一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜及其製備方法與流程

2023-10-11 03:55:19 2

本發明涉及一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜及其製備方法，屬於PTFE水處理膜領域。

背景技術：

聚四氟乙烯(PTFE)是一種綜合性能非常優異的特種工程塑料，具有「塑料王」的美譽。PTFE材料具有優異的耐酸鹼、耐化學腐蝕和優良的不粘性，將其應用於水處理領域適合各類汙廢水的處理。

目前，國內外已商業化的PTFE中空纖維膜主要以美國Gore(美國專利公開號：US3953566A)和日本住友公司(美國專利公開號：US4049589A)所壟斷，該兩家企業所製備的PTFE中空纖維膜採用包纏製備工藝，所製備的膜絲只限於外壓式固液分離條件下使用，採用內壓便會造成對膜絲的損壞。且現有的PTFE中空纖維膜還存在孔徑大、孔隙率低、強度低等缺陷。

技術實現要素：

為了解決現有技術中PTFE中空纖維膜用於汙水處理時存在的使用方式單一、成本高、孔徑大、孔隙率低、強度低等缺陷，本發明提供一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜及其製備方法。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案如下：

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜，用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜為中空管狀結構，其表層及內部均勻分布有微孔，微孔的平均孔徑大小為1000-8000nm，微孔的孔隙率為70-90％。

本發明所得PTFE中空纖維膜具有小孔徑、高孔隙率、高強度等優點；且孔徑分布均勻，阻力小，運行穩定可靠；無膜汙染，減少膜清洗次數；使用壽命長等，更加適合工程應用和推廣；適於各種汙水處理方式。

本申請用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的斷裂強度＞80N。

為了進一步提高用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的汙水處理效率，用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的外徑為2.0-3.0mm，壁厚0.5-1.2mm。

本申請微孔由微原纖和節點相連構成。

上述用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括順序相接的如下步驟：

1)將聚四氟乙烯粉料與溶劑油混勻，在45±5℃下陳化18±2小時後，經打坯推擠製備出管狀初生PTFE中空纖維膜絲；

2)將步驟1)所得的管狀初生PTFE中空纖維膜絲在120-200℃下脫油0.2-5min，使含油率在5％以下；

3)將步驟2)所得的膜絲在260-420℃下軸向拉伸5-16倍率，拉伸速率為1-40m/min；

4)將步驟3)所得的膜絲在380-420℃下進行燒結定型，燒結速率為1-40m/min，即得用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜。

上述脫油在現有常用的脫油機內進行。

為了進一步把保證用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的綜合性能，優選，聚四氟乙烯粉料60～82％和溶劑油18～40％，所述百分比為質量百分比，聚四氟乙烯粉料和溶劑油的質量和為100％。

為了進一步提高所得膜的孔隙率和強度，優選，打坯推擠時壓力為600-1400Kg、保壓時間為5-25min。

為了進一步提高所得膜的強度等性能，步驟1)中，聚四氟乙烯粉料為聚四氟乙烯分散樹脂，溶劑油為石油醚、甲苯、丙酮、煤油、石蠟或白油。煤油、石蠟或白油等的具體牌號對產品的性能不造成影響。

本發明未提及的技術均參照現有技術。

本發明的有益效果是：本發明用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜具有小孔徑、高空隙率、高強度、優異的理化性能，非常適合用於無泡曝氣增氧，為無泡曝氣增氧領域提供了一種全新曝氣設備；本發明無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜還具有曝氣阻力小、運行穩定可靠，適應性強、可適用各類汙廢水曝氣；本發明無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜氧利用率高、形成微米級氣泡小而均勻；本發明無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜使用壽命長、無膜汙染、長期使用不需要膜清洗；本發明製備方法工藝簡單、對環境無汙染、易於操作，適合工業化生產。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於下面的實施例。

實施例1

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比82％的聚四氟乙烯粉料(晨光216G)、18％的石蠟油置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於1000KG壓力下打坯，保壓5min後取出，放入推壓機內，於1000KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)將所得初生PTFE中空纖維膜依次在脫油機內120℃下脫油5min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內260℃下進行軸向5倍拉伸，拉伸速率為20m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內380℃下以車速為20m/min進行燒結，製備出平均孔徑1021nm、孔隙率75％、斷裂強度85N，外徑3.0mm，壁厚0.97mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

實施例2

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比75％的聚四氟乙烯粉料(晨光216G)、25％的白油置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於1000KG壓力下打坯，保壓15min後取出，放入推壓機內，於1400KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)初生PTFE中空纖維膜依次經過脫油機內180℃下脫油0.2min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內320℃下進行軸向8倍拉伸，拉伸速率為1m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內400℃下以車速為1m/min進行燒結，製備出平均孔徑2003nm、孔隙率80％、斷裂強度102N，外徑2.7mm，壁厚1.04mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

實施例3

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比75％的聚四氟乙烯粉料(大金F104)、25％的煤油置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於1400KG壓力下打坯，保壓5min後取出，放入推壓機內，於1400KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)初生PTFE中空纖維膜依次經過脫油機內120℃下脫油3min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內420℃下進行軸向5倍拉伸，拉伸速率為30m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內420℃下以車速為40m/min進行燒結，製備出平均孔徑1025nm、孔隙率82％、斷裂強度124N，外徑3.0mm，壁厚1.20mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

實施例4

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比75％的聚四氟乙烯粉料(大金F136)、25％的石油醚置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於1000KG壓力下打坯，保壓25min後取出，放入推壓機內，於600KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)初生PTFE中空纖維膜依次經過脫油機內160℃下脫油1min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內370℃下進行軸向16倍拉伸，拉伸速率為1m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內420℃下以車速為40m/min進行燒結，製備出平均孔徑7953nm、孔隙率90％、斷裂強度94N，外徑2.0mm，壁厚0.56mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

實施例5

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比70％的聚四氟乙烯粉料(蘇威261M)、30％的甲苯置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於600KG壓力下打坯，保壓5min後取出，放入推壓機內，於600KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)初生PTFE中空纖維膜依次經過脫油機內200℃下脫油3min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內420℃下進行軸向12倍拉伸，拉伸速率為5m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內380℃下以車速為30m/min進行燒結，製備出平均孔徑5839nm、孔隙率82％、斷裂強度92N，外徑2.3mm，壁厚0.62mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

實施例6

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比70％的聚四氟乙烯粉料(3F 203A)、30％的丙酮置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於600KG壓力下打坯，保壓15min後取出，放入推壓機內，於600KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)初生PTFE中空纖維膜依次經過脫油機內180℃下脫油5min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內260℃下進行軸向8倍拉伸，拉伸速率為30m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內400℃下以車速為40m/min進行燒結，製備出平均孔徑1032nm、孔隙率88％、斷裂強度113N，外徑2.7mm，壁厚0.82mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

實施例7

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比60％的聚四氟乙烯粉料(大金F106)、40％的煤油置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於1000KG壓力下打坯，保壓25min後取出，放入推壓機內，於1400KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)初生PTFE中空纖維膜依次經過脫油機內200℃下脫油5min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內320℃下進行軸向16倍拉伸，拉伸速率為1m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內400℃下以車速為30m/min進行燒結，製備出平均孔徑4012nm、孔隙率86％、斷裂強度91N，外徑2.2mm，壁厚0.59mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

實施例8

一種用於無泡曝氣增氧PTFE中空纖維膜的製備方法，包括如下步驟：

1)量取質量比60％的聚四氟乙烯粉料(蘇威130)、40％的煤油置於「V」字型混料機中混合均勻後，45℃下陳化18小時；

2)將混合物裝入打坯機內，於1400KG壓力下打坯，保壓5min後取出，放入推壓機內，於1000KG壓力下推擠，形成初生PTFE中空纖維膜；

3)初生PTFE中空纖維膜依次經過脫油機內200℃下脫油3min；

4)脫油後PTFE中空纖維膜在拉伸機內420℃下進行軸向12倍拉伸，拉伸速率為5m/min；

5)拉伸完成後進入燒結爐內420℃下以車速為40m/min進行燒結，製備出平均孔徑2051nm、孔隙率83％、斷裂強度95N，外徑2.8mm，壁厚0.65mm的PTFE中空纖維膜，適合用於無泡曝氣增氧。

表1中各性能的測試參照《聚丙烯中空纖維微孔膜》HY/T 110-2008(6.2)和《中空纖維膜拉伸性能測試方法》LQW-B5-J12。

表1為各實施例所製得的PTFE中空纖維膜性能數據