高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其製備方法
2023-08-05 14:09:31 1
專利名稱：高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及膜分離領域，特別是涉及一種高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其製備方法。
背景技術：
膜分離具有分離效率高、選擇性好、能耗低、無二次汙染、設備投資少等特點，已在化工、石油、電子、醫療、食品、飲料、城市自來水工程及環保等行業中得到廣泛的應用。微孔聚烯烴中空纖維膜的力學強度和化學穩定性能等優於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異性能，越來越受到人們的重視。中空纖維微孔膜的特點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。膜組件呈自支撐結構，無需另加其它支撐體，可大大簡化膜組件組裝的複雜性；重現性好，放大容易。一般情況下，實驗室規模的膜組件與工業規模的膜組件相比，其中的流動形式與分離效果差別不大；靈活性中空纖維膜可根據情況採取內壓和外壓兩種過濾方式。設備小型化，結構簡單化。聚烯烴中空纖維膜具有微孔均勻、分離性能好、強度高、耐溫與耐腐蝕性能好、應用面廣等優點。聚乙烯中空纖維膜與聚丙烯中空纖維膜相比，在性能上更具有優勢，比如其孔隙率高、氣體透過率大、耐腐蝕與耐老化性能好、壽命更長等。而現有技術製備聚烯烴中空纖維膜採用的「溶液溼紡法」，工藝流程中使用大量的溶劑，且製得的纖維膜力學性能較差，後期處理中對溶劑體系進行回收、分離及循環利用， 增大了設備投入，易造成環境汙染。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是提供一種高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其製備方法。本發明的技術方案如下
本發明是將拉伸法制膜應用於高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的製備，拉伸法製備中空纖維微孔膜，是利用熔融擠出、中空紡絲成型的工藝技術，在不需要任何添加劑(包括溶齊U)的情況下，使半結晶聚合物在應力場下結晶，形成垂直於應力方向且平行排列的層狀片晶結構；熱處理後，對其進行拉伸，產生了相互貫通的裂紋形微孔結構；再進行熱定型處理，可得到中空纖維微孔材料。熔融紡絲成型過程，決定了初生纖維的微觀結構，是拉伸致孔成膜的基礎。採用不同紡絲工藝，所得到的初生纖維的微觀結構有所不同。本發明採用向上紡絲工藝，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。
向上紡絲工藝的優點在於
(1)可紡更高相對分子質量的樹脂； 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械強度。一種製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，聚乙烯樹脂原料經熔融處理後，聚乙烯熔體由螺杆擠出機擠出噴絲口，在卷繞拉力作用下，拉伸成型。所述聚乙烯樹脂的熔融指數為0. 3 5. 5，優選為5. 0 5. 5。所述熔融紡絲的紡絲溫度為170°C 220°C，優選為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。所述冷風工藝中，冷卻風距離噴絲口 150mm :350mm，優選為^Omm 330mm ；聚乙烯熔體離開噴絲頭到卷繞的整個紡絲過程中，固化點以前，是熔體細流向初生纖維轉化的過渡階段，也是纖維形成的最重要階段，此時熔體的粘度上升很快，因而，冷卻起重要作用。 如果冷卻風離噴絲口較近，則熔體細流在離開噴絲板後立即被冷卻，熔體粘度迅速上升，噴絲頭處拉伸應力提高，初生絲纖維的預取向機率較大，結晶度較高，但此時形成垂直於應力方向的摺疊鏈片晶較少，因而彈性回復率較低；當冷卻風離噴絲口較遠時，聚合物熔體擠出後粘度上升較緩慢，因而聚合物分子鏈具有一定的馳豫時間進行取向，其彈性回復率和雙折射上升；但是吹風位置過高，聚合物分子鏈的馳豫時間進一步延長，熔體中大分子鏈段的解取向效應增加。所述冷風工藝中，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範圍為3000 4000。卷繞線速度與擠出線速度之比，也稱紡絲/牽引比。所述的製備方法製得的高密度聚乙烯中空纖維微孔膜，熔融紡絲採用向上紡絲工藝，聚乙烯熔體經噴絲口垂直向上擠出。本發明聚乙烯中空纖維微孔膜材料及膜結構、性能的表徵方法如下 1、聚乙烯(PE)纖維的結晶度
用DSC6200差熱分析儀(kiko，日本)測定PE的熔融焓ΔΗ /g)，加熱速率10°C /
min,
測試溫度範圍50 250°C，通過下式計算得到中空纖維的結晶度 式中Xc —結晶度；ΔΗ —測試樣品的熔融熱焓；AHc — 100%結晶PE的熔融熱焓， 293.0 (J/g)。 2、聚乙烯(PE)纖維的彈性回復率
用Gotech電子萬能試驗機(GT-T5-2000，臺灣)將20. Omm的PE初生纖維拉伸至30. 0 mm，拉伸速率10. Omm/min，拉伸停止後，取下樣品，測試其回彈長度，由下式計算樣品的彈性回復率
權利要求
1.一種製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於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、測試，聚乙烯樹脂經熔融處理後，聚乙烯熔體由螺杆擠出機擠出噴絲口，在卷繞拉力作用下，拉伸成型。
2.如權利要求1所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述聚乙烯樹脂的熔融指數為0. 3 5. 5。
3.如權利要求2所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述聚乙烯樹脂的熔融指數為5. 0 5. 5。
4.如權利要求1-3任意一項所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述熔融紡絲的紡絲溫度為170°C 220°C。
5.如權利要求4所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述熱處理的處理溫度為100°C 150°C。
6.如權利要求5所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述冷風工藝中，冷卻風距離噴絲口 150mm :350mm。
7.如權利要求5或6所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述冷風工藝中，冷卻風送風位置距離噴絲口 280mm 330mm。
8.如權利要求7所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述冷風工藝中，冷卻溫度為10°C 30°C。
9.如權利要求8所述的製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜的方法，其特徵在於，所述工藝流程中卷繞線速度與擠出線速度的比值範圍為3000 4000。
10.如權利要求1-9所述的製備方法製得的高密度聚乙烯中空纖維微孔膜，其特徵在於，所述熔融紡絲採用向上紡絲工藝，所述聚乙烯熔體經噴絲口垂直向上擠出。
全文摘要
本發明公開了一種製備高密度聚乙烯中空纖維微孔膜及其製備方法，其特徵在於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、測試，聚乙烯樹脂原料經熔融處理後，聚乙烯熔體流出噴絲口，在卷繞張力作用下，拉伸成型。本發明製備方法設備投資小，能耗小，無環境汙染。製得的聚乙烯中空纖維微孔膜與其他膜材料相比，強度高，耐酸、鹼等苛刻條件，且耐細菌等腐蝕，耐溫性能好，微孔形態呈微裂紋型，在使用過程中不會有有害的物質溶出，可幹態保存。
文檔編號B01D67/00GK102527249SQ201110427440
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者俞鋒, 尹中升, 徐俊峰, 葛潔, 陳翠仙 申請人:天邦膜技術國家工程研究中心有限責任公司