一種防孔滲復合膜的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防孔滲復合膜的制造方法，該方法將預濕劑填充至支撐層中，占據(jù)支撐層孔道，然后將皮層膜液涂覆于支撐層上，經后處理即得本發(fā)明的產品。實驗表明，采用本發(fā)明方法制造的復合膜，能有效防止孔滲現(xiàn)象的發(fā)生，提高膜通量。本發(fā)明復合膜制造方法可用于滲透汽化等諸多領域中。
【專利說明】一種防孔滲復合膜的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于膜材料制備技術及其應用方向，涉及一種防孔滲復合膜的制造方法，通過預濕的方法防止孔滲現(xiàn)象發(fā)生，可用于滲透汽化等諸多領域。
【背景技術】
[0002]近年來，膜技術已經成為一種公認的高效分離手段，在污水處理、海水淡化、化工分離等領域均獲得了重要進展[Gin D.L.，Noble R.D.，Science，2011，332，674-676]。特別是滲透汽化、氣體分離等膜過程在化工產品提純、有機物分離、高純氣體制備等方面的應用備受關注，相關膜過程在實驗室研究中，往往采用均質膜，致密的均質膜可以有效地分離各種混合物，但一般太厚，因而滲透速率很低，且在進行規(guī)?；瘧脮r機械強度無法保障。
[0003]復合膜，一般由皮層和支撐層構成，皮層起主要的分離作用，支撐層通常為多孔膜，對皮層起支撐作用，改善膜在實際應用中的穩(wěn)定性和分離能力。復合膜的制備方法包括涂覆法、界面聚合法等，其中涂覆法易于連續(xù)生產、過程簡單，廣受關注。涂覆法一般是將皮層材料配制成適當濃度的溶液，經過濾除去不溶物雜質后，用涂布等方法將它均勻的覆蓋在支撐膜上，然后經干燥 、交聯(lián)等處理而制成復合膜。用涂覆法制造復合膜的關鍵之一是避免皮層膜液滲透至支撐層的孔道中，一旦發(fā)生孔滲，一方面皮層厚度不均勻，膜性能難以穩(wěn)定，另一方面，孔滲的發(fā)生使得皮層實際厚度增加，大大降低膜的通量，使得膜的處理效率較低，失去實用價值[姜忠義，劉亮，馮海鋒，滲透蒸發(fā)復合膜的選材與制備，現(xiàn)代化工，2004,24(4):11-14]。有研究者采用在皮層膜液中加入表面活性劑的方法，強化皮層與支撐層的結合程度，使得皮層均勻地鋪展在支撐層表面[陳翠仙，一種制備滲透汽化復合膜的方法，CN98123190.X，1998]。本發(fā)明采用預濕支撐層的方法，防止孔滲發(fā)生，迄今為止，未有預濕法制備防孔滲復合膜的專利報道。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是設計一種防孔滲復合膜的制造方法，使皮層均勻分布在支撐層表面，減少孔滲，從而解決工業(yè)復合膜制備的關鍵問題。
[0005]本發(fā)明提出的防孔滲復合膜的制造方法，包括以下步驟:
[0006](I)支撐層制備:將支撐層聚合物材料溶解于溶劑中，配制成聚合物濃度為12~25wt %的鑄膜液，加入添加劑，溶解完全并經過濾、脫泡后，流延在無紡布上，再將其置于溫度20~40°C的水凝固浴中浸泡24~48小時凝固成形，浙干并在50°C下真空干燥12小時，即得多孔支撐層；
[0007](2)皮層膜液的配制:將皮層聚合物材料溶解于溶劑中，配制為8~20wt%的鑄膜液，加入5~10wt%交聯(lián)劑,加入I~5?1:%光引發(fā)劑,分散、溶解完全后,經過濾、脫泡后備用；
[0008](3)復合膜的制備:將支撐層在預濕劑中浸泡24小時，將皮層膜液涂覆在支撐層上，60°C下干燥24小時，預濕劑及皮層溶劑揮發(fā)，再置于250W紫外燈下輻照一定時間，即得防孔滲復合膜；
[0009]其中第(I)步所述的支撐層聚合物材料為聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚砜中的至少一種；所述的溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的至少一種；所述的添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或單元醇類中的至少一種。
[0010]其中第(2)步所述的皮層聚合物材料為醋酸纖維素、聚乙烯醇或乙基纖維素中的至少一種；所述的溶劑為三氯甲烷、二甲基乙酰胺、甲苯或水中的至少一種；所述的交聯(lián)劑為甲基丙烯酸、N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一種；所述的光引發(fā)劑為二苯甲酮、安息香雙甲醚或二苯基乙酮中的至少一種。
[0011]其中第(3)步所述的預濕劑為水或乙醇中的至少一種；所述的輻照時間為10?50分鐘。
[0012]本發(fā)明以預濕的方法防止孔滲的發(fā)生，過程簡單，圖1為采用預濕法涂膜所制得的復合膜電鏡照片，可以看出該復合膜有清晰的皮層和支撐層結構，兩層之間界面清晰，無孔滲發(fā)生。圖2為沒有采用預濕底膜的方法制備的復合膜的電鏡照片，皮層膜液涂覆在干燥的支撐層上，皮層膜液部分浸入到支撐層的孔道中，孔滲現(xiàn)象較為嚴重，皮層分布不均且實際厚度增加，影響膜的通量和處理效率。測試結果表明，采用預濕法制造復合膜可以有效地防止孔滲的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是采用預濕法制備的防孔滲復合膜的電鏡照片；
[0014]圖2是未采用預濕法制備的復合膜的電鏡照片；
【具體實施方式】:
[0015]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0016]實施例1:
[0017]復合膜制造過程:將聚偏氟乙烯溶解于N-甲基吡咯烷酮中，配制成聚合物濃度為20被％的鑄膜液，加入20wt%的聚乙二醇400添加劑，溶解完全并經過濾、脫泡后，流延在無紡布上，再將其置于溫度25°C的水凝固浴中浸泡30小時凝固成形，浙干并在50°C真空干燥12小時，即得多孔支撐層；將乙基纖維素溶解于甲苯中，配制為13wt%的鑄膜液，加入7wt%N,N/ -亞甲基雙丙烯酰胺，加入3wt%二苯甲酮，溶解完全后，經過濾、脫泡后即得皮層膜液；將支撐層在水中浸泡24小時，將皮層膜液涂覆在支撐層上，60°C下干燥24小時，再置于250W紫外燈下輻照30分鐘，即得防孔滲復合膜。
[0018]實施效果:制造的復合膜具有清晰的支撐層、皮層界面，二者結合緊密，無孔滲現(xiàn)象，其微觀結構參見圖1;采用正庚烷、噻吩有機混合物為分離對象，其原料硫含量為550 μ g/g，操作溫度為90°C，所制得的復合膜的滲透通量為830g/m2.h，分離系數(shù)為5.8。
[0019]實施例2:
[0020]復合膜制造過程:支撐層制備過程同實施例1，皮層膜液配制過程同實施例1。將皮層膜液涂覆在未經預濕的支撐層上，60°C下干燥24小時，再置于250W紫外燈下輻照30分鐘，即得復合膜。
[0021]實施效果:制造的復合膜具有孔滲現(xiàn)象，部分皮層膜液滲透至支撐層孔道中，支撐層和皮層沒有清晰界面，其微觀結構參見圖2 ;采用正庚烷、噻吩有機混合物為分離對象，其原料硫含量為550 μ g/g，操作溫度為90°C，所制得的復合膜的滲透通量為51g/m2.h，分離系數(shù)為3.6。
[0022]實施例3:
[0023]復合膜制造過程:將聚醚砜溶解于二甲基乙酰胺中，配制成聚合物濃度為16wt%的鑄膜液，加入IOwt %的聚乙烯吡咯烷酮K30添加劑，溶解完全并經過濾、脫泡后，流延在無紡布上，再將其置于溫度30°C的水凝固浴中浸泡36小時凝固成形，浙干并在50°C真空干燥12小時，即得多孔支撐層；將聚乙烯醇溶解于水中，配制為9wt %的鑄膜液，加入5wt %的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，加入lwt%二苯基乙酮，分散完全后，經過濾、脫泡后即得皮層膜液；將支撐層在乙醇中浸泡24小時，將皮層膜液涂覆在支撐層上，60°C下干燥24小時，再置于250W紫外燈下輻照40分鐘，即得防孔滲復合膜。
[0024]實施效果:采用乙醇濃度為95wt%的乙醇、水混合物為分離對象，操作溫度為75°C，所制得的復合膜的滲透通量為550g/m2.h，分離系數(shù)為480。
【權利要求】
1.一種制造防孔滲復合膜的方法，其特征在于該方法包括如下步驟: (1)支撐層制備:將支撐層聚合物材料溶解于溶劑中，配制成聚合物濃度為12?25wt%的鑄膜液，加入添加劑，溶解完全并經過濾、脫泡后，流延在無紡布上，再將其置于溫度20?40°C的水凝固浴中浸泡24?48小時凝固成形，浙干并在50°C下真空干燥12小時，即得多孔支撐層； (2)皮層膜液的配制:將皮層聚合物材料溶解于溶劑中，配制為8?20wt%的鑄膜液，加入5?10wt%交聯(lián)劑，加入I?5wt%光引發(fā)劑，分散、溶解完全后，經過濾、脫泡后備用； (3)復合膜的制備:將支撐層在預濕劑中浸泡24小時，將皮層膜液涂覆在支撐層上，60°C下干燥24小時，預濕劑及皮層溶劑揮發(fā)，再置于250W紫外燈下輻照一定時間，即得防孔滲復合膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合膜制造方法，其特征在于，其中第(I)步所述的支撐層聚合物材料為聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚砜中的至少一種；所述的溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的至少一種；所述的添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或單元醇類中的至少一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的復合膜制造方法，其特征在于，其中第(2)步所述的皮層聚合物材料為醋酸纖維素、聚乙烯醇或乙基纖維素中的至少一種；所述的溶劑為三氯甲烷、二甲基乙酰胺、甲苯或水中的至少一種；所述的交聯(lián)劑為甲基丙烯酸、N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一種；所述的光引發(fā)劑為二苯甲酮、安息香雙甲醚或二苯基乙酮中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的復合膜制造方法，其特征在于，其中第(3)步所述的預濕劑為水或乙醇中的至少一種；所述的輻照時間為10?50分鐘。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的復合膜制造方法，其中，所述添加劑的特征在于聚乙二醇的相對分子量為400、600、800或2000中的至少一種，所述的聚乙烯吡咯烷酮的K值為15、.30、60或90中的至少一種。所述添加劑的質量百分比優(yōu)選5?30wt%。
【文檔編號】B01D69/12GK103977712SQ201410242703
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權日:2014年6月3日
【發(fā)明者】林立剛, 董美美, 劉春雨, 魏晨杰, 黃衡, 張龍輝, 張潮 申請人:天津工業(yè)大學