e-PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备及亲水改性的方法转让专利
申请号 : CN202110464687.4
文献号 : CN113230904B
文献日 : 2022-04-05
发明人 : 毕飞
申请人 : 利得膜(北京)新材料技术有限公司 , 利得膜(北京)科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备,其特征在于,包括:依次连接的放丝装置、多元醇聚合物浸润装置、交联缩醛装置、循环热处理装置、清洗装置、循环烘干装置以及收丝装置,其中,所述放丝装置、多元醇聚合物浸润装置、交联缩醛装置、循环热处理装置、清洗装置、循环烘干装置以及收丝装置呈线性排布,所述多元醇聚合物浸润装置、交联缩醛装置、循环热处理装置、清洗装置、循环烘干装置均包括壳体以及沿着壳体的长度方向开设的穿丝通道,所述穿丝通道贯穿所述壳体,于所述穿丝通道的相对两开口处分别设置密封定位圈;
所述密封定位圈具有穿入端以及穿出端,所述密封定位圈的通孔包括靠近所述穿入端的第一段以及靠近所述穿出端的第二段,其中,沿所述穿入端至所述穿出端的方向,所述第一段的内径逐渐减小,所述第二段的内径保持不变;
其中,所述多元醇聚合物浸润装置、交联缩醛装置、清洗装置都设置计量泵和压力变送器和温度变送器,所述循环热处理装置、循环烘干装置都设置压力变送器、温度变送器和鼓风机;所述多元醇聚合物溶液加压注入e‑PTFE中空纤维膜丝的壁孔内;在交联缩醛装置中,醛类有机物、盐酸混合溶液被推入e‑PTFE中空纤维膜丝壁孔内。
2.根据权利要求1所述的e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备,其特征在于,所述壳体包括中空柱形本体以及于本体的两端分别设置的密封盖板,其中,所述密封盖板上开设有与所述穿丝通道连通的穿丝孔,所述穿丝通道设置于所述本体内。
3.根据权利要求2所述的e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备,其特征在于,所述本体、所述密封盖板以及所述密封定位圈同轴设置。
4.根据权利要求3所述的e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备,其特征在于,所述本体的两端面开设有用于安装所述密封定位圈的安装槽。
5.根据权利要求4所述的e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备,其特征在于,所述本体的表面开设有与所述穿丝通道连通的进气口或进液口,所述本体的表面开设有与所述穿丝通道连通的出气口或出液口,其中,所述进气口或进液口以及所述出气口或出液口相对而设。
6.根据权利要求1所述的e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备,其特征在于,所述多元醇聚合物浸润装置、交联缩醛装置、循环热处理装置、清洗装置、循环烘干装置的个数均为多个,多个所述多元醇聚合物浸润装置彼此并排而设。
7.根据权利要求1‑6任一项所述的e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备,其特征在于,还包括与所述放丝装置连接的e‑PTFE中空纤维膜丝制备装置。
8.一种使用权利要求1‑7任一项所述的e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备进行亲水改性的方法,其特征在于,包括以下步骤:使用乙醇对e‑PTFE中空纤维膜丝进行浸润,得到浸润后的e‑PTFE中空纤维膜丝;
将多元醇聚合物溶液加压注入浸润后的e‑PTFE中空纤维膜丝的壁孔内,得到多元醇处理后的e‑PTFE中空纤维膜丝;
将多元醇处理后的e‑PTFE中空纤维膜丝置于醛类有机物、盐酸混合溶液中,以使得多元醇聚合物溶液与醛类有机物、盐酸混合溶液发生交联缩醛反应,进而在所述e‑PTFE中空纤维膜丝的壁孔内生成缩醛聚合物。
9.根据权利要求8所述的亲水改性的方法,其特征在于,所述多元醇聚合物溶液选自聚乙烯醇类、聚乙二醇类、聚丙二醇类中的一种或多种的水或乙醇溶液。
10.根据权利要求8所述的亲水改性的方法,其特征在于,所述醛类有机物由烃基和醛基相连所构成。
说明书 :
e‑PTFE中空纤维膜丝的连续化改性设备及亲水改性的方法
技术领域
背景技术
的一种新型材料,相比于其他膜材料,PTFE膜具有超强耐化学腐蚀、高拉伸强度、耐高温以
及高孔隙率等优异的特性,用在零排放、氯碱行业具有无可比拟的优势。但是PTFE本身是一
种超疏水材料,而应用在水处理领域需要对水有侵润性,因此其所制备的e‑PTFE中空纤维
膜丝无法直接作为微滤膜应用于水处理工艺中,需对膜丝进行亲水化改性才可作为微滤使
用。目前,对PTFE中空纤维膜丝的亲水方式目前主要是采用表面活性剂或多元醇聚合物溶
液浸涂的方式,生产过程中将膜丝浸泡于配制好的亲水溶液罐中若干小时,再将膜丝提出
控水,最后进入烘房进行晾干待用。目前这种亲水方式一方面由于浸泡时膜丝壁内不同位
置浓度有极差,亲水层均匀性差,同时亲水性聚合物吸附于膜孔内主要依靠的是氢键结合
力较易脱落,后期使用过程中亲水剂会随着水一起流失,一旦PTFE膜丝再次干态将会失去
微滤功能;另外,该生产过程是非连续的,分多个步序在不同空间进行,效率较低,且整体占
地面积较大。
发明内容
问题。
缩醛装置、循环热处理装置、清洗装置、循环烘干装置以及收丝装置呈线性排布,所述多元
醇聚合物浸润装置、交联缩醛装置、循环热处理装置、清洗装置、循环烘干装置均包括壳体
以及沿着壳体的长度方向开设的穿丝通道,所述穿丝通道贯穿所述壳体,于所述穿丝通道
的相对两开口处分别设置密封定位圈。
中空纤维膜丝的壁孔内生成缩醛聚合物。
设置于所述本体内。
口或进液口以及所述出气口或出液口相对而设。
排而设。
合溶液与多元醇聚合物亲水涂层发生交联缩醛反应,使得多元醇聚合物亲水涂层牢固的结
合在膜丝孔结构内,实现了e‑PTFE中空纤维膜丝的永久亲水改性,且经过本发明制备得到
的改性e‑PTFE中空纤维膜丝接触角降低至≤50°,且亲水膜丝经反复水洗再晾干后,膜丝通
量保持率≥90%;
附图说明
发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
具体实施方式
施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公
开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
保护范围。
聚合物浸润装置11、交联缩醛装置12、循环热处理装置13、清洗装置14、循环烘干装置15以
及收丝装置16,其中,所述放丝装置10用于供应e‑PTFE中空纤维膜丝200,所述多元醇聚合
物浸润装置11内盛放有多元醇聚合物溶液,用于将多元醇聚合物溶液压入所述e‑PTFE中空
纤维膜丝200的壁孔内;所述交联缩醛装置12内盛放有醛类有机物、盐酸混合溶液,所述醛
类有机物、盐酸混合溶液用于与所述e‑PTFE中空纤维膜丝200上的多元醇聚合物发生交联
缩醛反应;所述循环热处理装置13用于对发生交联缩醛反应的e‑PTFE中空纤维膜丝200进
行热定型处理;所述清洗装置14用于冲洗经过热定型处理后e‑PTFE中空纤维膜丝200上的
杂质;所述循环烘干装置15用于对冲洗后的e‑PTFE中空纤维膜丝200进行烘干;所述收丝装
置16用于收集烘干后的e‑PTFE中空纤维膜丝200。
多元醇聚合物浸润装置11中多元醇聚合物溶液可以均匀迅速的进入e‑PTFE中空纤维膜丝
200壁孔内;均匀吸附多元醇溶液后的e‑PTFE中空纤维膜丝200进而进入交联缩醛装置12,
在交联缩醛装置12中,醛类有机物、盐酸混合溶液被推入e‑PTFE中空纤维膜丝200壁孔内,
使得醛类有机物、盐酸混合溶液与e‑PTFE中空纤维膜丝200壁孔内的多元醇充分接触,并控
制合适温度,发生交联反应;在进入循环热处理装置13,e‑PTFE中空纤维膜丝200亲水交联
层在循环热处理装置13进行热定型处理后,可以牢固结合在e‑PTFE中空纤维膜丝200壁孔
内及表面;e‑PTFE中空纤维膜丝200通过循环热处理装置13后进入清洗装置14,清洗装置14
反复冲刷e‑PTFE中空纤维膜丝200壁孔及表面残余未反应物质;清洗干净后的e‑PTFE中空
纤维膜丝200再进入循环烘干装置15,通过设定温度的热风循环,快速将e‑PTFE中空纤维膜
丝200变干,以便后面收丝后浇铸使用。烘干后的e‑PTFE中空纤维膜丝200到达收丝装置16,
进行卷绕,收丝装置的绕丝轮上成品膜丝达到要求的数量后进行收捆待用。
18,所述穿丝通道18贯穿所述壳体17,于所述穿丝通道18的相对两开口处分别设置密封定
位圈19,所述密封定位圈19一方面对e‑PTFE中空纤维膜丝200的水平方向进行定位,另一方
面通过与e‑PTFE中空纤维膜丝200的外表面截面配合,对穿丝通道18内的液体或气体起到
密封作用。
通过设定压力值反馈控制计量泵20转速,实现稳定压力浸润,保证浸润的均匀性,温度变送
器22可以反馈控制所连接的溶液箱的加热系统来实现温度核定,保证交联反应效果。而对
于循环热处理装置13、循环烘干装置15等具有气体循环的装置都设置压力变送器21、温度
变送器22和鼓风机23,气体压力通过压力变送器21反馈控制鼓风机23频率来实现恒压运
行,温度变送器22控制气体输送管路加热,保证气体温度恒定,以实现热处理质量的稳定和
烘干速度的恒定。
丝孔,所述穿丝通道18设置于所述本体170内,具体地,所述密封盖板171与所述本体170的
两端面通过紧固螺栓24连接。
述进气口(进液口)172以及所述出气口(出液口)173相对而设。具体地,所述进气口(进液
口)172可以与鼓风机23(计量泵20)的输出端连通,所述出气口(出液口)173可以与温度变
送器22连接,温度变送器22在与出气口连接时,可以通过控制气体输送管路加热,保证气体
温度恒定,以实现热处理质量的稳定和烘干速度的恒定。温度变送器22在与出液口连接时,
可以反馈控制所连接的溶液箱的加热系统来实现温度核定,保证交联反应效果。
穿出端191的第二段192b,其中,沿所述穿入端190至所述穿出端191的方向,所述第一段
192a的内径逐渐减小,所述第二段192b的内径保持不变。具体地,第二段192b的内径略大于
e‑PTFE中空纤维膜丝200的外径,通过将通孔192设置成一端开口大,一端开口小的形状,这
样通孔192可以对穿入密封定位圈19的e‑PTFE中空纤维膜丝200起到导向作用,提高了e‑
PTFE中空纤维膜丝200的穿设速度,降低了e‑PTFE中空纤维膜丝200的穿设难度。
述穿出端191的第二段192b以及位于所述第一段192a以及第二段192b之间的中间段192c,
其中,沿所述穿入端190至所述穿出端191的方向,所述第一段192a的内径逐渐减小,所述中
间段192c的内径保持不变,所述第二段192b的内径逐渐增大。具体地,中间段192c的内径略
大于e‑PTFE中空纤维膜丝200的外径,通过将通孔192设置成两端开口大,中间开口小的形
状,这样通孔192可以对穿入和穿出密封定位圈19的e‑PTFE中空纤维膜丝200起到导向作
用,可以进一步提高了e‑PTFE中空纤维膜丝200的穿设速度,降低了e‑PTFE中空纤维膜丝
200的穿设难度。
来,可以同时处理8根膜丝,在占地面积无明显增加的前提下,满足不同的生产量需求。
的e‑PTFE中空纤维膜丝的内径1.5mm,外径2.3mm,e‑PTFE中空纤维膜丝的壁孔孔径的平均
值为300nm,上述设备中各装置的穿丝通道18的长度为1m。
注入质量百分比浓度为1%、温度为30℃的多元醇聚合物溶液且形成0.1Mpa的压力,该多元
醇聚合物溶液与膜丝在多元醇聚合物浸润装置11的穿丝通道18内接触并压入膜丝壁孔内;
的温度为50℃的醛类有机物、盐酸混合溶液接触发生交联缩醛反应,生成缩醛聚合物;其
中,醛类有机物质量百分比浓度为2%;盐酸质量百分比浓度为1.5%,醛类有机物是由烃基
和醛基相连所构成;
量泵注入质量百分比浓度为2%、温度为50℃的多元醇聚合物溶液且形成0.1Mpa压力,该多
元醇聚合物溶液与膜丝在喷涂板内接触并压入膜丝壁孔内;
的温度为40℃的醛类有机物、盐酸混合溶液接触发生交联缩醛反应,生成缩醛聚合物;其
中,醛类有机物质量百分比浓度为4%;盐酸质量百分比浓度为3%,醛类有机物是由烃基和
醛基相连所构成;
质量百分比浓度为1.5%、温度为40℃的多元醇聚合物溶液且形成0.1Mpa压力,该多元醇聚
合物溶液与膜丝在喷涂板内接触并压入膜丝壁孔内;
的温度为60℃的醛类有机物、盐酸混合溶液接触发生交联缩醛反应,生成缩醛聚合物;其
中,醛类有机物质量百分比浓度为2.5%;盐酸质量百分比浓度为2%,醛类有机物是由烃基
和醛基相连所构成;
做赘述。
施例1‑3中各装置的工艺参数如表1所示:
工艺参数同实施例1,各工艺参数如表2所示。
及工艺参数同实施例1,各工艺参数如表2所示。
比。
这说明实施例1‑3中的改性膜丝具有优异的亲水性,此外实施例1‑3中的改性膜丝经反复水
洗再晾干后,改性膜丝的通量保持率均≥90%,这说明实施例1‑3中的改性膜丝的亲水性性
能稳定。
膜孔,亲水膜丝通量纯水通量只有原膜丝酒精浸润后的55%。对比例2中的多元醇浓度和戊
二醛浓度小于实施例1中的多元醇浓度和戊二醛浓度,经过对比例2改性得到的膜丝亲水性
以及纯水通量性能较差。由此可知,如果多元醇浓度和戊二醛浓度过低,交联后的涂层不完
整或强度低,后续作为微滤膜使用时易被冲刷变形或流失;如果多元醇浓度和戊二醛浓度
过大,交联层行程过厚又影响了膜孔通道大小进而影响使用时的水通量。
由于内壁形成亲水层过厚造成堵塞影响了纯水通量保持率由此可知,如果步骤2压力<
0.1MPa,则无法使得膜丝全部壁孔都处于浸润状态,部分膜孔未实现亲水,阻碍了作为微滤
膜过滤使用时水顺利的通过;如果步骤2压力>0.1MPa则大量溶液进入膜丝内腔,不仅造成
药品浪费且后续清洗和烘干工序完成难度增大。
经过对比例5改性得到的膜丝亲水性以及纯水通量性能较差。由此可知,温度过高,交联层
会有收缩现象,膜丝壁孔内部结构发生变化,影响后续使用通量。
丝,如果清洗压力太小,热清洗装置内的水无法透过壁孔进入膜丝的内腔,进而无法将膜丝
上残存的未反应的物质随水循环带走。
都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范
围为准。