专利名称：中空纤维膜的制备方法以及制备设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中空纤维膜的制备方法，以及一种中空纤维膜的制备设备。该方法适用于湿法或干—湿法中空纤维膜纺丝以及熔融法纺丝。
背景技术：
图1显示了现有技术中的中空纤维膜的一种干—湿法纺丝制备方法，料液从纺丝原液釜和纺丝芯液罐中同时注入到纺丝喷头中，经纺丝喷头纺丝制膜，制得的膜经凝固浴槽1进行固化处理，获得中空纤维膜3，中空纤维膜被传导到绕丝槽2中的绕丝机4处，绕成卷。
在上述中空纤维膜的制备方法中，制得的膜经过凝固浴槽1后，获得的是初生的中空纤维膜，为了除去初生中空纤维膜中残留的溶剂和添加剂，需要连续多级洗提槽或将中空纤维膜长时间浸泡在洗提液体中，生产效率低。
而且现有技术中对膜的处理是间断的，要经过彼此不相连的工艺流程。根据上述方法纺制出中空纤维膜，然后将中空纤维膜束再浸在特定组成的溶液中进行二次处理，如浸没在水中或酸液、碱液中，以除去初生中空纤维膜中的添加剂；如果中空纤维膜要进一步进行膜组件成型浇铸，则还需浸没在甘油、表面活性剂等中进行处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种一次性成形中空纤维膜的制备方法，在该方法中可以快速高效、完全地脱除初生中空纤维膜中残留的溶剂和添加剂，并且可以连续地生产中空纤维膜，从而提高了生产效率和生产稳定性。该方法可用于制备反渗透(RO)中空纤维膜、纳滤(NF)中空纤维膜、微滤(MF)中空纤维膜和超滤(UF)中空纤维膜等。
本发明提供的一次性成形中空纤维膜的制备方法主要的步骤，包括a.纺丝制膜；b.在凝固浴槽中固化纺丝制得的膜，生成初生的中空纤维膜；c.初生的中空纤维膜经过超声波清洗槽，进一步除去其中的溶剂和添加剂，从而完全固化中空纤维膜；
d.绕丝成卷；这样就一次性成形了中空纤维膜。
其中中空纤维膜经过超声波清洗槽后，还可以经过超声波处理槽，在超声波处理槽中用甘油和/或表面活性剂水溶液处理中空纤维膜。
本发明还提供一种一次性成形中空纤维膜的制备设备，包括a.凝固浴槽；b.超声波清洗槽；c.绕丝槽。
其中在超声波清洗槽后绕丝槽前，还可以进一步包括超声波处理槽。
发明效果1、本发明的方法中使用了超声波清洗槽，其中通过增加超声波装置来提高中空纤维膜洗提效果，使中空纤维膜快速、完全地固化成膜，产品质量稳定可靠，并且生产质量容易控制；2、本发明的方法中还可以使用超声波处理槽，在已成形的中空纤维膜中强化浸入甘油、表面活性剂，与常规间断浸泡相比，在超声波处理槽中能快速、均匀地浸泡，浸泡效果可靠。
于是，根据本发明的方法，可以快速高效、完全地脱除初生中空纤维膜中残留的溶剂和添加剂，并且可以连续地生产中空纤维膜，从而提高了生产效率和生产稳定性。
图1为现有技术中常用的干湿法纺丝制中空纤维膜的流程图；图2为本发明一次成形中空纤维膜的制备方法的流程图；图3为实施例1所说明的一次成形中空纤维膜的制备方法的流程图；图4为实施例2所说明的一次成形中空纤维膜的制备方法的流程图；图5为实施例3所说明的熔融法一次成形中空纤维膜的制备方法的流程图。
具体实施例方式
图2为本发明一次成形中空纤维膜的制备方法的流程图。
本发明的方法工艺流程可概括为纺丝原液罐+纺丝芯液罐□凝固浴槽1□超声波清洗槽5□超声波处理槽6□绕丝机。
上述各部件的作用为
凝固浴槽对纺制出的膜进行初步凝固化，形成初生中空纤维膜；超声波清洗槽对初生中空纤维膜进行完全固化处理，洗提除去中空纤维膜中的溶剂和添加剂，其中通过增加超声波装置来提高中空纤维膜洗提效果；超声波装置由超声波振子组成，超声波振子均匀分布在超声波清洗水槽的两侧或单侧或底部；为了提高清洗效果和降低能耗，超声波水槽最好宽为10-200mm，深度为20-200mm，根据选用的超声波振子功率与个数，以及实际清洗效果，超声波水槽长度为500-4000mm。
在纺丝过程中，为了提高清洗效果，可以不断地向超声波清洗水槽中补入新水，新水在靠近中空纤维膜出水槽处注入到超声波清洗水槽中，在靠近中空纤维膜入水槽处，通过溢流排出方式来保持超声波清洗水槽的液位。
经过凝固浴槽和超声波清洗槽，中空纤维膜已经脱除了溶剂和添加剂，被完全固化，这样就一次性成形了中空纤维膜。如果中空纤维膜要进一步进行膜组件成型浇铸，则中空纤维膜还需要经过超声波处理槽，浸没在甘油、表面活性剂等中进行处理。
超声波处理槽用甘油、表面活性剂或其混合的水溶液等，对中空纤维膜进行处理，其中通过增加超声波装置来提高处理效果；超声波装置由超声波振子组成，超声波振子均匀分布在超声波处理槽的两侧或单侧或底部。
为了提高浸泡效果和降低能耗，超声波处理槽最好宽为10-200mm，深度为20-200mm，根据选用的超声波振子功率与个数，以及实际浸泡效果，超声波水槽长度为500-4000mm。
在纺丝过程中，为了提高处理效果，可以不断地向超声波处理槽中补入新的预定浓度的甘油和/或表面活性剂水溶液，新的溶液在靠近中空纤维膜出槽处注入，在靠近中空纤维膜入槽处通过溢流排出方式来保持超声波处理槽的液位。对流出的甘油和/或表面活性剂溶液进行回收处理。
纺丝原液为现有技术中制备中空纤维膜的聚合物的溶液，可以选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、它们的改性聚合物、它们的共聚物或以上各种聚合物的两种或多种的混合物的溶液。
纺丝芯液为现有技术中用于制备中空纤维膜的纺丝芯液，如水、压缩空气、煤油等。
凝固浴槽和超声波清洗槽中的液体为常用的凝固纺丝物的液体，依据纺丝工艺的不同洗提要求，可以是水、酸溶液、碱溶液、有机溶剂等。
超声波处理槽中通常为甘油和/或表面活性剂水溶液，表面活性剂可以为常用的离子型或非离子型表面活性剂。
依据纺丝工艺的不同要求，其中超声波清洗槽的温度为2～150℃，中空纤维膜在超声波清洗槽中的停留时间为1～120秒；超声波处理槽中甘油的浓度可以是20～80wt％，表面活性剂的浓度可以是0.01～10wt％，超声波处理槽的温度为2～150℃，中空纤维膜在其中的停留时间为1～120秒。
以下实施例是对本发明的进一步说明，其并不限制本发明的保护范围。
实施例1如图3所示，纺丝原液为PVDF溶液(Solef PVDF 1015 22wt％、聚乙二醇6000 10wt％、二甲基乙酰胺68wt％)，凝固浴槽和超声波清洗槽中为水，在超声波清洗槽中的时间为10秒，不断地向超声波清洗水槽中补入新水，补水口在靠近中空纤维膜出水槽处，排水口在靠近中空纤维膜入水槽处，通过溢流方式排出水。在上绕丝机前，中空纤维膜即已完全固化，并且已将其中的制膜添加剂完全洗出。纺出的中空纤维膜从绕丝机上卸下后，浸入到30wt％甘油水溶液中，浸泡12小时后，取出干燥，浇铸成中空纤维膜组件。
比较例1未经超声波清洗槽处理，其余纺丝条件同实施例1，纺出的中空纤维膜从绕丝机上卸下后，在浸丝槽中浸泡6小时后更换洗涤水，再浸泡洗涤6小时后，中空纤维膜被完全固化，并且制膜添加剂已被完全洗出。浸入到30wt％甘油水溶液中，浸泡12小时后，取出干燥，浇铸成中空纤维膜组件。
实施例2如图4所示，纺丝原液为PVDF溶液(Solef PVDF 1015 22wt％、聚乙二醇6000 10wt％、二甲基乙酰胺68wt％)，凝固浴槽和超声波清洗槽中为水，不断向超声波清洗水槽中补入新水，补水口在靠近中空纤维膜出水槽处，排水口在靠近中空纤维膜入水槽处，通过溢流方式排出水；然后中空纤维膜再进入超声波甘油处理槽，在超声波处理槽中的时间为15秒，不断向超声波甘油处理槽中补入新的甘油水溶液，补入口在靠近中空纤维膜出槽处，排出口在靠近中空纤维膜入槽处，通过溢流方式排出甘油水溶液，收集排出的甘油水溶液，回收再用；在上绕丝轮前，中空纤维膜已被完全固化，已将其中的制膜添加剂完全洗出，并已经用甘油处理完毕，将中空纤维膜自绕丝轮上切下后，即可晾干或烘干，送至下一步浇铸工序进行膜组件浇铸。
实施例3如图5所示，将纺丝组成物(Solef PVDF 1015 56wt％、α-Al2O32～5μm粒度44wt％)，用双螺杆挤出纺丝机在280℃下挤出纺丝，经过空气冷凝槽后进入超声波清洗槽(组成物为10wt％氢氧化钠水溶液)，在超声波清洗槽中的时间为10秒，不断向超声波清洗水槽中补入新的10wt％氢氧化钠水溶液，补水口在靠近中空纤维膜出水槽处，排水口在靠近中空纤维膜入水槽处，通过溢流方式排出水；然后中空纤维膜再进入超声波甘油处理槽，在超声波处理槽中的时间为25秒，不断向超声波甘油处理槽中补入新的(40wt％甘油+1wt％土温20)水溶液，补入口在靠近中空纤维膜出槽处，排出口在靠近中空纤维膜入槽处，通过溢流方式排出甘油水溶液，收集排出的甘油水溶液，回收再用；在上绕丝轮前，已将中空纤维膜中的制膜添加剂完全洗出，并已经用甘油处理完毕，将中空纤维膜自绕丝轮上切下后，即可晾干或烘干，送至下一步浇铸工序进行膜组件浇铸。
权利要求
1.一种一次性成形中空纤维膜的制备方法，其步骤包括a.纺丝制膜；b.在凝固浴槽中固化纺丝制得的膜，生成初生的中空纤维膜；c.初生的中空纤维膜经过超声波清洗槽，进一步除去其中的溶剂和添加剂，从而完全固化中空纤维膜；d.绕丝成卷；这样就一次性成形了中空纤维膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于超声波清洗槽中为水、酸溶液、碱溶液或有机溶剂，凝固浴槽中为空气、水、酸溶液、碱溶液或有机溶剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于；中空纤维膜经过超声波清洗槽后，还经过超声波处理槽，在超声波处理槽中用甘油和/或表面活性剂处理中空纤维膜。
4.一种一次性成形中空纤维膜的制备设备，包括a.凝固浴槽；b.超声波清洗槽；c.绕丝槽。
5.根据权利要求4所述的的制备设备，其特征在于凝固浴槽用于固化纺丝制得的膜，生成初生的中空纤维膜。
6.根据权利要求4所述的的制备设备，其特征在于超声波清洗槽用于进一步除去其中的溶剂和添加剂，从而完全固化中空纤维膜。
7.根据权利要求4所述的制备设备，其特征在于超声波清洗槽有补水口和排水口，补水口在靠近中空纤维膜出水槽处，排水口在靠近中空纤维膜入水槽处，通过溢流方式排出水，用于不断地向超声波清洗水槽中补入新水。
8.根据权利要求4所述的制备设备，其特征在于在超声波清洗槽后绕丝槽前，包括超声波处理槽。
9.根据权利要求8所述的制备设备，其特征在于在超声波处理槽中用甘油和/或表面活性剂处理中空纤维膜。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于超声波处理槽有补入口和排出口，补入口在靠近中空纤维膜出槽处，排出口在靠近中空纤维膜入槽处，通过溢流方式排出甘油水溶液，收集排出的甘油水溶液，回收再用，从而不断地向超声波甘油处理槽中补入新的甘油水溶液。
全文摘要
本发明涉及一种一次性成形中空纤维膜的制备方法，其步骤包括a.纺丝制膜；b.在凝固浴槽中固化纺丝制得的膜，生成初生的中空纤维膜；c.初生的中空纤维膜经过超声波清洗槽，进一步除去其中的溶剂和添加剂，从而完全固化中空纤维膜；d.绕丝成卷。本发明还涉及一种一次性成形中空纤维膜的制备设备，包括a.凝固浴槽；b.超声波清洗槽；c.绕丝槽。
文档编号D01D10/06GK1552960SQ03129988
公开日2004年12月8日 申请日期2003年6月5日 优先权日2003年6月5日
发明者吕晓龙 申请人:天津膜天膜工程技术有限公司