内压管式膜的制备方法

摘要

本发明涉及膜制备领域，旨在提供一种内压管式膜的制备方法。该方法包括：在平板刮膜机的涂覆头出料口处均匀设置隔断，使铸膜液所形成的涂覆膜层面在无纺布支撑材料表面沿长度方向呈纵向排列且保留间隙，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；沿涂覆的铸膜液边缘裁切得到平板膜条；将平板膜条以固定的斜向角度螺旋卷绕在圆柱体上，并使未涂覆部分叠合在涂覆膜层面背部的边缘，叠合处以超声焊接头进行超声焊接，得到长筒状的内压管式膜；根据需要对长筒状的内压管式膜进行切割，得到内压管式膜产品。本发明的涂覆层均一并完整性较好，工艺简单可行。容易超声焊接提高了强度，不采用化学粘结剂是制成管式膜能应用于食品和饮料、医药行业。

权利要求

1.一种内压管式膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在平板刮膜机的涂覆头出料口处均匀设置隔断，使得平板刮膜机在将铸膜液刮涂于无纺布支撑材料上时，铸膜液所形成的涂覆膜层面在无纺布支撑材料表面沿长度方向呈纵向排列且保留间隙，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；

(2)沿涂覆的铸膜液边缘顺着长度方向裁切无纺布支撑材料，得到平板膜条；每个平板膜条均包括涂覆膜层面和未涂覆部分，且未涂覆部分均位于平板膜条的同侧；

(3)将整理后的平板膜条以固定的斜向角度螺旋卷绕在圆柱体上，并使未涂覆部分叠合在涂覆膜层面背部的边缘位置，叠合处以超声焊接头进行超声焊接，得到长筒状的内压管式膜；

(4)根据需要的长度，对长筒状的内压管式膜进行切割，得到内压管式膜产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平板膜条的涂覆膜层面的宽度保持一致，未涂覆部分的宽度也保持一致。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的平板膜条的宽幅为2～40mm，其中，涂覆膜层面占平板膜条宽幅的比例为80～95％，未涂覆部分占平板膜条宽幅的比例为5～

20％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，在将平板膜条卷绕在圆柱体上时，以相同宽幅的无纺布支撑材料贴附于平板膜条的背面，并与后者同时完成卷绕和焊接。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中进行裁切之前，先在无纺布支撑材料的背面贴附一层相同宽幅的无纺布支撑材料。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中卷绕时斜向角度为20～70°，卷绕的速度为1～15m/min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中卷绕时所用的圆柱体为直径为2～20mm的实心不锈钢棒。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所用铸膜液的配置方法是：将聚合物树脂、致孔剂、亲水剂和溶剂按照重量比15～20∶5～25∶1～3∶52～79混合，在80℃搅拌

12小时，过滤、真空脱泡24小时得到铸膜液。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚合物树脂是聚醚砜、改性聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈或醋酸纤维素的一种或者两种；所述的致孔剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙二醇、二甘醇或三甘醇的两种或者三种；所述的亲水剂为磺化聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、聚醚硅氧烷的一种；所述的溶剂是二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一种或两种。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述内压管式膜产品的内径为2～20mm，外径为4～30mm；产品上涂覆膜层面的平均孔径0.01～1微米，在0.2MPa、25℃条件下的纯水内压通量为600～5000L/(m2·h)，运行压力为0.15～0.5MPa。

说明书

内压管式膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高分子树脂涂覆并卷制管式分离膜制备领域，本发明涉及内压管式膜制备方法。

背景技术

[0002] 管式膜是膜组件的一种形式，适用于微滤和超滤膜分离技术。内压管式膜的优点是流道宽，料液在管内湍流流动，对料液的预处理精度要求低，易于清洗，除可用化学试剂清洗外，还可以用机械方法进行清洗；组件的压力损失小，因此其流道长，过滤效率相对可以提高，特别适用于垃圾渗滤液、含活，性污泥的污水、果汁、结晶母液的等高含量液体物料的处理，因此广泛地使用在食品和饮料、化工、微电子、造纸和医药行业。

[0003] 支撑覆合管式膜是一种新型的分离膜，根据实际应用需要在多孔管式支撑基材上涂覆不同材质的表面有机膜层，多孔材料为支撑作用，其分离效果主要有表面有机膜层决定。

[0004] 目前公开的专利采用多为卷制涂覆一体化方法：无纺布基材先卷制成管然后涂覆膜层，如美国专利US6077376公开了将条状无纺布缠绕再通过超声波焊接并在内壁涂敷的连续内压管式膜的制备方法。专利CN1565712A公开了两条无纺布交叉卷制成管，同时高分子聚合物膜液挤出涂布于管内壁，浸入水浴凝胶制得管式膜。200610039090.0公开了一种采用滤材条前后迭合绕制并以超声波焊接形成滤管，同时从芯轴内孔均匀注液于滤管的内壁形成液膜。上述方法存在下列缺陷：采用涂覆材料简单涂覆于支撑层表面，受到涂覆头同心度限制涂覆层的厚度很难控制均一性并存在未涂覆的缺陷，不能很好保证过滤的精度；涂覆层和支撑层的粘结力较差，使用过程中两者容易剥离严重影响过滤效果；基材卷制和涂覆两个工序同时进行在实际制备过程中很难完美匹配，加大生产的难度。美国专利US7517421公开了用条状平板膜和支撑材料通过缠绕粘接或焊接制备内压管式膜的方法，该方法克服了上述一体化方法涂覆层均一性不好并存在缺陷的问题，但是条状平板膜缠绕重叠焊接处为过滤膜层和支撑材料层，两者为不同材质不利于超声焊接，焊接处不能承受较大压力；如果重叠处采用粘结剂粘接存在过滤膜层容易与基材剥离影响粘接力；另外，粘结剂一般化学品制得的管式膜不能应用于食品和饮料、医药行业。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种新型的管式膜制备方法。

[0006] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：

[0007] 提供一种内压管式膜的制备方法，包括以下步骤：

[0008] (1)在平板刮膜机的涂覆头出料口处均匀设置隔断，使得平板刮膜机在将铸膜液刮涂于无纺布支撑材料上时，铸膜液所形成的涂覆膜层面在无纺布支撑材料表面沿长度方向呈纵向排列且保留间隙，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；

[0009] (2)沿涂覆的铸膜液边缘顺着长度方向裁切无纺布支撑材料，得到平板膜条；每个平板膜条均包括涂覆膜层面和未涂覆部分，且未涂覆部分均位于平板膜条的同侧；

[0010] (3)将整理后的平板膜条以固定的斜向角度螺旋卷绕在圆柱体上，并使未涂覆部分叠合在涂覆膜层面背部的边缘位置，叠合处以超声焊接头进行超声焊接，得到长筒状的内压管式膜；

[0011] (4)根据需要的长度，对长筒状的内压管式膜进行切割，得到内压管式膜产品。

[0012] 本发明中，所述平板膜条的涂覆膜层面的宽度保持一致，未涂覆部分的宽度也保持一致。

[0013] 本发明中，所述的平板膜条的宽幅为2～40mm，其中，涂覆膜层面占平板膜条宽幅的比例为80～95％，未涂覆部分占平板膜条宽幅的比例为5～20％。

[0014] 本发明中，步骤(3)中，在将平板膜条卷绕在圆柱体上时，以相同宽幅的无纺布支撑材料贴附于平板膜条的背面，并与后者同时完成卷绕和焊接。或者，在步骤(2)中进行裁切之前，先在无纺布支撑材料的背面贴附一层相同宽幅的无纺布支撑材料。该操作相当于增加了一层无纺布支撑材料，可以提高管式膜的耐压强度。

[0015] 本发明中，步骤(3)中卷绕时斜向角度为20～70°，卷绕的速度为1～15m/min。

[0016] 本发明中，步骤(3)中卷绕时所用的圆柱体为直径为2～20mm的实心不锈钢棒。不锈钢棒在卷绕过程中起到支撑平板膜条的作用，保证内压管式膜产品的内径及圆整度一致。

[0017] 本发明中，步骤(1)中所用铸膜液的配置方法是：将聚合物树脂、致孔剂、亲水剂和溶剂按照重量比15～20∶5～25∶1～3∶52～79混合，在80℃搅拌12小时，过滤、真空脱泡24小时得到铸膜液。

[0018] 本发明中，所述聚合物树脂是聚醚砜、改性聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈或醋酸纤维素的一种或者两种；所述的致孔剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙二醇、二甘醇或三甘醇的两种或者三种；所述的亲水剂为磺化聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、聚醚硅氧烷的一种；所述的溶剂是二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一种或两种。

[0019] 本发明中，所述内压管式膜产品的内径为2～20mm，外径为4～30mm；产品上涂覆膜层面的平均孔径0.01～1微米，在0.2MPa、25℃条件下的纯水内压通量为600～5000L/(m2·h)，运行压力为0.15～0.5MPa。

[0020] 本发明采用平板刮膜机制备大宽幅间隙平板膜，平板膜制备工艺相对成熟能保证涂覆层的厚度均一性，涂覆层和无纺布之间还具备较好的粘结力；然后把大宽幅间隙平板膜切割成条状平板膜条，膜条卷绕焊接制备成内压管式膜。核心工艺为条状平板膜条的卷制方式，条状平板膜条分为涂覆层和未涂覆层，卷绕时涂覆膜层面向内，未涂覆膜层处无纺布重叠压在涂覆膜层边缘的背面，这样重叠处接触面为同种材质，容易超声焊接提高了强度。

[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0022] 1.带间隙涂覆头的平板刮膜机，制备平板涂覆工艺制备过滤层相比现有技术的管式涂覆工艺，涂覆层均一并完整性较好，工艺简单可行。

[0023] 2.条状平板膜条分为涂覆层和未涂覆层，卷绕时涂覆膜层面向内，未涂覆膜层处无纺布重叠压在涂覆膜层边缘的外面，这样接触面为同种材质，容易超声焊接提高了强度，不采用化学粘结剂是制成管式膜能应用于食品和饮料、医药行业。

附图说明

[0024] 图1是间隙涂覆头俯视示意图；

[0025] 图2是大宽幅间隙平板膜示意图；

[0026] 图3是条状平板膜条示意图；

[0027] 图4是内压管式膜制备方法示意图。

[0028] 图中：圆柱体1、涂覆膜层面2、未涂覆部分3、平整刀4、超声焊接头5、内压管式膜6、平板膜条7、交叉重叠处8、大宽幅平板膜9。

具体实施方式

[0029] 下面通过具体实施方式，对本发明的实现方法进行详细阐述。

[0030] 本发明所述的内压管式膜的制备方法，包括以下步骤：

[0031] (1)在平板刮膜机的涂覆头出料口处均匀设置隔断，使得平板刮膜机在将铸膜液刮涂于无纺布支撑材料上时，铸膜液所形成的涂覆膜层面在无纺布支撑材料表面沿长度方向呈纵向排列且保留间隙，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；

[0032] 如果需要制备的最终产品是同一型号，所述平板膜条的涂覆膜层面的宽度保持一致，未涂覆部分的宽度也保持一致。如果需要制备的最终产品是不同型号，可以通过调整平板刮膜机的涂覆头出料口处隔断位置，进而影响涂覆膜层面的宽度以在同一个无纺布支撑材料上形成不同宽度的涂覆膜层面。

[0033] (2)沿涂覆的铸膜液边缘顺着长度方向裁切无纺布支撑材料，得到平板膜条；每个平板膜条均包括涂覆膜层面和未涂覆部分，且未涂覆部分均位于平板膜条的同侧；

[0034] (3)将整理后的平板膜条以固定的斜向角度螺旋卷绕在圆柱体上，并使未涂覆部分叠合在涂覆膜层面背部的边缘位置，叠合处以超声焊接头进行超声焊接，得到长筒状的内压管式膜；

[0035] 卷绕时所用的圆柱体为直径为2～20mm的实心不锈钢棒。不锈钢棒在卷绕过程中起到支撑平板膜条的作用，保证内压管式膜产品的内径及圆整度一致。卷绕时斜向角度为20～70°，卷绕的速度为1～15m/min。

[0036] (4)根据需要的长度，对长筒状的内压管式膜进行切割，得到内压管式膜产品。

[0037] 裁切所得的平板膜条的宽幅为2～40mm，其中，涂覆膜层面占平板膜条宽幅的比例为80～95％，未涂覆部分占平板膜条宽幅的比例为5～20％。

[0038] 步骤(3)中，在将平板膜条卷绕在圆柱体上时，以相同宽幅的无纺布支撑材料贴附于平板膜条的背面，并与后者同时完成卷绕和焊接。该操作相当于增加了一层无纺布支撑材料，可以提高管式膜的耐压强度。也可以通过另一种方式实现同样的目的：在步骤(2)中进行裁切之前，先在无纺布支撑材料的背面贴附一层相同宽幅的无纺布支撑材料。

[0039] 本发明举例说明铸膜液的配置方法如下：将聚合物树脂、致孔剂、亲水剂和溶剂按照重量比15～20∶5～25∶1～3∶52～79混合，在80℃搅拌12小时，过滤、真空脱泡24小时得到铸膜液。所述聚合物树脂是聚醚砜、改性聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈或醋酸纤维素的一种或者两种；所述的致孔剂是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙二醇、二甘醇或三甘醇的两种或者三种；所述的亲水剂为磺化聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、聚醚硅氧烷的一种；所述的溶剂是二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一种或两种。

[0040] 本发明中最终得到的内压管式膜产品的内径为2～20mm，外径为4～30mm；产品上涂覆膜层面的平均孔径0.01～1微米，在0.2MPa、25℃条件下的纯水内压通量为600～5000L/(m2·h)，运行压力为0.15～0.5MPa。

[0041] 实施例1：

[0042] 将重量百分比15％聚偏氟乙烯树脂(比利时苏威公司Solvay Solexis 1015)、57％二甲基乙酰胺、13％聚乙二醇600、12％聚乙烯吡咯烷酮K-30和3％聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物加入搅拌罐中，在80℃搅拌12小时，过滤、真空脱泡24小时得到铸膜液。通过刮膜设备将铸膜液间隔性刮涂于大宽幅无纺布支撑材料上，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；把收卷成筒状的大宽幅平板膜按未涂覆膜面一边间隔切割成条状平板膜条。条状平板膜条的宽幅为30mm，涂覆膜层面宽幅为26mm，未涂覆膜层面为4mm。条状平板膜条按
40度单条螺旋卷绕在直径为12mm的不锈钢棒上，卷绕速度为8m/min，卷绕时涂覆膜层面向内，未涂覆膜层面重叠压在涂覆膜层面边缘的反面，交叉重叠处的宽幅为6mm。交叉重叠处通过超声焊接头焊接得到内压管式膜。膜的平均孔径0.06微米，内径为12mm，外径为14mm，在0.2MPa，25℃条件下的纯水内压通量为2860L/(m2·h)。

[0043] 实施例2：

[0044] 与实施例1相同，区别为条状平板膜条外面增加了一层相同宽幅无纺布支撑材料一起卷绕和焊接，管式膜内径12mm，外径为15mm，提高了管式膜的刚性和耐压强度，在0.2MPa，25℃条件下的纯水内压通量为2450L/(m2·h)。

[0045] 实施例3：

[0046] 将重量百分比20％聚醚砜树脂(比利时苏威公司Veradel 3000P)、60％二甲基乙酰胺、9％二甘醇、9％聚乙烯吡咯烷酮K-30和2％磺化聚醚砜加入搅拌罐中，在80℃搅拌12小时，过滤、真空脱泡24小时得到铸膜液。通过刮膜设备将铸膜液间隔性刮涂于大宽幅无纺布支撑材料上，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；把收卷成筒状的大宽幅平板膜按未涂覆膜面一边间隔切割成条状平板膜条。条状平板膜条的宽幅为20mm，涂覆膜层面宽幅为17mm，未涂覆膜层面为3mm。条状平板膜条按40度单条螺旋卷绕在直径为8mm的不锈钢棒上，卷绕速度为10m/min，卷绕时涂覆膜层面向内，未涂覆膜层面重叠压在涂覆膜层面边缘的反面，交叉重叠处的宽幅为4mm。交叉重叠处通过超声焊接头焊接得到内压管式膜。膜的平均孔径0.03微米，内径为8mm，外径为10mm，在0.2MPa，25℃条件下的纯水内压通量为2
850L/(m·h)。

[0047] 实施例4：

[0048] 将重量百分比18％聚醚砜树脂(巴斯夫6020P)、76％二甲基乙酰胺、2％聚乙二醇200、3％聚乙烯吡咯烷酮K-30和1％磺化聚醚砜加入搅拌罐中，在80℃搅拌12小时，过滤、真空脱泡24小时得到铸膜液。通过刮膜设备将铸膜液间隔性刮涂于大宽幅无纺布支撑材料上，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；把收卷成筒状的大宽幅平板膜按未涂覆膜面一边间隔切割成条状平板膜条。条状平板膜条的宽幅为20mm，涂覆膜层面宽幅为17mm，未涂覆膜层面为3mm。条状平板膜条按40度单条螺旋卷绕在直径为8mm的不锈钢棒上，卷绕速度为12m/min，卷绕时涂覆膜层面向内，未涂覆膜层面重叠压在涂覆膜层面边缘的反面，交叉重叠处的宽幅为4mm。交叉重叠处通过超声焊接头焊接得到内压管式膜。膜的平均孔径
0.06微米，内径为8mm，外径为10mm，在0.2MPa，25℃条件下的纯水内压通量为1650L/(m2·h)。

[0049] 实施例5：

[0050] 与实施例4相同，区别为通过调整平板刮膜机的涂覆头出料口处隔断位置得到条状平板膜条的宽幅为16mm，涂覆膜层面宽幅为14mm，未涂覆膜层面为2mm。螺旋卷绕在直径为6mm的不锈钢棒上，卷绕速度为10m/min，交叉重叠处的宽幅为2.5mm得到内径为6mm,外径为8mm的管式膜。

[0051] 实施例6：将重量百分比17％聚醚砜树脂(巴斯夫6020P)、58％二甲基乙酰胺、11.5％乙二醇、12％聚乙烯吡咯烷酮K-30和1.5％磺化聚醚砜加入搅拌罐中，在80℃搅拌12小时，过滤、真空脱泡24小时得到铸膜液。通过刮膜设备将铸膜液间隔性刮涂于大宽幅无纺布支撑材料上，经水浴相分离交换后晾干制备得到平板膜；把收卷成筒状的大宽幅平板膜按未涂覆膜面一边间隔切割成条状平板膜条。条状平板膜条的宽幅为16mm，涂覆膜层面宽幅为14mm，未涂覆膜层面为2mm。条状平板膜条按40度单条螺旋卷绕在直径为6mm的不锈钢棒上，卷绕速度为11m/min，卷绕时涂覆膜层面向内，未涂覆膜层面重叠压在涂覆膜层面边缘的反面，交叉重叠处的宽幅为2.5mm。交叉重叠处通过超声焊接头焊接得到内压管式膜。
膜的平均孔径0.1微米，内径为6mm，外径为8mm，在0.2MPa，25℃条件下的纯水内压通量为
3600L/(m2·h)。