耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法

2023-05-17 10:04:06

專利名稱：耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子樹脂塗覆多孔基材分離膜製備領域，特別涉及一種耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法。
背景技術：
分離膜材料按形狀分成中空纖維、平板卷式、平板框式和管式膜四大類。其中管式膜材料能處理含有懸浮固體或者流體粘度較高的液體，可以省掉預處理要求，湍流錯流過濾使膜表面不易被汙染，因此廣泛地使用在食品和飲料、化工、微電子、造紙和醫藥行業。管式支撐覆合膜是一種新型的分離膜，根據實際應用需要在多孔管式支撐基材上塗覆不同材質的表面有機膜層，多孔材料為支撐作用，其分離效果主要有表面有機膜層決定。現有很多管式膜的支撐層採用帶子螺旋纏繞而成，專利CN03141410. 9公開了一種無紡布帶纏繞用熱熔膠粘合及超聲波粘結加固卷制管，專利200610039090. 0公開了一種採用濾材條前後迭合繞制並以超聲波焊接形成濾管，同時從芯軸內孔均勻注液於濾管的內壁形成液膜。專利CN200920256727. 0公開了一種增強支撐管式膜，在無紡材料帶子螺旋纏繞管子外面再單絲編織纏繞增強支撐層。上述方法存在下列缺陷採用塗覆材料簡單塗覆於支撐層表面， 塗覆層的厚度很難控制均一性，塗覆層和支撐層的粘結力較差，使用過程中兩者容易剝離嚴重影響過濾效果；無紡布纏繞支撐管增強了管式膜內壓使用的抗破損能力，但是無紡布纏繞支撐管自身沒有剛性，反洗抗壓能力沒有得到改善，反洗壓力升高管式膜容易被壓扁或者破損。為了提高反洗抗壓性，專利200910115557. 9公開了一種無機編織管浸塗有機鑄膜液製得管式複合中空纖維膜，但該方法自由浸塗會造成管式膜塗層不均勻、塗覆層與編織管粘結力不均一、有機鑄膜液會滲透編織管到中空內腔導致堵塞。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法。耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法的步驟如下
1)採用塗覆裝置，塗覆裝置包括攪拌罐、料液罐、底部密封卡座、待加工支撐管、第一環狀刮具、固定塗覆頭、塗覆刮具、環狀卡箍、支撐管連接件、塗覆裝置連接杆、控制系統、凝膠浴、第二環狀刮具；攪拌罐出料口與料液罐進料口相連，料液罐溢料口與攪拌罐相連， 料液罐底部設有密封卡座，並固定有待加工支撐管，料液罐頂部設有與待加工支撐管上端相配合的環狀卡箍和第一環狀刮具，待加工支撐管上端內腔設有固定塗覆頭，固定塗覆頭下端設有塗覆刮具，固定塗覆頭上端設有塗覆裝置連接杆，塗覆裝置連接杆與控制系統相連，待加工支撐管頂部設有支撐管連接件，支撐管連接件與控制系統相連，料液罐旁設有凝膠浴，凝膠浴頂部設有與待加工支撐管上端相配合的第二環狀刮具；
2)將重量百分比為12 20%高分子樹脂、重量百分比為56 70%溶劑、重量百分比為10 18%致孔添加劑和重量百分比為2 6%親水添加劑加入攪拌罐中，在60 80°C攪拌12 16小時，過濾、真空脫泡12 36小時得到塗覆料液；
3)將塗覆料液通過壓力輸送到料液罐，在壓力的驅動下料液從待加工支撐管外表面滲透到內表面，使待加工支撐管的多孔基材和內腔都充滿塗覆料液；
4)將料液罐內的壓力完全釋放，待加工支撐管上端的環狀卡箍鬆開，控制系統通過頂端連接件帶動待加工支撐管緩慢的垂直上升至待加工支撐管底端離開料液罐，同時待加工支撐管外表面由第一環狀刮具刮去多餘的塗覆料液，待加工支撐管內表面由塗覆刮具刮去多餘的塗覆料液得到初始態管式覆合膜；
5)控制系統通過頂端連接件和塗覆裝置連接杆將塗有初始態覆合膜的待加工支撐管水平移動到凝膠浴上方，通過控制系統經頂端連接件緩慢向下降直到初始態管式覆合膜上端完全浸入凝膠浴；同時固定在凝膠浴上端的第二環狀刮具和支撐管內腔的塗覆刮具把支撐管多孔基材內溢出的料液刮去及修復塗覆層；
6)初始態管式覆合膜完全浸入凝膠浴後，通過控制系統使支撐管連接件和塗覆裝置連接杆與初始態管式覆合膜脫開，經溶液相分離充分交換後取出自然晾乾製得耐高壓管式支撐覆合膜。所述的待加工支撐管為由聚四氟乙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯樹脂粉末燒結的管式多孔材料，待加工支撐管的外徑為5 40mm、內徑為4 32mm，孔隙率為30 60%，平均孔徑範圍為5 30 μ m。所述高分子樹脂為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或聚醚碸，高分子樹脂的數均分子量為 5X IO4 1. 0X106。所述的溶劑為二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一種或兩種。所述的致孔添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、二甘醇、乙二醇或甘油中兩種或三種。所述的親水添加劑為甲基丙烯酸甲酯-單甲醚聚氧化乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物、磺化聚醚碸、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一種。所述的凝膠浴的組成為重量百分比為10 30%的聚乙二醇，重量百分比5 20% 的二甲基乙醯胺和重量百分比50 70%的水。所述的耐高壓管式支撐覆合膜的內壓運行壓力為0. 15 0.5MPa，破裂壓力為 0. 5 2MPa，特別反洗壓力為0. 1 0. 4MPa，孔隙率為30_50%，平均孔徑0. 01 0. 4 μ m，在 0. 2MPa，25°C條件下的純水內壓通量為500 3000L/m2_h。本發明採用的支撐管具有耐高壓和高機械強度特性，通過本體多孔基材塗覆製得的覆合膜也具備同樣特性，還具有大通量、高截留率、強抗汙染、耐磨損和多孔結構及孔徑可控等特性。


圖1是耐高壓管式支撐覆合膜製備裝置示意圖； 圖2是具有耐高壓管式支撐覆合膜的截面示意圖中攪拌罐1、料液罐2、底部密封卡座3、待加工支撐管4、第一環狀刮具5、固定塗覆頭6、塗覆刮具7、環狀卡箍8、支撐管連接件9、塗覆裝置連接杆10、控制系統11、凝膠浴12、第二環狀刮具13、內塗覆層14、外塗覆層15、多孔基材塗覆層16、支撐管基材17。
具體實施例方式耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法的步驟如下
1)採用塗覆裝置，塗覆裝置包括攪拌罐1、料液罐2、底部密封卡座3、待加工支撐管 4、第一環狀刮具5、固定塗覆頭6、塗覆刮具7、環狀卡箍8、支撐管連接件9、塗覆裝置連接杆10、控制系統11、凝膠浴12、第二環狀刮具13 ；攪拌罐1出料口與料液罐2進料口相連， 料液罐2溢料口與攪拌罐1相連，料液罐2底部設有密封卡座3，並固定有待加工支撐管4， 料液罐2頂部設有與待加工支撐管4上端相配合的環狀卡箍8和第一環狀刮具5，待加工支撐管4上端內腔設有固定塗覆頭6，固定塗覆頭6下端設有塗覆刮具7，固定塗覆頭6上端設有塗覆裝置連接杆10，塗覆裝置連接杆10與控制系統11相連，待加工支撐管4頂部設有支撐管連接件9，支撐管連接件9與控制系統11相連，料液罐2旁設有凝膠浴12，凝膠浴 12頂部設有與待加工支撐管4上端相配合的第二環狀刮具13 ；
2)將重量百分比為12 20%高分子樹脂、重量百分比為56 70%溶劑、重量百分比為 10 18%致孔添加劑和重量百分比為2 6%親水添加劑加入攪拌罐1中，在60 80°C 攪拌12 16小時，過濾、真空脫泡12 36小時得到塗覆料液；
3)將塗覆料液通過壓力輸送到料液罐2，在壓力的驅動下料液從待加工支撐管4外表面滲透到內表面，使待加工支撐管4的多孔基材和內腔都充滿塗覆料液；
4)將料液罐2內的壓力完全釋放，待加工支撐管4上端的環狀卡箍8鬆開，控制系統 11通過頂端連接件9帶動待加工支撐管4緩慢的垂直上升至待加工支撐管4底端離開料液罐2，同時待加工支撐管4外表面由第一環狀刮具5刮去多餘的塗覆料液，待加工支撐管4 內表面由塗覆刮具7刮去多餘的塗覆料液得到初始態管式覆合膜；
5)控制系統11通過頂端連接件9和塗覆裝置連接杆10將塗有初始態覆合膜的待加工支撐管4水平移動到凝膠浴12上方，通過控制系統11經頂端連接件9緩慢向下降直到初始態管式覆合膜上端完全浸入凝膠浴12 ；同時固定在凝膠浴12上端的第二環狀刮具13 和支撐管4內腔的塗覆刮具7把支撐管多孔基材內溢出的料液刮去及塗覆層修復；
6)初始態管式覆合膜完全浸入凝膠浴12後，通過控制系統11使支撐管連接件9和塗覆裝置連接杆10與初始態管式覆合膜脫開，經溶液相分離充分交換後取出自然晾乾製得耐高壓管式支撐覆合膜。所述的待加工支撐管4為由聚四氟乙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯樹脂粉末燒結的管式多孔材料，待加工支撐管的外徑為5 40mm、內徑為4 32mm，孔隙率為30 60%，平均孔徑範圍為5 30 μ m。所述高分子樹脂為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或聚醚碸，高分子樹脂的數均分子量為 5X IO4 1. 0X106。所述的溶劑為二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一種或兩種。所述的致孔添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、二甘醇、乙二醇或甘油中兩種或三種。所述的親水添加劑為甲基丙烯酸甲酯-單甲醚聚氧化乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚
6物、磺化聚醚碸、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一種。所述的凝膠浴的組成為重量百分比為10 30%的聚乙二醇，重量百分比5 20% 的二甲基乙醯胺和重量百分比50 70%的水。實施例1 將重量百分比15%聚偏氟乙烯樹脂(比利時蘇威公司Solvay Solexis 1015)、65% 二甲基乙醯胺、10%聚乙二醇600、8%聚乙烯吡咯烷酮(河南博愛新開源K-30)和洲聚乙烯醇(可樂麗)加入塗覆液攪拌罐中，在80°C攪拌12小時，過濾、真空脫泡M小時得到塗覆料液。將的支撐管(外徑為20. 0mm、內徑為13. 0mm，孔隙率為55. 3%，平均孔徑為 16. 7 μ m，長度為2. 0m)底端放置到料液罐(2)的底部密封卡座(3)上並密封，支撐管的上端用環狀卡箍(8)固定在料液罐的頂部並密封；並安裝好外表面環狀刮具(5)和內表面柱狀刮具(6、7)。將塗覆料液通過壓力輸送到料液罐，在0. 2MPa壓力的驅動下料液從支撐管外表面滲透到內表面，使支撐管的多孔基材和內腔都充滿塗覆料液。將料液罐內的壓力完全釋放，支撐管上端的環狀卡箍鬆開，通過頂端連接件(9)帶動下支撐管以15. Om/min的速度向上升直到低端離開料液罐，同時固定的外表面的環狀刮具(直徑為20. Omm)和內表面柱狀刮具(固定塗覆頭(6)的直徑為11. Omm和塗覆刮具(7)的直徑為12. 5mm，鋼珠直徑為 3. Omm，其中約2/3鑲嵌於塗覆頭)把兩邊的料液去除得到初始態管式覆合膜。通過控制系統(11)將初始態管式覆合膜水平移動到凝膠浴(12)上端，在連接件的帶動下初始態覆合膜以6. Om/min的速度向下降直到上端完全浸入重量百分比為10%的聚乙二醇，重量百分比 20%的二甲基乙醯胺和重量百分比70%的水組成凝膠浴中，同時固定在凝膠浴上端的外表面的環狀刮具和內表面柱狀刮具把支撐管多孔基材內溢出的料液去掉及修復，保證支撐管塗覆層均一性和完整性。初始態覆合膜完全浸入凝膠浴後與連接件脫開，充分交換後取出自然晾乾製得耐高壓管式支撐覆合膜。本體多孔基材塗覆製得的覆合膜，孔隙率為48. 6%， 平均孔徑0. 08 μ m，純水內壓通量為1640L/m2 h(0. 2MPa，25°C)。
權利要求
1.一種耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法，其特徵在於它的步驟如下1)採用塗覆裝置，塗覆裝置包括攪拌罐(1)、料液罐(2)、底部密封卡座(3)、待加工支撐管(4)、第一環狀刮具(5)、固定塗覆頭(6)、塗覆刮具(7)、環狀卡箍(8)、支撐管連接件 (9)、塗覆裝置連接杆(10)、控制系統(11)、凝膠浴(12)、第二環狀刮具(13);攪拌罐(1)出料口與料液罐(2 )進料口相連，料液罐(2 )溢料口與攪拌罐(1)相連，料液罐(2 )底部設有密封卡座(3)，並固定有待加工支撐管(4)，料液罐(2)頂部設有與待加工支撐管(4)上端相配合的環狀卡箍(8)和第一環狀刮具(5)，待加工支撐管(4)上端內腔設有固定塗覆頭(6)， 固定塗覆頭(6 )下端設有塗覆刮具(7 )，固定塗覆頭(6 )上端設有塗覆裝置連接杆(10 )，塗覆裝置連接杆(10)與控制系統(11)相連，待加工支撐管(4)頂部設有支撐管連接件(9)，支撐管連接件(9)與控制系統(11)相連，料液罐(2)旁設有凝膠浴(12)，凝膠浴(12)頂部設有與待加工支撐管(4)上端相配合的第二環狀刮具(13);2)將重量百分比為12 20%高分子樹脂、重量百分比為56 70%溶劑、重量百分比為10 18%致孔添加劑和重量百分比為2 6%親水添加劑加入攪拌罐(1)中，在60 80°C攪拌12 16小時，過濾、真空脫泡12 36小時得到塗覆料液；3)將塗覆料液通過壓力輸送到料液罐(2)，在壓力的驅動下料液從待加工支撐管(4) 外表面滲透到內表面，使待加工支撐管(4)的多孔基材和內腔都充滿塗覆料液；4)將料液罐(2)內的壓力完全釋放，待加工支撐管(4)上端的環狀卡箍(8)鬆開，控制系統(11)通過頂端連接件(9)帶動待加工支撐管(4)緩慢的垂直上升至待加工支撐管(4) 底端離開料液罐(2)，同時待加工支撐管(4)外表面由第一環狀刮具(5)刮去多餘的塗覆料液，待加工支撐管(4)內表面由塗覆刮具(7)刮去多餘的塗覆料液得到初始態管式覆合膜；5)控制系統(11)通過頂端連接件(9)和塗覆裝置連接杆(10)將塗有初始態覆合膜的待加工支撐管(4)水平移動到凝膠浴(12)上方，通過控制系統(11)經頂端連接件(9)緩慢向下降直到初始態管式覆合膜上端完全浸入凝膠浴(12);同時固定在凝膠浴(12)上端的第二環狀刮具(13)和待加工支撐管(4)內腔的塗覆刮具(7)把支撐管多孔基材內溢出的料液刮去及修復塗覆層；6)初始態管式覆合膜完全浸入凝膠浴(12)後，通過控制系統(11)使支撐管連接件(9 ) 和塗覆裝置連接杆(10)與初始態管式覆合膜脫開，經溶液相分離充分交換後取出自然晾乾製備得到耐高壓管式支撐覆合膜。
2.根據權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜製備方法，其特徵在於所述的待加工支撐管(4)為由聚四氟乙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯樹脂粉末燒結的管式多孔材料，待加工支撐管的外徑為5 40mm、內徑為4 32mm，孔隙率為30 60%，平均孔徑範圍為5 30 μ m0
3.根據權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜製備方法，其特徵在於所述高分子樹脂為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或聚醚碸，高分子樹脂的數均分子量為5X IO4 1. OXlO6O
4.根據權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜製備方法，其特徵在於所述的溶劑為二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞碸、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一種或兩種。
5.根據權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜製備方法，其特徵在於所述的致孔添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、二甘醇、乙二醇或甘油中兩種或三種。
6.根據權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜製備方法，其特徵在於所述的親水添加劑為甲基丙烯酸甲酯-單甲醚聚氧化乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物、磺化聚醚碸、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一種。
7.根據權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜製備方法，其特徵在於所述的凝膠浴的組成為重量百分比為10 30%的聚乙二醇，重量百分比5 20%的二甲基乙醯胺和重量百分比50 70%的水。
8.根據權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜製備方法，其特徵在於所述的耐高壓管式支撐覆合膜的內壓運行壓力為0. 15 0. 5MPa，破裂壓力為0. 5 2MPa，特別反洗壓力為0. 1 0. 4MPa，孔隙率為30-50%，平均孔徑0. 01 0. 4 μ m，在0. 2MPa，25°C條件下的純水內壓通量為500 3000L/m2_h。
全文摘要
本發明公開了一種耐高壓管式支撐覆合膜的製備方法。包括下列步驟1.高分子樹脂、溶劑、親水添加劑和致孔添加劑加熱攪拌製備成塗覆料液；2.通過壓力把塗覆料液輸送到裝有支撐管的料液罐；3.塗覆料液在壓力驅動下從支撐管外表面滲透到內表面，使支撐管的多孔基材內完全充滿料液；4.把浸潤塗覆料液的支撐管垂直移出料液罐同時經刮具去掉內外表面的料液得到初始態管式覆合膜；5.初始態管式覆合膜再次通過刮具去掉多餘料液及修復後浸入凝膠浴相分離，晾乾得到管式支撐覆合膜。本發明通過本體多孔基材塗覆製得的覆合膜也具備耐高壓和高機械強度特性，還具有大通量、高截留率、強抗汙染、耐磨損和多孔結構及孔徑可控等特性。
文檔編號B01D69/04GK102343218SQ201110280830
公開日2012年2月8日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者尤健明, 徐又一, 計根良, 阮文祥 申請人:杭州潔弗膜技術有限公司