一种改进的聚丙烯中空纤维分离膜的制备方法技术

一种改进的聚丙烯中空纤维分离膜的制备方法，属于高分子材料科学领域。包含以下步骤：(1)在带有搅拌装置的釜中加入聚丙烯和稀释剂，经加热搅拌制得铸膜液，停止搅拌后静置脱泡0.5～2h；(2)铸膜液经过滤器过滤后，并将内芯液引入到喷丝头中，喷丝头温度为145～165℃，与铸膜液一起经喷丝头挤出，最先经过空气气氛，然后进入多级凝固浴，铸膜液经多级凝固浴降温冷却，固化后得到中空纤维膜；(3)中空纤维膜经卷绕机收卷，然后放入一种或多种萃取剂中萃取；(4)萃取好的膜取出经干燥，脱除萃取剂后得到聚丙烯中空纤维分离膜。采用本发明专利技术在相同条件下膜通量由一级水凝固浴的15/m2·h，提高到两级凝固浴的1200/m2·h以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料科学领域，涉及一种高分子分离膜的制备方法，更具体地 涉及一种聚丙烯中空纤维分离膜制备过程中铸膜液的双凝固浴的凝固方法。
技术介绍
高分子分离膜是将两种均相物质分离开的一个高分子界面。随着膜科学技术的发 展，高分子分离膜已广泛应用于水处理、化工、电子、钢铁、医疗、食品等多个行业。聚丙烯作 为一种聚烯烃材料，是以丙烯单体为主聚合而成的一种高度结晶热塑性树脂，具有透明度 高、无毒、比重轻、易加工、抗冲击强度高、耐化学腐蚀、抗挠曲性、电绝缘性好等优良性能。 由于其性能优良、产量大，价格低，作为制备微孔膜的膜材料具有很大优势。本
制备聚丙烯微孔膜的方法主要有熔融拉伸法和热致相分离法(TIPS)。 熔融拉伸法制备的聚丙烯微孔膜其缺点是膜的强度差，膜孔径分布宽，膜过滤精度差。而采 用热致相分离法制备微孔膜可通过选择合适的稀释剂、调整制膜过程和成膜条件来制得孔 径可控的微孔膜。热致相分离法是指将聚合物与高沸点、低挥发性的、低分子量的溶剂在高 温时(一般高于聚合物的熔点)，形成均相溶液，然后降温冷却使溶液发生相分离，再将溶 剂萃取脱除，溶剂占据的体积成为微孔，就成为聚合物微孔膜。本
采用TIPS法制备聚丙烯微孔膜的技术方法有许多种。中国专利 CN101862601A公开了一种聚丙烯中空纤维微孔膜及其制备方法，采用邻苯二甲酸二丁酯、 脂肪胺、硬脂酸钙、异丙胺醇、甲基苯丙酯、植物油或二苯醚中的一种或几种组合作为稀释 剂，采用聚乙二醇、甲基苯酚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、异山梨糖醇或双硫醚中的一种或 几种组合作为添加剂，制得铸膜液，再与内凝胶介质一起通过喷丝头注入外凝胶介质中固 化成膜。中国专利CN1356410A公开了一种热致相分离法制备聚丙烯微孔膜的方法，采用 植物油、液体石蜡、二苯醚、机油作为稀释剂，己二酸、苯甲酸作为助剂，制得均相溶液，通 过喷丝头纺制成聚丙烯中空纤维丝，进入水中凝固，再经过萃取，制得聚丙烯中空纤维分离膜。中国专利CN1718627A公开了一种聚丙烯微孔膜及其制备方法，将聚丙烯及含有 植物油的稀释剂按照一定重量配比，加热搅拌，自然冷却固化制得混合样，再取混合样切薄 片，放入平底容器中，加热熔融后置于水浴中冷却，加入萃取剂萃取，放入真空烘箱中干燥 蒸发，制得聚丙烯微孔膜。中国专利CN 1597073A公开了一种热致相分离制备聚丙烯平板微孔膜的方法，将 一定比例的聚丙烯颗粒、稀释剂和助剂加热，搅拌制得铸膜液后倒至刮板上，于刮膜室内用 刮刀刮取一定厚度的薄膜，将带有薄膜的刮板放入自来水中萃冷，然后用萃取剂萃取制成 聚丙烯平板微孔膜。采用TIPS法制备聚丙烯微孔膜，其制膜过程、成膜条件等对微孔结构形态有显著 影响。在中空纤维膜的纺丝以及平板膜的刮膜过程中，铸膜液的冷却通过凝固浴实现，凝固浴起到了使铸膜液降温并实现相分离将膜固化成型的功能，是膜发生相分离的外部体系。 现有TIPS法制膜采用环状喷丝头纺制中空纤维膜或采用刮膜制备聚丙烯平板微孔膜，使 用最多的是以氮气或者水作为外表面的冷却凝固介质，水的温度变化范围宽，而且安全无 毒，成本低，传热快，固化迅速。但是对于大多数TIPS制膜体系，水传热快，如果只采用一级 凝固浴，并且凝固浴的组分为水或氮气时极易得到致密或者孔径不均匀的皮层，而使得微 孔膜渗透阻力较高，造成膜的透过能力较低。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题本专利技术提供了一种改进的聚丙烯中空纤维分离膜的制 备方法，通过选择两级或多级凝固浴，并对各级凝固浴的组分、温度和停留时间进行控制， 以解决现有技术中采用TIPS制备聚丙烯中空纤维分离膜时，膜外表面皮层致密、膜孔隙分 布不均的问题。本专利技术所采取的技术方案本专利技术提供的包含以下步骤(I)在带有搅拌装置的釜中加入聚丙烯和稀释剂，其中聚丙烯的质量分数为25 40%，聚丙烯的熔融指数为2. 7 8g/10min，稀释剂的质量分数为60 75%，加热至 175 200°C，在通氮气条件下搅拌O. 5 3小时，经加热搅拌制得铸膜液，停止搅拌后恒温 静置脱泡O. 5 2小时；(2)温度为175 200°C的铸膜液经过滤器过滤后，并将内芯液氮气引入到喷丝头 中，喷丝头温度为140 175°C，优选145 165°C，与温度为140 175°C的铸膜液一起经 喷丝头挤出，最先经过空气气氛，然后进入多级凝固浴，具体为先经过一级凝固浴，再经过 下一级凝固浴，多级凝固浴中每一级凝固浴的组分、温度、停留时间均单独控制，铸膜液经 多级凝固浴降温冷却，固化得到中空纤维膜；(3)中空纤维膜经卷绕机收卷，然后放入一种或多种萃取剂中萃取，萃取时间3 48h。；(4)萃取好的膜取出经干燥，干燥方法采用制膜工艺中常用的干燥方法，脱除萃取 剂后得到聚丙烯中空纤维分离膜。所述，步骤(I)中聚丙烯的质量分数优选27 35%，聚丙烯的熔融指数优选3 7g/10min，稀释剂的质量分数优选65 73% ;所述，步骤(I)中所述稀释剂为植物油或邻苯二甲酸酯当中的一种或其组合的混 合物，混合物中至少含有一种邻苯二甲酸酯，质量分数为10 90%。所述邻苯二甲酸酯为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二戊酯或邻苯二甲酸二庚 脂或邻苯二甲酸二辛脂，优选为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛脂。所述，步骤(2)中铸膜液经喷丝头挤出后利用了空气气氛，空气的作用是作为稀 释剂的挥发场所。空气间隙以I IOcm为宜。所述，步骤(2)中凝固浴组分的种类应尽可能选择与稀释剂相近或相容的体系。 凝固浴组分的种类可以为水、多元醇、植物油、邻苯二甲酸酯、表面活性剂或甘油酯中的一 种或几种。所述植物油为花生油或蓖麻油或大豆油或玉米油，优选大豆油。所述多元醇为乙醇、异丙醇、乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、丙三醇、聚乙 二醇。所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠、十二烷基苯 磺酸钠。所述聚乙二醇的分子量在200 600。所述甘油酯为三乙酸甘油酯。所述，步骤(2)中凝固浴的控制方式采用多级凝固浴，其中所述的多级凝固浴至 少为两级凝固浴；采用多级凝固浴时，先经过一级凝固浴，再经过下一级凝固浴；当采用二 级凝固浴时，一级凝固浴温度控制在O 40°C，优选O 20°C，二级凝固浴温度控制在O 80°C，优选20 50°C。一级凝固浴组分种类优选植物油、三乙酸甘油酯、邻苯二甲酸酯、 丙三醇、二缩三乙二醇、低分子的聚乙二醇中的一种或几种，二级凝固浴组分种类优选植物 油、水、乙醇、表面活性剂、丙三醇中任意一种或多种；一级凝固浴中的停留时间为I 20s， 二级凝固浴中的停留时间为I 20s，在各级凝固浴中的停留时间通过调整在凝固浴中的 行程距离控制，一级凝固浴与二级凝固浴通过导轮相连。所述，一级凝固浴中所选组分的质量分数为10 100%。二级凝固浴中所选组分 的质量分数为5 100%。所述，步骤(3)所述萃取剂为酮或者醇或者烷烃，其中酮优选为丙酮，醇优选为甲 醇或乙醇或异丙醇，烷烃优选为正己烷或环己烷。本专利技术与现有技术的实质性区别在于本专利技术专利针对现有技术的不足进行了以下改进本专利技术提出了，通过选择凝固浴组 分的种类、组分浓度、凝固浴温度、凝固浴级数以及各级凝固浴中的停留时间，并将其应用 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的聚丙烯中空纤维分离膜的制备方法，包含以下步骤：(1)在带有搅拌装置的釜中加入聚丙烯和稀释剂，聚丙烯的质量分数为25～40％，聚丙烯的熔融指数为2.7～8g/10min，稀释剂的质量分数为60～75％，加热至175～200℃，在通氮气条件下搅拌0.5～3h，经加热搅拌制得铸膜液，停止搅拌后恒温静置脱泡0.5～2h；(2)铸膜液经过滤器过滤后，并将内芯液引入到喷丝头中，喷丝头温度为140～175℃，与铸膜液一起经喷丝头挤出，最先经过空气气氛，然后进入多级凝固浴，具体为先经过一级凝固浴，再经过下一级凝固浴，铸膜液经多级凝固浴降温冷却，固化后得到聚丙烯中空纤维分离膜；(3)聚丙烯中空纤维分离膜经卷绕机收卷，然后放入一种或多种萃取剂中萃取，萃取时间3～48h；(4)萃取好的膜取出经干燥脱除萃取剂后得到聚丙烯中空纤维分离膜。

【技术特征摘要】
1.一种改进的聚丙烯中空纤维分离膜的制备方法，包含以下步骤(1)在带有搅拌装置的釜中加入聚丙烯和稀释剂，聚丙烯的质量分数为25 40%，聚丙烯的熔融指数为2. 7 8g/10min，稀释剂的质量分数为60 75%，加热至175 200°C， 在通氮气条件下搅拌O. 5 3h，经加热搅拌制得铸膜液，停止搅拌后恒温静置脱泡O. 5 2h ；(2)铸膜液经过滤器过滤后，并将内芯液引入到喷丝头中，喷丝头温度为140 175°C， 与铸膜液一起经喷丝头挤出，最先经过空气气氛，然后进入多级凝固浴，具体为先经过一级凝固浴，再经过下一级凝固浴，铸膜液经多级凝固浴降温冷却，固化后得到聚丙烯中空纤维分离膜；(3)聚丙烯中空纤维分离膜经卷绕机收卷，然后放入一种或多种萃取剂中萃取，萃取时间3 48h ;(4)萃取好的膜取出经干燥脱除萃取剂后得到聚丙烯中空纤维分离膜。2.根据权利要求1所述的一种改进的聚丙烯中空纤维分离膜的制备方法，其特征在于步骤(I)中聚丙烯的质量分数为27 35%，聚丙烯的熔融指数为3 7g/10min，稀释剂的质量分数为65 73%。3.根据权利要求1所述的一种改进的聚丙烯中空纤维分离膜的制备方法，其特征在于所述的多级凝固浴是指至少具有两级凝固浴。4.根据权利要求1或2所述的任意一种改...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉杰，奚振宇，杨永强，张新妙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：