一种耐污染高机械强度管式复合膜的制备方法及专用设备.pdf

                          发明内容

本发明的目的在于提供一种耐污染高机械强度聚乙烯醇管式复合膜的制备
方法，使制备出来的复合膜表面的聚乙烯醇超薄分离层更致密，膜孔径分布更窄，
与支撑体的结合更加牢固，以此提高膜的耐污染性和膜的高机械强度。

本发明的另一个目的在于提供一种完成上述方法的专用设备，通过对制膜
粘度、温度、注浆速度吸附以及刮膜机制备出耐污染高机械强度的复合膜。

本发明耐污染高机械强度聚乙烯醇复合膜的制备方法详细叙述如下：

第一步：支撑体的预处理。支撑体在复合前先进行预处理，目的是消除支
撑体烧结过程中残存的颗粒和减少聚乙烯醇制膜液与支撑体表面张力，使聚乙烯
醇分子更加均匀地附着于支撑体(用已知常规方法)。

第二步：将经预处理的管式支撑体安装在底座20上，关闭阀4、阀14，打
开阀3、阀21，制膜液经阀3、泵5、加热器6进入高位料桶9；当制膜液面达
到液位计(自动)22上限时，气阀18自动开放，氮气源11经气阀18自动进入
高位料桶9，当达到规定的压力时(0.01-0.05MPa)，阀14自动开放在压力驱动
下制膜液开始注浆支撑体内腔，剩余制膜液经底板20、阀21回流至料液桶1；
回流速度由阀21控制，注浆时间(1-5分钟)，温度(15-35℃)、压力
(0.01-0.05MPa)均由PLC编程自动控制。当注浆时间达到预先设置时间时，阀
14自动关闭，自动伸缩注浆口25抬起，传动电动13启动将装在底座20上的膜
组件24移位至刮膜器12位置；当底座20准确进入刮膜器12位置后，气缸带动
的刮膜器12自动下刮，刮膜完毕后，膜组件24自动移位，拆下后烘干固化，其
中烘干温度为30-120℃，保温时间3-48小时。

其中制作耐污染高机械强度管式复合膜制膜间洁净度为国家净化厂房标准
1000级：
(1)温度：18℃＜t＜24℃±2℃
(2)湿度：≥65％±10％
(3)尘埃颗子：≥0.5微米的颗粒≤35颗/升
(4)换气次数：≥35次/小时

本发明制膜液的制备方法如下(重量百分比浓度)：在洁净环境下将某一种
分子量的聚乙烯醇和两种不同分子量的聚乙烯醇，按任意比例混合的混合物，或
聚乙烯醇，与聚脂、聚砜、环氧树脂，按聚乙烯醇重量百分比浓度不低于50％
的比例混合的混合物，完全溶解于溶剂中，其中所述的聚乙烯醇浓度在体系中为
0.01-15wt％，0.01-5wt％为优选范围。然后加入在体系中浓度为1-50wt％的
添加剂和体系中浓度为0.001-15wt％的交联剂，优选范围为0.1-1％，并使其
完体溶解，制成制膜液。

聚乙烯醇分子量范围为13-30万，醇解度范围为78-100％，为使制得的
复合膜具有较好的强度和稳定性，优选的分子量范围为17-22万，适应的醇解
度范围为98-100％，选择的支撑体的孔径应大于所选择的聚乙烯醇分子大小，
以及与聚乙烯醇共混的聚合物的分子大小，这样在膜上、下表面均可形成一层亲
水性超薄膜，增加膜的透水量。

所用溶剂分有机溶剂和无机溶剂。无机溶剂有水等，有机溶剂为醇类、酮
类、醚类、酰胺及胺类。所选择的溶剂是上述任何单一溶剂或几种溶剂的混合溶
剂，选择溶剂时必须考虑到有机溶剂不能对膜材料有较大的溶涨性，或对膜结构
可能有破坏作用，水是最好的溶剂。

所用添加剂是任何可溶于聚乙烯醇制膜液同时能溶于水的物质。可以是无
机盐、有机酸盐、具有表面活性的高分子电解质、某些有机物及高分子聚合物，
例如氯化物、硝酸盐、硫酸盐、醇类、酯类、纤维类、甲基纤维素、乙基纤维素、
丁基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等。制膜液中的添加剂
不但可以增加膜的透水速度，同时可以增加膜液的粘度和对膜材料的润湿性，可
以提高复合效果，而采用提高制膜液中成膜材料的浓度或分子量来提高制膜液粘
度会导致膜透水速度下降。

所述交联剂有多元胺、多元酸酐、咪唑衍生物、酰胺化合物、磷类化合物、
异腈酰类化合物、金属氧化物、有机过氧化物等。

制膜液的组成是影响复合膜孔径的主要因素之一：复合膜的平均孔径随着
成膜材料浓度，交联剂浓度的增大而减小，随着添加剂浓度的增大而增大。通过
选择一定的膜材料浓度，交联剂浓度和添加剂浓度可控制复合膜的平均孔径大
小。

交联剂溶液由所述交联剂溶解于所述溶剂中制得。另外还有酰氯类(如间
苯二甲双酰氯)，二羰基化合物类(如对苯二异腈酸)交联剂，以烷烃，芳烃或
酯类等为溶剂制得交联剂溶液。所有这些交联剂在溶液中的重量百分比为
0.001-15wt％。交联温度、交联时间、交联剂溶液中含交联剂的浓度、注浆时间
和温度都影响复合膜的平均孔径；平均孔径随交联温度、交联时间、交联剂溶液
中含交联剂的浓度、注浆时间和温度的增加而减小。

具体反应如下：

需要说明的是：在所述化学反应中，聚乙烯醇树脂、环氧树脂、聚脂树脂、
聚砜树脂；这四种有机物可单独添加，也可同时添加，或任意两种或两种以上添
加到所述反应中。

制膜注浆时间、膜液温度、操作压力等都直接影响复合膜的平均孔径大小。
随着注浆时间延长、膜液温度提高、操作压力的增大都使复合膜的平均孔径减小。
通过这些参数的控制可以制得一定平均孔径复合膜。

按本发明方法制备的耐污染性高机械强度聚乙烯醇管式复合膜，由支撑体
和超薄分离层组成，其中以活性炭微孔管为支撑体，由聚乙烯醇材料或聚乙烯醇
与亲水性聚合物材料在支撑体内外表面上形成超薄分离层，复合膜孔径范围为
10^-2-10um。所述的微孔膜为亲水性或疏水性无机或有机微孔膜，本微孔膜组
件形式为管式，分内压(错流式过滤)，外压(盲端过滤)。    

本发明耐污染高机械强度管式复合膜制备方法的专用设备为：在一料液桶1
的底部连接有阀3、三通管分别连接阀3、阀4和泵5、搅拌器2在料液桶1的
上端用于搅拌料液桶1中的料液使其均匀，液位计23用于记录料液的液位，从
而决定是否添加料液；泵5的另一端连接加热器6，PH计7和粘度计8分别连
接在加热器6另一端的管道上，它们分别用于测定溶液的PH值和沾度，并根据
需要调节料液，该管道通入高位料桶9；高位料桶9内的料液用搅拌器10搅拌
使其均匀，氮气源11经管道过气阀18进入高位料桶9，在高位料桶9和气阀18
之间的管道上有压力表19，压力表19根据制膜需要在0.01-0.05MPa范围内调
节压力；高位料桶9的下端有阀14，当阀14自动开放时，在压力驱动下制膜液
开始注浆膜组件24的支撑体内腔，剩余的制膜液可经底板20、阀21回流至料
液桶1；回流速度由阀21控制，注浆时间(控制在1-5分钟)、温度(控制在15-35
℃)、压力(控制在0.01-0.05MPa)均由PLC编程自动控制。当注浆时间达到预
先设置时间时，阀14自动关闭，自动伸缩注浆口25抬起，传动电机13启动将
装在底座20上的膜组件24移位至刮膜器12；当底座20准确进入刮膜器12位
置后，刮膜器12自动下刮；注浆刮膜完毕后膜组件24自动移位，拆下后烘干固
化，烘干温度为30-120℃，保温时间3-48小时。

底板20下端有可调支架16、17，它可调节膜组件24与底板20及自动伸缩
注浆口25的结合度。

传动电机13通过传递带15将装在底座20上的膜组件24平稳移位至刮膜
器12。

本发明通过选择合适的操作条件，可制得多种平均孔径的复合膜，影响膜
性能的主要因素有：制膜液的配方组成、温度、膜溶液的粘度、制膜液的运行时
间和压力，以及支撑体孔径的大小，此外支撑体的预处理和复合膜后处理也有一
定影响，在制膜过程中可以根据需要，通过对这些影响因素的选择和控制得到具
有多种平均孔径的复合膜。

下表为本发明管式复合微滤膜与美国CMF(进口)微滤膜耐污染性和机械
强度比较表：

因美国CMF微滤膜耐污染性较低，因些需要相关的配套设备降低浊度。由
表可知：本复合膜与美国CMF微滤膜相比具有耐污染性强，耐反冲压力和耐运
行压力大以及设备费用低，使用寿命长等优点。

本发明方法具有工艺简单、成膜方便，成膜时间、温度、压力可自动控制，
能保证成膜质量及孔径要求的优点。