專利名稱：管式超濾膜元件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管式超濾膜元件制造方法。
背景技術(shù)：
管式超濾膜元件自二十世紀(jì)六十年代問世以來，作為最早發(fā)展的一種超濾組件(元件)和裝置形式，首先進(jìn)入市場。管式超濾裝置的突出優(yōu)點(diǎn)是允許被處理的料液有較高的濁度與含固量，同時由于該裝置運(yùn)行時流體的線速度較快，因此過濾通量往往比其它類型的超濾設(shè)備大。但其缺點(diǎn)是設(shè)備體積較大，運(yùn)行結(jié)束時滯留液量多，不適宜超濾精貴產(chǎn)品。進(jìn)入八十年代后，隨著無紡布技術(shù)的發(fā)展，國外開始采用強(qiáng)度好，質(zhì)地輕薄的無紡布制作管式超濾膜元件的多孔支承管，管內(nèi)壁再涂覆高分子聚合物濾膜層，制成新型管式膜元件。該元件管壁薄，組件結(jié)構(gòu)緊湊，使得單位體積內(nèi)裝填的膜面積比率顯著提高。另外它的頭部粘結(jié)密封層很薄，管子的截面積不減小，不致增大流體阻力，并可采用物理的海綿球清洗方法進(jìn)行濾膜的表面清洗。再者由于無紡布本身吸有水分，所以在貯存管式膜元件時，短期內(nèi)不會因干燥至膜失效。新的膜元件還由于成本顯著降低，使得管式超濾裝置的推廣應(yīng)用出現(xiàn)生機(jī)，占有了超濾產(chǎn)品市場一定的份額，特別在環(huán)保、食品飲料和發(fā)酵產(chǎn)品等領(lǐng)域應(yīng)用較廣。
國內(nèi)有關(guān)的管式超濾膜生產(chǎn)單位目前制造同類型的膜元件時，支承管卷繞制造與管內(nèi)壁涂膜分開進(jìn)行，并以手工操作為主。雖然加工出的管膜元件已應(yīng)用于某些飲料和環(huán)保行業(yè)，但由于采取手工操作方式，使成膜條件不夠穩(wěn)定，濾膜的質(zhì)量缺乏保證；另外支承管卷繞與成膜分兩步進(jìn)行，工序復(fù)雜且費(fèi)工費(fèi)時，制膜成本高。當(dāng)用戶要求改變管膜元件的長度時，必須增添相應(yīng)的設(shè)備。其次支承管卷繞時一般僅采用粘結(jié)劑膠粘，(國外有的廠家采用了先進(jìn)的超聲波技術(shù)進(jìn)行加固粘接，強(qiáng)度高。)強(qiáng)度不夠高。第三，管膜元件的切割分子量規(guī)格較少，尤其制造是孔徑較小的超濾膜管式元件有困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是，提供一種支承管卷繞與成膜同步、連續(xù)進(jìn)行，自動化制作管式超濾膜元件的制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種管式超濾膜元件制造方法，其特點(diǎn)是，該制造方法包括如下步驟(1)兩條無紡布條在自動卷管機(jī)裝置上按一定角度繞金屬中心管向前纏繞轉(zhuǎn)動，一條布帶被卷成管外層，另一條布帶卷成管內(nèi)層；(2)外層無紡布條上涂布有熱溶膠漿點(diǎn)，在向前纏繞轉(zhuǎn)動的同時，熱溶膠漿點(diǎn)被加熱，兩層無紡布被粘合；(3)外層無紡布條卷管時形成的交叉重壘部位用超聲波發(fā)生器進(jìn)行粘結(jié)加固；(4)在無紡布卷管的同時，向金屬中心管內(nèi)壓入高分子聚合物膜液，該膜液配比經(jīng)預(yù)試驗確定，制造不同切割分子量規(guī)格的管式超濾膜需采用各種特定配比的高分子膜液；(5)高分子聚合物膜液在金屬中心管的端部流出，并被擠壓、均勻涂布于支承管內(nèi)壁；
(6)內(nèi)壁涂布有高分子聚合物的無紡布支承管進(jìn)入水箱進(jìn)行凝膠，形成管式超濾膜元件；(7)隨機(jī)剪取膜元件短管樣品，測量其標(biāo)準(zhǔn)壓力時的水通量，用標(biāo)準(zhǔn)顆粒法測定該管膜元件的切割分子量或截留率。
所述無紡布材質(zhì)為聚酯、聚乙烯。
所述自動卷管機(jī)制管時的前進(jìn)速度為0.5-1.5米/分鐘。
所述超聲波頻率的調(diào)節(jié)范圍15-28千赫，粘結(jié)進(jìn)度1-5米/分鐘。
所述高分子聚合物為聚醚砜，其濃度為7-33％，溶劑采用N-N二甲基乙酰胺，添加劑采用聚乙烯吡咯烷酮。
所述高分子聚合物為聚偏氟乙烯，其濃度為10-35％，溶劑采用N-N二甲基乙酰胺，添加劑采用聚乙烯吡咯烷酮。
在中心管端部涂膜液時，膜液層的厚度為0.1-0.3毫米。
管膜元件進(jìn)入凝膠水箱時與水平面的交角為5-15°。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下由于采用上述方案，使得卷管與成膜同步連續(xù)制造，實(shí)現(xiàn)了自動化操作；制造出切割分子量規(guī)格為2000-100000道爾頓的管式超濾膜元件，其長度可以隨意控制，而且濾膜的質(zhì)量均勻，元件的強(qiáng)度較高。


下面借助于附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的制造過程示意圖。
圖中1-壓縮空氣2-膜液罐 3-膜液輸送管4-中心管 5-外層無紡布條6-內(nèi)層無紡布條
7-加熱裝置 8-超聲波焊接頭9-端部涂膜機(jī)構(gòu)10-膜元件 11-凝膠水箱具體實(shí)施方式
該制造方法的具體過程包括無紡布涂漿點(diǎn)→無紡布切條→自動卷管→加熱粘結(jié)→超聲波加固→壓入膜液→管內(nèi)壁成膜→水相凝膠→切斷→取樣測試→成品。
如圖1所示的制造過程，需要經(jīng)過如下步驟1兩條無紡布條5、6在自動卷管機(jī)裝置上按一定角度繞金屬中心管4向前纏繞轉(zhuǎn)動，布帶5被卷成管外層，布帶6卷成管內(nèi)層，其中無紡布條材質(zhì)為聚酯、聚乙烯，其寬度為20-40毫米，制得無紡布支承管的內(nèi)徑為8-16毫米；2外層無紡布條5上涂布有熱溶膠漿點(diǎn)，在向前纏繞轉(zhuǎn)動的同時，熱溶膠漿點(diǎn)被加熱裝置7加熱，兩層無紡布5、6被粘合，其中熱溶膠的材料與無紡布材料相同，自動卷管機(jī)制管時的前進(jìn)速度0.5-1.5米/分種；3外層無紡布條5卷管時形成的交叉重壘部位用超聲波發(fā)生器8進(jìn)行粘結(jié)加固，其中超聲波頻率的調(diào)節(jié)范圍15-28千赫，粘接進(jìn)度1-5米/分鐘。粘接的無紡布重合寬度約為3毫米；4在無紡布卷管的同時，向膜液罐2中壓入壓縮空氣1，使得高分子聚合物膜液通過膜液輸送管3壓入金屬中心管4內(nèi)，該膜液配比經(jīng)預(yù)試驗確定，制備不同切割分子量規(guī)格的管式超濾膜須采用各種特定配比的高分子膜液，其中當(dāng)制備管式膜元件采用高分子聚合物為聚醚砜(PES)時，聚合物的濃度為7-33％，溶劑采用N-N二甲基乙酰胺(DMAC)，添加劑采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，當(dāng)制備管式膜元件采用高分子聚合物為聚偏氟乙烯(PVDF)時，聚合物的濃度為10-35％，溶劑采用N-N二甲基乙酰胺(DMAC)，添加劑采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；5高分子聚合物膜液在金屬中心管的端部涂膜機(jī)構(gòu)9流出，并被擠壓、均勻涂布于支承管內(nèi)壁，其中在中心管端部涂膜液時，膜液層的厚度為0.1-0.3毫米；6內(nèi)壁涂布有高分子聚合物的無紡布支承管進(jìn)入凝膠水箱11進(jìn)行凝膠，從而形成管式超濾膜元件10，管膜元件進(jìn)入凝膠水箱時與水平面的交角為5-15度，改變?nèi)胨嵌瓤筛淖兡ひ旱恼舭l(fā)時間；7根據(jù)生產(chǎn)的要求，將管膜元件10切割成一定的長度，管膜元件長度可采用手工方式剪切；8隨機(jī)剪取膜元件短管樣品，測量其標(biāo)準(zhǔn)壓力時的水通量，用標(biāo)準(zhǔn)顆粒法測定該管膜元件的切割分子量或截留率；9測量結(jié)果合格后，管膜元件10方可裝配成管式超濾膜組件和管式超濾器設(shè)備。
其具體實(shí)施例如下實(shí)施例1 制備切割分子量2000管式膜元件成膜液由高分子聚合物聚醚砜(PES)200g，溶解于400g N-N二甲基乙酰胺中，再加入50g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。經(jīng)過攪拌加熱后聚合物被充分溶解。采用聚酯無紡布，切割成30毫米寬布條。外層布條上預(yù)先涂布聚酯漿點(diǎn)。在卷進(jìn)速度為每秒0.8米條件下，進(jìn)行無紡布支承管的卷繞。超聲波頻率調(diào)為20千赫，進(jìn)行加固粘結(jié)。膜液在室溫下以0.3MPa壓力壓入。膜管入水角度為10度。連續(xù)自動卷繞、成膜運(yùn)行95分鐘，制得管式膜元件76米。管膜內(nèi)徑12mm。
隨機(jī)截取30cm長的膜元件兩支進(jìn)行測試。在平均壓力0.25MPa，透過濾膜水通量為34.2升/時；對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)PEG6000的截留率達(dá)到98.4％；對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)PEG2000的截留率為90.2％。
實(shí)施例2 制備切割分子量20000管式膜元件成膜液由高分子聚合物聚醚砜(PES)160g，溶解于400g N-N二甲基乙酰胺中，再加入40g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。經(jīng)過攪拌加熱后聚合物被充分溶解。采用聚酯無紡布，切割成30毫米寬布條。外層布條上預(yù)先涂布聚酯漿點(diǎn)。在卷進(jìn)速度為每秒1.0米條件下，進(jìn)行無紡布支承管的卷繞。超聲波頻率調(diào)為20千赫，進(jìn)行加固粘結(jié)。膜液在室溫下以0.15MPa壓力壓入。膜管入水角度為10度。連續(xù)自動卷繞、成膜運(yùn)行90分鐘，制得管式膜元件90米。管膜內(nèi)徑12mm。
隨機(jī)截取30cm長的膜元件兩支進(jìn)行測試。在平均壓力0.25MPa，透過濾膜水通量為145升/時；對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)PEG20000的截留率達(dá)到93.6％。
由本管膜元件制成三管式組件進(jìn)行加壓加溫運(yùn)行測試。在壓力為0.6MPa，過濾水溶液溫度為60℃時，連續(xù)運(yùn)行75小時，組件性能穩(wěn)定。壓力升至0.8MPa，水溶液溫度為60℃，運(yùn)行15小時，組件性能仍然保持穩(wěn)定。
實(shí)施例3 制備切割分子量100000管式膜元件成膜液由高分子聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)150g，溶解于400g N-N二甲基乙酰胺中，再加入50g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。經(jīng)過攪拌加熱后聚合物被充分溶解。采用聚酯無紡布，切割成30毫米寬布條。外層布條上預(yù)先涂布聚酯漿點(diǎn)。在卷進(jìn)速度為每秒1.2米條件下，進(jìn)行無紡布支承管的卷繞。超聲波頻率調(diào)為20千赫，進(jìn)行加固粘結(jié)。膜液在室溫下以0.08MPa壓力壓入。膜管入水角度為10度。連續(xù)自動卷繞、成膜運(yùn)行80分鐘，制得管式膜元件96米。管膜內(nèi)徑12mm。
隨機(jī)截取30cm長的膜元件兩支進(jìn)行測試。在平均壓力0.25MPa，透過濾膜水通量為1550升/時；對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)牛血清白蛋白(分子量67000)的截留率為45.5％。
權(quán)利要求
1.一種管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，該制造方法包括如下步驟(1)兩條無紡布條在自動卷管機(jī)裝置上按一定角度繞金屬中心管向前纏繞轉(zhuǎn)動，一條布帶被卷成管外層，另一條布帶卷成管內(nèi)層；(2)外層無紡布條上涂布有熱溶膠漿點(diǎn)，在向前纏繞轉(zhuǎn)動的同時，熱溶膠漿點(diǎn)被加熱，兩層無紡布被粘合；(3)外層無紡布條卷管時形成的交叉重壘部位用超聲波發(fā)生器進(jìn)行粘結(jié)加固；(4)在無紡布卷管的同時，向金屬中心管內(nèi)壓入高分子聚合物膜液，該膜液配比經(jīng)預(yù)試驗確定，制造不同切割分子量規(guī)格的管式超濾膜需采用各種特定配比的高分子膜液；(5)高分子聚合物膜液在金屬中心管的端部流出，并被擠壓、均勻涂布于支承管內(nèi)壁；(6)內(nèi)壁涂布有高分子聚合物的無紡布支承管進(jìn)入水箱進(jìn)行凝膠，形成管式超濾膜元件；(7)隨機(jī)剪取膜元件短管樣品，測量其標(biāo)準(zhǔn)壓力時的水通量，用標(biāo)準(zhǔn)顆粒法測定該管膜元件的切割分子量或截留率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，所述無紡布材質(zhì)為聚酯、聚乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，所述自動卷管機(jī)制管時的前進(jìn)速度為0.5-1.5米/分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，所述超聲波頻率的調(diào)節(jié)范圍15-28千赫，粘結(jié)進(jìn)度1-5米/分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，所述高分子聚合物為聚醚砜，其濃度為7-33％，溶劑采用N-N二甲基乙酰胺，添加劑采用聚乙烯吡咯烷酮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，所述高分子聚合物為聚偏氟乙烯，其濃度為10-35％，溶劑采用N-N二甲基乙酰胺，添加劑采用聚乙烯吡咯烷酮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，在中心管端部涂膜液時，膜液層的厚度為0.1-0.3毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管式超濾膜元件制造方法，其特征在于，管膜元件進(jìn)入凝膠水箱時與水平面的交角為5-15°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管式超濾膜元件制造方法。本發(fā)明包括使用自動卷管機(jī)裝置將兩條無紡布帶在金屬中心管上纏繞成支承管。隨后通過金屬中心管將高分子聚合物膜液均勻涂覆于支承管內(nèi)壁，再將該支承管放入水箱進(jìn)行凝膠，形成管式超濾膜元件。采用這種工藝方法，可以使得卷管與成膜同步連續(xù)制造，實(shí)現(xiàn)了自動化操作；制造出切割分子量規(guī)格為2000－100000道爾頓的管式超濾膜元件，其長度可以隨意控制，而且濾膜的質(zhì)量均勻，元件的強(qiáng)度較高。
文檔編號B01D69/00GK1520923SQ03115298
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者樓福樂, 梁國明, 謝德峰, 劉光全, 陸曉峰, 童國英, 李存珍 申請人:中國科學(xué)院上海原子核研究所