沿垂直于上述中空纤维的面，将封装部与上述中空纤维一起切断，以使中空纤维开口，中空纤维为采用偏二氟乙烯类树脂，添加合计量为偏二氟乙烯类树脂重量1-3倍的可塑剂和溶剂，在挤压成形后，进行100?140°C的热处理后，在长度方向进行单轴拉伸，纤维孔隙率为70?85%，平均孔径为0.1?0.15 μ m，拉伸强度为6MPa以上，断裂伸长为8%以上。
【文档编号】B01D63/02GK104437093SQ201410617911
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】华文蔚 申请人:华文蔚