高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜纺制

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1、高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜纺制吕晓龙胡成松胡新萍（天津纺织工学院）【摘要】研究了聚偏氟乙烯中空纤维膜成膜机理，采用高分子添加剂、表面活性剂、非溶剂三者混合复配成纺丝添加剂，可以得到高功能聚偏氟乙烯中空纤维多孔膜。关键词：聚偏氟乙烯中空纤维纺丝成膜成理多孔膜中图分类号:TS1O2.52&1一、引B聚偏氟乙烯中空纤维膜是国外新发展起来的一种特种纤维品种，具有赢新技木、高附加值的特点。该纤维持点是化学稳定性好、机诫强疫高、抗吸阶污染性好、耐紫外线老化、高分离透过通量、高装填密度，可以在140C下高温灭菌和y射线消毒，是特种纤维分离膜中一种新型高效品种，可广泛应用于化工、

2、环保、食品饮料、生化制药、医疗卫生及工业水净化处理等方面。本项目组自1992年起，在国内率先开展聚偏氟乙烯中空纤维膜的研制工作，研制成功了系列聚偏氟乙烯中空纤维分离膜，现已工业化生产，并申报了三项发明专利。本文将简要介绍聚偏乙烯中空纤维分离膜的研制工作。二、实验仪器、原料及测试1•聚偏氟乙烯树脂а.四川晨光化工二厂，挤出型F2树脂;b・上海三爱富公司，流涎膜型FR904树脂;c・浙江化工研究所，涂料型聚偏氟乙烯树脂。2・溶剂二甲基乙酰胺，上海向阳化工厂。3.复配型制膜添加剂，自制。4.中空纤维纺丝机，自制。5.中空纤维膜透水通1；测定装置，自制。测定条件:室温、0

3、・lOMPa.纯水。б.中空纤维膜孔径测试装置，自制。采用始泡点法测定最大孔径。将纤维一端封口浸没于乙醇中、充分浸润后，从另一端通入氮气，并逐步升高中空纤维内氮气压力，直至氮气透过中空紆维壁渗岀，记录此时氮汽压力即为始泡点压力Poo最大孔衽心=k・1//>0k为常数7.中空纤维膜截留分子量测定方法采用本院的企业标准。三、结果与讨论采用干一湿法纺丝工艺，即将聚合物树脂、溶剂、添加剂混合溶解均匀后脱泡，经插入管式纺丝喷头，与特定组成芯液一起进入凝固液槽,经牵引导绕于绕丝轮上备用。聚偏氟乙烯中空纤维多孔膜的径向断面结构一般为非对称结构，即由分离皮层与多孔支撑层组成。由于

4、聚偏氟乙烯树脂表面能很低仅为25mN/m,憎水性极强，纺制中空纤维膜时容易形成不透水的致密性皮层,可以利用在纺丝原液中添加致孔剂的方法来制备多孔分离膜，如专利［门报导了一种利用加入量为7.2wt%（重量，下同）的聚乙二醇作添加剂的制膜方法，利用高分子的分散作用来改善聚偏氟乙烯纺丝液的成膜性能,但仍未能得到高透过通量的产品;专利［2,3］分别报导了在纺丝液中加入5・4wt%的非溶剂乙二醇、加入5%的表面活性剂吐温・80的制膜方法，但效果也不理想。我们经过研究发现，纺丝液的组成对成膜结构影响很大,为了提高聚偏氟乙烯纺丝溶液的表天津市重点科技攻关项目面张力，需要将各种制

5、膜添加剂复配处理，以改善纺丝液的粘度、静置稳定性和中空纤维成孔性。由于聚偏氟乙烯表面张力低达25mN/m,而通常作为凝固液的水的表面张力达72mN/m,由于高分子成孔剂降低界面张力的能力远小于通常的低分子的表面活性剂，表面张力难以低于40mN/m,因此，高分子成孔剂的渗透、乳化等作用就很小，主要起分散、增稠等作用,不能使纺丝液与凝固液的界面充分润湿以利于溶剂与凝固剂的双向扩散渗透。在纺丝液中加入低分子非溶剂，可以降低低纺丝液的粘度，当纺丝液与凝固液接触时,低分子非溶剂可以促进纺丝液的微相分离，并使凝固剂与溶剂迅速、均匀地交换,有利于得到软大孔径、髙透过逋量的聚偏氮

6、乙嚅中空纤维多孔膜。但低分子非溶剂的过量加入会导致纺丝液的稳定性劣化，不利于实现稳定纺制中空纤维多孔膜。而低分子表面活性剂分散、增稠作用较弱，在纺丝液中单独加入难于使纺丝液中的聚偏氟乙烯树脂适宜地分散，不易于得到高透过能量的聚偏氟乙烯中空纤维多孔膜。但低分子表面活性剂的渗透、乳化作用很强，在纺丝液中可以弥补高分子成孔剂的不足，并可提高制膜液的稳定性。因此同时以适当比例加入高分子成孔剂、非溶剂、表面活性剂，充分利用高分子成孔剂的分散、增稠作用，表面活性剂的界面润湿作用，非溶剂的降粘、微分相作用，使三类添加剂的致孔机理有机配合，协同作用，使纺丝液有适当的分散性与稳定性

7、,有效控制纺丝液中凝固液的界面润湿性,易于凝固剂与纺丝液在界面的双向扩散渗透，并影响聚偏氟乙烯在凝固溶中的沉析凝固速度，控制相转移成膜机理,从而可以纺制岀性能*1纺丝液中复配添加剂对中空纤维成膜性能影响添加剂添加剂量(wt%)空离膜最大孔轻(卩m)透过通量(L/m2•h)聚乙烯毗烷酮(PVP)100.12308含PVP复配添加剂100.10764注：聚偏氟乙烯树脂a20wt%,溶剂二甲基乙酰胺70wt%,中空纤维内径0.8m叫壁厚0.30mm■其他纺丝条件相同。表2纺丝液中复配添加剂对中空纤维膜性能影响添加剂添加剂量卵清蛋白透过通量(wt%)截留率(％)(L/m2

8、•h)聚乙