本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中空纖維膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
環(huán)境響應(yīng)型膜是指孔徑會(huì)隨環(huán)境條件的變化而發(fā)生變化的一類膜,所述的環(huán)境條件包括壓力、溫度以及pH值等，通常這類膜稱為閘膜,可用于有特定要求的分離體系。如果分離體系中膜的孔徑可隨透膜壓力的變化而發(fā)生改變,則可在不同壓力下得到不同的孔徑以便分離不同的物質(zhì),同時(shí)當(dāng)膜在一個(gè)壓力下工作被污染后，可通過(guò)提高壓力增大膜的孔徑，從而較易洗去污染物，聚氨酯是近來(lái)受到關(guān)注的新型膜材料之一，它可用于工業(yè)過(guò)濾材料和織物涂層等，具有良好的生理適應(yīng)性、透氣性、防水透濕性以及一定的親水性，有著廣泛的應(yīng)用前景；聚偏氟乙烯具有良好的物理化學(xué)性能，是常用的制膜材料；熔體紡絲制備的PU/PVDF共混中空纖維膜為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的中空纖維膜,PU與PVDF較差的熱力學(xué)相容性有助于界面微孔的形成.拉伸增大了所得膜截面的孔洞尺寸,有效地提高了所得膜孔的通透性.所得PU/PVDF共混中空纖維膜表現(xiàn)出明顯的壓力響應(yīng)性,且隨拉伸倍數(shù)的提高，PU/PVDF共混中空纖維膜微孔的回復(fù)性有所改善。但是中空纖維膜微孔的回復(fù)性得到改善的同時(shí)，對(duì)雜質(zhì)的過(guò)濾性能也會(huì)相應(yīng)減弱。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的提供一種中空纖維膜及其制備方法。所述中空纖維膜的膜中含有氣凝膠粉末，所述氣凝膠粉末比表面積大，吸附性強(qiáng)，特別還具有極強(qiáng)的親油性，能有效吸附分子量小的有機(jī)質(zhì)，在保證中空纖維膜孔徑隨環(huán)境變化的同時(shí)有效吸附過(guò)濾掉雜質(zhì)。所述中空纖維膜的制備方法簡(jiǎn)單，避免了大量極性溶劑的使用，防止紡絲時(shí)溶劑揮發(fā)帶來(lái)的環(huán)境污染。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種中空纖維膜，其特征在于，按以下重量份的原料制備而成：聚氨酯20-40、聚偏氟乙烯樹脂30-50和氣凝膠粉末5-15。
所述聚氨酯為熱塑型聚氨酯，所述熱塑型聚氨酯的重均分子量40000-60000。
所述聚偏氟乙烯樹脂的重均分子量100000-200000。
所述氣凝膠粉末為二氧化硅氣凝膠粉末。
所述氣凝膠粉末的粒徑為1-3微米，氣凝膠粉末的比表面積為800-1000㎡/g、孔隙率80-99.8％、平均孔徑50nm。
一種制備中空纖維膜的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
1)將20-40重量份的聚氨酯、30-50重量份的聚偏氟乙烯樹脂投入錐形雙螺旋混合機(jī)中充分共混，取出后將共混物置于鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥；
2)將步驟1)中干燥后的共混物經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
3)將步驟2)中造粒所得的顆粒與5-15重量份的氣凝膠粉末一起投入到錐形雙螺旋混合機(jī)中混勻；
4)再將步驟3)中混勻后的物料通過(guò)單螺桿擠出機(jī)熔融，所述單螺桿擠出機(jī)連接有噴絲頭組件，所述噴絲頭組件包括噴絲泵和噴絲頭，所述單螺桿擠出機(jī)將熔融好的物料通過(guò)噴絲泵打入噴絲頭，得到中空纖維膜。
所述步驟1)中鼓風(fēng)干燥機(jī)的溫度為50-80℃，干燥時(shí)間為8-12h。
所述步驟2)中造粒所得的顆粒粒徑為0.1-0.3㎜。
所述步驟4)中單螺桿擠出機(jī)的加料段的溫度為20-90℃、壓縮段的溫度為120-160℃、均化段的溫度為160-240℃、機(jī)頭溫度為240-280℃。
本發(fā)明的有益效果：所述氣凝膠粉末置于聚氨酯和聚偏氟乙烯樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之中，所述氣凝膠粉末比表面積大，吸附性強(qiáng)，特別還具有極強(qiáng)的親油性，能有效吸附分子量小的有機(jī)質(zhì)，當(dāng)中空纖維膜孔徑隨環(huán)境變化時(shí)膜的孔徑增大，位于孔徑邊緣處以及孔徑內(nèi)的氣凝膠粉末分子吸附住有機(jī)質(zhì)，有效過(guò)濾掉雜質(zhì)。所述中空纖維膜的制備方法簡(jiǎn)單，僅利用聚偏氟乙烯適中的熔點(diǎn)和高分解溫度及氣凝膠粉末超強(qiáng)的耐熱性，用熔融后流動(dòng)性能更好的聚偏氟乙烯帶動(dòng)熔融的聚氨酯進(jìn)行紡絲，避免了大量極性溶劑的使用，防止紡絲時(shí)溶劑揮發(fā)帶來(lái)的環(huán)境污染。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種中空纖維膜及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
氣凝膠是一種非常多孔材料，在已知的固體中其孔隙率最高。本發(fā)明所述的氣凝膠粉末為具有代表性的二氧化硅氣凝膠，所述氣凝膠粉末具有多孔結(jié)構(gòu)，氣凝膠粉末的內(nèi)部空間大部分是空的，使氣凝膠粉末表現(xiàn)出一些引人注意的特性，氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)0.013-0.019，孔隙率80-99.8％平均孔徑50nm，疏水率99.8％，具有極好的吸附性能。
本發(fā)明實(shí)施例中的氣凝膠粉末來(lái)源于深圳中凝科技有限公司，其他原料來(lái)自廣州市威?；た萍加邢薰?。
實(shí)施例1
一種中空纖維膜，按以下原料制備而成：聚氨酯20㎏、聚偏氟乙烯樹脂30㎏和氣凝膠粉末5㎏。其中聚氨酯為熱塑型聚氨酯，所述熱塑型聚氨酯的重均分子量40000，聚偏氟乙烯樹脂的重均分子量100000，氣凝膠粉末為二氧化硅氣凝膠粉末，所述氣凝膠粉末的粒徑為1微米，比表面積為800㎡/g、孔隙率80％、平均孔徑50nm。
一種制備中空纖維膜的方法，具體包括以下步驟：
1)將20㎏的聚氨酯、30㎏的聚偏氟乙烯樹脂投入錐形雙螺旋混合機(jī)中充分共混，取出后將共混物置于鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥；
2)將步驟1)中干燥后的共混物經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
3)將步驟2)中造粒所得的顆粒與5㎏的氣凝膠粉末一起投入到錐形雙螺旋混合機(jī)中混勻；
4)再將步驟3)中混勻后的物料通過(guò)單螺桿擠出機(jī)熔融，所述單螺桿擠出機(jī)連接有噴絲頭組件，所述噴絲頭組件包括噴絲泵和噴絲頭，所述單螺桿擠出機(jī)將熔融好的物料通過(guò)噴絲泵打入噴絲頭，得到中空纖維膜。
步驟1)中鼓風(fēng)干燥機(jī)的溫度為50℃，干燥時(shí)間為8h。
步驟2)中造粒所得的顆粒粒徑為0.1㎜。
步驟4)中單螺桿擠出機(jī)的加料段的溫度為20℃、壓縮段的溫度為120℃、均化段的溫度為160℃、機(jī)頭溫度為240℃。
實(shí)施例1所制得的中空纖維膜，纖維內(nèi)外徑：1mm/1.7mm；單位膜面積水通量：500L/平方(2kg壓力)；最大透膜壓差：0.3MPa；懸浮物，有機(jī)質(zhì)微粒(>0.05μm)：100％去除；微生物、病原體：99.99％去除。
實(shí)施例2
一種中空纖維膜，按以下原料制備而成：聚氨酯30㎏、聚偏氟乙烯樹脂40㎏和氣凝膠粉末10㎏。其中聚氨酯為熱塑型聚氨酯，所述熱塑型聚氨酯的重均分子量50000，聚偏氟乙烯樹脂的重均分子量150000，氣凝膠粉末為二氧化硅氣凝膠粉末，所述氣凝膠粉末的粒徑為2微米，比表面積為900㎡/g、孔隙率90％、平均孔徑50nm。
一種制備中空纖維膜的方法，具體包括以下步驟：
1)將30㎏的聚氨酯、40㎏的聚偏氟乙烯樹脂投入錐形雙螺旋混合機(jī)中充分共混，取出后將共混物置于鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥；
2)將步驟1)中干燥后的共混物經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
3)將步驟2)中造粒所得的顆粒與10㎏的氣凝膠粉末一起投入到錐形雙螺旋混合機(jī)中混勻；
4)再將步驟3)中混勻后的物料通過(guò)單螺桿擠出機(jī)熔融，所述單螺桿擠出機(jī)連接有噴絲頭組件，所述噴絲頭組件包括噴絲泵和噴絲頭，所述單螺桿擠出機(jī)將熔融好的物料通過(guò)噴絲泵打入噴絲頭，得到中空纖維膜。
步驟1)中鼓風(fēng)干燥機(jī)的溫度為65℃，干燥時(shí)間為10h。
步驟2)中造粒所得的顆粒粒徑為0.2㎜。
步驟4)中單螺桿擠出機(jī)的加料段的溫度為60℃、壓縮段的溫度為130℃、均化段的溫度為200℃、機(jī)頭溫度為260℃。
實(shí)施例2所制得的中空纖維膜，纖維內(nèi)外徑：1mm/1.7mm；單位膜面積水通量：500L/平方(2kg壓力)；最大透膜壓差：0.3MPa；懸浮物，有機(jī)質(zhì)微粒(>0.05μm)：100％去除；微生物、病原體：99.99％去除。
實(shí)施例3
一種中空纖維膜，按以下原料制備而成：聚氨酯40㎏、聚偏氟乙烯樹脂50㎏和氣凝膠粉末15㎏。其中聚氨酯為熱塑型聚氨酯，所述熱塑型聚氨酯的重均分子量60000，聚偏氟乙烯樹脂的重均分子量200000，氣凝膠粉末為二氧化硅氣凝膠粉末，所述氣凝膠粉末的粒徑為3微米，比表面積為1000㎡/g、孔隙率99.8％、平均孔徑50nm。
一種制備中空纖維膜的方法，具體包括以下步驟：
1)將40㎏的聚氨酯、50㎏的聚偏氟乙烯樹脂投入錐形雙螺旋混合機(jī)中充分共混，取出后將共混物置于鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥；
2)將步驟1)中干燥后的共混物經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
3)將步驟2)中造粒所得的顆粒與15㎏的氣凝膠粉末一起投入到錐形雙螺旋混合機(jī)中混勻；
4)再將步驟3)中混勻后的物料通過(guò)單螺桿擠出機(jī)熔融，所述單螺桿擠出機(jī)連接有噴絲頭組件，所述噴絲頭組件包括噴絲泵和噴絲頭，所述單螺桿擠出機(jī)將熔融好的物料通過(guò)噴絲泵打入噴絲頭，得到中空纖維膜。
步驟1)中鼓風(fēng)干燥機(jī)的溫度為80℃，干燥時(shí)間為12h。
步驟2)中造粒所得的顆粒粒徑為0.3㎜。
步驟4)中單螺桿擠出機(jī)的加料段的溫度為90℃、壓縮段的溫度為160℃、均化段的溫度為240℃、機(jī)頭溫度為280℃。
實(shí)施例3所制得的中空纖維膜，纖維內(nèi)外徑：1mm/1.7mm；單位膜面積水通量：500L/平方(2kg壓力)；最大透膜壓差：0.3MPa；懸浮物，有機(jī)質(zhì)微粒(>0.05μm)：100％去除；微生物、病原體：99.99％去除。
綜上所述，本發(fā)明提供一種中空纖維膜及其制備方法，所述氣凝膠粉末比表面積為800-1000㎡/g，、孔隙率80-99.8％、平均孔徑50nm，比活性炭等物質(zhì)吸附性更強(qiáng)，特別還具有極強(qiáng)的親油性，能有效吸附分子量小的有機(jī)質(zhì)。所述中空纖維膜的制備方法簡(jiǎn)單，僅利用聚偏氟乙烯適中的熔點(diǎn)和高分解溫度及氣凝膠粉末超強(qiáng)的耐熱性，用熔融后流動(dòng)性能更好的聚偏氟乙烯帶動(dòng)熔融的聚氨酯進(jìn)行紡絲，避免了大量極性溶劑制備鑄膜液的過(guò)程。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。