專利名稱：耐高壓管式支撐覆合膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高分子樹脂涂覆多孔基材分離膜制備領域，特別涉及一種耐高壓管式支撐覆合膜的制備方法。
背景技術：
分離膜材料按形狀分成中空纖維、平板卷式、平板框式和管式膜四大類。其中管式膜材料能處理含有懸浮固體或者流體粘度較高的液體，可以省掉預處理要求，湍流錯流過濾使膜表面不易被污染，因此廣泛地使用在食品和飲料、化工、微電子、造紙和醫(yī)藥行業(yè)。管式支撐覆合膜是一種新型的分離膜，根據(jù)實際應用需要在多孔管式支撐基材上涂覆不同材質(zhì)的表面有機膜層，多孔材料為支撐作用，其分離效果主要有表面有機膜層決定?，F(xiàn)有很多管式膜的支撐層采用帶子螺旋纏繞而成，專利CN03141410. 9公開了一種無紡布帶纏繞用熱熔膠粘合及超聲波粘結加固卷制管，專利200610039090. 0公開了一種采用濾材條前后迭合繞制并以超聲波焊接形成濾管，同時從芯軸內(nèi)孔均勻注液于濾管的內(nèi)壁形成液膜。專利CN200920256727. 0公開了一種增強支撐管式膜，在無紡材料帶子螺旋纏繞管子外面再單絲編織纏繞增強支撐層。上述方法存在下列缺陷采用涂覆材料簡單涂覆于支撐層表面， 涂覆層的厚度很難控制均一性，涂覆層和支撐層的粘結力較差，使用過程中兩者容易剝離嚴重影響過濾效果；無紡布纏繞支撐管增強了管式膜內(nèi)壓使用的抗破損能力，但是無紡布纏繞支撐管自身沒有剛性，反洗抗壓能力沒有得到改善，反洗壓力升高管式膜容易被壓扁或者破損。為了提高反洗抗壓性，專利200910115557. 9公開了一種無機編織管浸涂有機鑄膜液制得管式復合中空纖維膜，但該方法自由浸涂會造成管式膜涂層不均勻、涂覆層與編織管粘結力不均一、有機鑄膜液會滲透編織管到中空內(nèi)腔導致堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種耐高壓管式支撐覆合膜的制備方法。耐高壓管式支撐覆合膜的制備方法的步驟如下
1)采用涂覆裝置，涂覆裝置包括攪拌罐、料液罐、底部密封卡座、待加工支撐管、第一環(huán)狀刮具、固定涂覆頭、涂覆刮具、環(huán)狀卡箍、支撐管連接件、涂覆裝置連接桿、控制系統(tǒng)、凝膠浴、第二環(huán)狀刮具；攪拌罐出料口與料液罐進料口相連，料液罐溢料口與攪拌罐相連， 料液罐底部設有密封卡座，并固定有待加工支撐管，料液罐頂部設有與待加工支撐管上端相配合的環(huán)狀卡箍和第一環(huán)狀刮具，待加工支撐管上端內(nèi)腔設有固定涂覆頭，固定涂覆頭下端設有涂覆刮具，固定涂覆頭上端設有涂覆裝置連接桿，涂覆裝置連接桿與控制系統(tǒng)相連，待加工支撐管頂部設有支撐管連接件，支撐管連接件與控制系統(tǒng)相連，料液罐旁設有凝膠浴，凝膠浴頂部設有與待加工支撐管上端相配合的第二環(huán)狀刮具；
2)將重量百分比為12 20%高分子樹脂、重量百分比為56 70%溶劑、重量百分比為10 18%致孔添加劑和重量百分比為2 6%親水添加劑加入攪拌罐中，在60 80°C攪拌12 16小時，過濾、真空脫泡12 36小時得到涂覆料液；
3)將涂覆料液通過壓力輸送到料液罐，在壓力的驅(qū)動下料液從待加工支撐管外表面滲透到內(nèi)表面，使待加工支撐管的多孔基材和內(nèi)腔都充滿涂覆料液；
4)將料液罐內(nèi)的壓力完全釋放，待加工支撐管上端的環(huán)狀卡箍松開，控制系統(tǒng)通過頂端連接件帶動待加工支撐管緩慢的垂直上升至待加工支撐管底端離開料液罐，同時待加工支撐管外表面由第一環(huán)狀刮具刮去多余的涂覆料液，待加工支撐管內(nèi)表面由涂覆刮具刮去多余的涂覆料液得到初始態(tài)管式覆合膜；
5)控制系統(tǒng)通過頂端連接件和涂覆裝置連接桿將涂有初始態(tài)覆合膜的待加工支撐管水平移動到凝膠浴上方，通過控制系統(tǒng)經(jīng)頂端連接件緩慢向下降直到初始態(tài)管式覆合膜上端完全浸入凝膠??；同時固定在凝膠浴上端的第二環(huán)狀刮具和支撐管內(nèi)腔的涂覆刮具把支撐管多孔基材內(nèi)溢出的料液刮去及修復涂覆層；
6)初始態(tài)管式覆合膜完全浸入凝膠浴后，通過控制系統(tǒng)使支撐管連接件和涂覆裝置連接桿與初始態(tài)管式覆合膜脫開，經(jīng)溶液相分離充分交換后取出自然晾干制得耐高壓管式支撐覆合膜。所述的待加工支撐管為由聚四氟乙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯樹脂粉末燒結的管式多孔材料，待加工支撐管的外徑為5 40mm、內(nèi)徑為4 32mm，孔隙率為30 60%，平均孔徑范圍為5 30 μ m。所述高分子樹脂為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或聚醚砜，高分子樹脂的數(shù)均分子量為 5X IO4 1. 0X106。所述的溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一種或兩種。所述的致孔添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、二甘醇、乙二醇或甘油中兩種或三種。所述的親水添加劑為甲基丙烯酸甲酯-單甲醚聚氧化乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物、磺化聚醚砜、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一種。所述的凝膠浴的組成為重量百分比為10 30%的聚乙二醇，重量百分比5 20% 的二甲基乙酰胺和重量百分比50 70%的水。所述的耐高壓管式支撐覆合膜的內(nèi)壓運行壓力為0. 15 0.5MPa，破裂壓力為 0. 5 2MPa，特別反洗壓力為0. 1 0. 4MPa，孔隙率為30_50%，平均孔徑0. 01 0. 4 μ m，在 0. 2MPa，25°C條件下的純水內(nèi)壓通量為500 3000L/m2_h。本發(fā)明采用的支撐管具有耐高壓和高機械強度特性，通過本體多孔基材涂覆制得的覆合膜也具備同樣特性，還具有大通量、高截留率、強抗污染、耐磨損和多孔結構及孔徑可控等特性。


圖1是耐高壓管式支撐覆合膜制備裝置示意圖； 圖2是具有耐高壓管式支撐覆合膜的截面示意圖中攪拌罐1、料液罐2、底部密封卡座3、待加工支撐管4、第一環(huán)狀刮具5、固定涂覆頭6、涂覆刮具7、環(huán)狀卡箍8、支撐管連接件9、涂覆裝置連接桿10、控制系統(tǒng)11、凝膠浴12、第二環(huán)狀刮具13、內(nèi)涂覆層14、外涂覆層15、多孔基材涂覆層16、支撐管基材17。
具體實施例方式耐高壓管式支撐覆合膜的制備方法的步驟如下
1)采用涂覆裝置，涂覆裝置包括攪拌罐1、料液罐2、底部密封卡座3、待加工支撐管 4、第一環(huán)狀刮具5、固定涂覆頭6、涂覆刮具7、環(huán)狀卡箍8、支撐管連接件9、涂覆裝置連接桿10、控制系統(tǒng)11、凝膠浴12、第二環(huán)狀刮具13 ；攪拌罐1出料口與料液罐2進料口相連， 料液罐2溢料口與攪拌罐1相連，料液罐2底部設有密封卡座3，并固定有待加工支撐管4， 料液罐2頂部設有與待加工支撐管4上端相配合的環(huán)狀卡箍8和第一環(huán)狀刮具5，待加工支撐管4上端內(nèi)腔設有固定涂覆頭6，固定涂覆頭6下端設有涂覆刮具7，固定涂覆頭6上端設有涂覆裝置連接桿10，涂覆裝置連接桿10與控制系統(tǒng)11相連，待加工支撐管4頂部設有支撐管連接件9，支撐管連接件9與控制系統(tǒng)11相連，料液罐2旁設有凝膠浴12，凝膠浴 12頂部設有與待加工支撐管4上端相配合的第二環(huán)狀刮具13 ；
2)將重量百分比為12 20%高分子樹脂、重量百分比為56 70%溶劑、重量百分比為 10 18%致孔添加劑和重量百分比為2 6%親水添加劑加入攪拌罐1中，在60 80°C 攪拌12 16小時，過濾、真空脫泡12 36小時得到涂覆料液；
3)將涂覆料液通過壓力輸送到料液罐2，在壓力的驅(qū)動下料液從待加工支撐管4外表面滲透到內(nèi)表面，使待加工支撐管4的多孔基材和內(nèi)腔都充滿涂覆料液；
4)將料液罐2內(nèi)的壓力完全釋放，待加工支撐管4上端的環(huán)狀卡箍8松開，控制系統(tǒng) 11通過頂端連接件9帶動待加工支撐管4緩慢的垂直上升至待加工支撐管4底端離開料液罐2，同時待加工支撐管4外表面由第一環(huán)狀刮具5刮去多余的涂覆料液，待加工支撐管4 內(nèi)表面由涂覆刮具7刮去多余的涂覆料液得到初始態(tài)管式覆合膜；
5)控制系統(tǒng)11通過頂端連接件9和涂覆裝置連接桿10將涂有初始態(tài)覆合膜的待加工支撐管4水平移動到凝膠浴12上方，通過控制系統(tǒng)11經(jīng)頂端連接件9緩慢向下降直到初始態(tài)管式覆合膜上端完全浸入凝膠浴12 ；同時固定在凝膠浴12上端的第二環(huán)狀刮具13 和支撐管4內(nèi)腔的涂覆刮具7把支撐管多孔基材內(nèi)溢出的料液刮去及涂覆層修復；
6)初始態(tài)管式覆合膜完全浸入凝膠浴12后，通過控制系統(tǒng)11使支撐管連接件9和涂覆裝置連接桿10與初始態(tài)管式覆合膜脫開，經(jīng)溶液相分離充分交換后取出自然晾干制得耐高壓管式支撐覆合膜。所述的待加工支撐管4為由聚四氟乙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯樹脂粉末燒結的管式多孔材料，待加工支撐管的外徑為5 40mm、內(nèi)徑為4 32mm，孔隙率為30 60%，平均孔徑范圍為5 30 μ m。所述高分子樹脂為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或聚醚砜，高分子樹脂的數(shù)均分子量為 5X IO4 1. 0X106。所述的溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一種或兩種。所述的致孔添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、二甘醇、乙二醇或甘油中兩種或三種。所述的親水添加劑為甲基丙烯酸甲酯-單甲醚聚氧化乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚
6物、磺化聚醚砜、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一種。所述的凝膠浴的組成為重量百分比為10 30%的聚乙二醇，重量百分比5 20% 的二甲基乙酰胺和重量百分比50 70%的水。實施例1 將重量百分比15%聚偏氟乙烯樹脂(比利時蘇威公司Solvay Solexis 1015)、65% 二甲基乙酰胺、10%聚乙二醇600、8%聚乙烯吡咯烷酮(河南博愛新開源K-30)和洲聚乙烯醇(可樂麗)加入涂覆液攪拌罐中，在80°C攪拌12小時，過濾、真空脫泡M小時得到涂覆料液。將的支撐管(外徑為20. 0mm、內(nèi)徑為13. 0mm，孔隙率為55. 3%，平均孔徑為 16. 7 μ m，長度為2. 0m)底端放置到料液罐(2)的底部密封卡座(3)上并密封，支撐管的上端用環(huán)狀卡箍(8)固定在料液罐的頂部并密封；并安裝好外表面環(huán)狀刮具(5)和內(nèi)表面柱狀刮具(6、7)。將涂覆料液通過壓力輸送到料液罐，在0. 2MPa壓力的驅(qū)動下料液從支撐管外表面滲透到內(nèi)表面，使支撐管的多孔基材和內(nèi)腔都充滿涂覆料液。將料液罐內(nèi)的壓力完全釋放，支撐管上端的環(huán)狀卡箍松開，通過頂端連接件(9)帶動下支撐管以15. Om/min的速度向上升直到低端離開料液罐，同時固定的外表面的環(huán)狀刮具(直徑為20. Omm)和內(nèi)表面柱狀刮具(固定涂覆頭(6)的直徑為11. Omm和涂覆刮具(7)的直徑為12. 5mm，鋼珠直徑為 3. Omm，其中約2/3鑲嵌于涂覆頭)把兩邊的料液去除得到初始態(tài)管式覆合膜。通過控制系統(tǒng)(11)將初始態(tài)管式覆合膜水平移動到凝膠浴(12)上端，在連接件的帶動下初始態(tài)覆合膜以6. Om/min的速度向下降直到上端完全浸入重量百分比為10%的聚乙二醇，重量百分比 20%的二甲基乙酰胺和重量百分比70%的水組成凝膠浴中，同時固定在凝膠浴上端的外表面的環(huán)狀刮具和內(nèi)表面柱狀刮具把支撐管多孔基材內(nèi)溢出的料液去掉及修復，保證支撐管涂覆層均一性和完整性。初始態(tài)覆合膜完全浸入凝膠浴后與連接件脫開，充分交換后取出自然晾干制得耐高壓管式支撐覆合膜。本體多孔基材涂覆制得的覆合膜，孔隙率為48. 6%， 平均孔徑0. 08 μ m，純水內(nèi)壓通量為1640L/m2 h(0. 2MPa，25°C)。
權利要求
1.一種耐高壓管式支撐覆合膜的制備方法，其特征在于它的步驟如下1)采用涂覆裝置，涂覆裝置包括攪拌罐(1)、料液罐(2)、底部密封卡座(3)、待加工支撐管(4)、第一環(huán)狀刮具(5)、固定涂覆頭(6)、涂覆刮具(7)、環(huán)狀卡箍(8)、支撐管連接件 (9)、涂覆裝置連接桿(10)、控制系統(tǒng)(11)、凝膠浴(12)、第二環(huán)狀刮具(13);攪拌罐(1)出料口與料液罐(2 )進料口相連，料液罐(2 )溢料口與攪拌罐(1)相連，料液罐(2 )底部設有密封卡座(3)，并固定有待加工支撐管(4)，料液罐(2)頂部設有與待加工支撐管(4)上端相配合的環(huán)狀卡箍(8)和第一環(huán)狀刮具(5)，待加工支撐管(4)上端內(nèi)腔設有固定涂覆頭(6)， 固定涂覆頭(6 )下端設有涂覆刮具(7 )，固定涂覆頭(6 )上端設有涂覆裝置連接桿(10 )，涂覆裝置連接桿(10)與控制系統(tǒng)(11)相連，待加工支撐管(4)頂部設有支撐管連接件(9)，支撐管連接件(9)與控制系統(tǒng)(11)相連，料液罐(2)旁設有凝膠浴(12)，凝膠浴(12)頂部設有與待加工支撐管(4)上端相配合的第二環(huán)狀刮具(13);2)將重量百分比為12 20%高分子樹脂、重量百分比為56 70%溶劑、重量百分比為10 18%致孔添加劑和重量百分比為2 6%親水添加劑加入攪拌罐(1)中，在60 80°C攪拌12 16小時，過濾、真空脫泡12 36小時得到涂覆料液；3)將涂覆料液通過壓力輸送到料液罐(2)，在壓力的驅(qū)動下料液從待加工支撐管(4) 外表面滲透到內(nèi)表面，使待加工支撐管(4)的多孔基材和內(nèi)腔都充滿涂覆料液；4)將料液罐(2)內(nèi)的壓力完全釋放，待加工支撐管(4)上端的環(huán)狀卡箍(8)松開，控制系統(tǒng)(11)通過頂端連接件(9)帶動待加工支撐管(4)緩慢的垂直上升至待加工支撐管(4) 底端離開料液罐(2)，同時待加工支撐管(4)外表面由第一環(huán)狀刮具(5)刮去多余的涂覆料液，待加工支撐管(4)內(nèi)表面由涂覆刮具(7)刮去多余的涂覆料液得到初始態(tài)管式覆合膜；5)控制系統(tǒng)(11)通過頂端連接件(9)和涂覆裝置連接桿(10)將涂有初始態(tài)覆合膜的待加工支撐管(4)水平移動到凝膠浴(12)上方，通過控制系統(tǒng)(11)經(jīng)頂端連接件(9)緩慢向下降直到初始態(tài)管式覆合膜上端完全浸入凝膠浴(12);同時固定在凝膠浴(12)上端的第二環(huán)狀刮具(13)和待加工支撐管(4)內(nèi)腔的涂覆刮具(7)把支撐管多孔基材內(nèi)溢出的料液刮去及修復涂覆層；6)初始態(tài)管式覆合膜完全浸入凝膠浴(12)后，通過控制系統(tǒng)(11)使支撐管連接件(9 ) 和涂覆裝置連接桿(10)與初始態(tài)管式覆合膜脫開，經(jīng)溶液相分離充分交換后取出自然晾干制備得到耐高壓管式支撐覆合膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜制備方法，其特征在于所述的待加工支撐管(4)為由聚四氟乙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯樹脂粉末燒結的管式多孔材料，待加工支撐管的外徑為5 40mm、內(nèi)徑為4 32mm，孔隙率為30 60%，平均孔徑范圍為5 30 μ m0
3.根據(jù)權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜制備方法，其特征在于所述高分子樹脂為聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或聚醚砜，高分子樹脂的數(shù)均分子量為5X IO4 1. OXlO6O
4.根據(jù)權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜制備方法，其特征在于所述的溶劑為二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一種或兩種。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜制備方法，其特征在于所述的致孔添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、二甘醇、乙二醇或甘油中兩種或三種。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜制備方法，其特征在于所述的親水添加劑為甲基丙烯酸甲酯-單甲醚聚氧化乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物、磺化聚醚砜、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、聚乙烯醇中的一種。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜制備方法，其特征在于所述的凝膠浴的組成為重量百分比為10 30%的聚乙二醇，重量百分比5 20%的二甲基乙酰胺和重量百分比50 70%的水。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種耐高壓管式支撐覆合膜制備方法，其特征在于所述的耐高壓管式支撐覆合膜的內(nèi)壓運行壓力為0. 15 0. 5MPa，破裂壓力為0. 5 2MPa，特別反洗壓力為0. 1 0. 4MPa，孔隙率為30-50%，平均孔徑0. 01 0. 4 μ m，在0. 2MPa，25°C條件下的純水內(nèi)壓通量為500 3000L/m2_h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐高壓管式支撐覆合膜的制備方法。包括下列步驟1.高分子樹脂、溶劑、親水添加劑和致孔添加劑加熱攪拌制備成涂覆料液；2.通過壓力把涂覆料液輸送到裝有支撐管的料液罐；3.涂覆料液在壓力驅(qū)動下從支撐管外表面滲透到內(nèi)表面，使支撐管的多孔基材內(nèi)完全充滿料液；4.把浸潤涂覆料液的支撐管垂直移出料液罐同時經(jīng)刮具去掉內(nèi)外表面的料液得到初始態(tài)管式覆合膜；5.初始態(tài)管式覆合膜再次通過刮具去掉多余料液及修復后浸入凝膠浴相分離，晾干得到管式支撐覆合膜。本發(fā)明通過本體多孔基材涂覆制得的覆合膜也具備耐高壓和高機械強度特性，還具有大通量、高截留率、強抗污染、耐磨損和多孔結構及孔徑可控等特性。
文檔編號B01D69/04GK102343218SQ201110280830
公開日2012年2月8日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權日2011年9月21日
發(fā)明者尤健明, 徐又一, 計根良, 阮文祥 申請人:杭州潔弗膜技術有限公司