一种共混膜的制备方法

本发明涉及一种分离膜的制备方法，具体为一种无机粒子纳米纤维毡/聚合物共 混膜的制备方法，属于分离膜制造领域。

膜分离技术是适应当代新产业发展的一项高技术，被公认为20世纪末至21世纪中 期最有发展前途的高技术之一。 膜分离是利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄 膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集。分离膜开始在水资源、食品、 医药、环保、化工等领域得到广泛应用。

在膜分离过程中应用较多的是非对称膜。有机高分子非对称分离膜分为非对称膜 (Asymmetric membrane)和复合膜(Composite membrane)两类。复合膜（见图1）一般以无纺 布为底基，表面为1-3层聚合物层；若聚合物为1层，一般是采用L-S沉浸凝胶相转化法制成 的微孔滤膜；若聚合物为2-3层，则是第2层一般是在微孔滤膜表面覆盖的超薄致密皮层，起 分离作用，第3层往往是用来保护致密皮层的。其中无纺布起到支撑作用，最外层的聚合物 起到筛分作用。目前，成品复合膜（超滤膜、反渗透膜）中无纺布厚度约120μm-180μm，聚合物 微孔膜厚度为40μm-80μm，微孔膜孔径约为15nm-100nm左右。为保证复合膜强度和分离性 能，要求无纺布质量分布均匀，表面光滑、坚硬，无松散纤维。一般选择50g/m2～145g/m2聚酯 无纺布作为复合膜基材。

目前，复合膜生产和使用过程中存在的问题：1）涂膜用无纺布要求结构致密且具 有一定的机械强，但现有的纤维较粗，造成表面不平整且纤维间孔大，因此现有无纺布一般 较厚，生产过程中溶剂等消耗量大，污水排放量大；膜组件大而重，产品成本较高。2）由于纤 维粗、柔性差，少数纤维甚至刺破1-3聚合物膜层造成漏点，带来膜分离性能的下降或完全 丧失。3）纤维间网孔较大，造成表面不平整，也需要较厚的聚合物膜层才能完全弥合；4）由 于使用时会发生无纺布和聚合物层剥离现象，因此无纺布基复合膜不可反冲洗。

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无机粒子纳米纤维毡/聚合物共 混膜（见图2）。本发明所述的技术方案是，设计一种新型分离膜制造工艺，该工艺包括制备 涂敷用静电纺纤维毡，然后在静电纺纤维毡上涂敷聚合物铸膜液，采用相转化法得到共混 膜。

静电纺纳米纤维极细且柔软，形成的纤维毡极薄，可通过调节纤维铺设时间或者 采用多层复合压制的方式，使网孔可以达到近纳米或微米级，且形成光滑的表面。与现有技 术相比，本发明生产工艺简单先进，产品具有如下优点：1）静电纺物料和涂敷用聚合物用量 大幅减少。2）聚合物铸膜液可以浸透纤维毡，经相转化法形成材质更均匀的纳米纤维/聚合 物共混膜，而不是叠层的复合膜，因此可以用反冲洗法去除污染物，使用更为方便。3）纳米 纤维分布更均匀且网孔纳米或微米级，对聚合物层的支撑作用更强，共混膜的强度极高。4） 极细且柔软的纳米纤维不会刺破聚合物层产生漏点。5）纳米无机粒子起到增强的作用。5） 共混膜表面极为光滑，不易粘附污染物。

图1为传统复合膜的结构示意图。图1中：1.无纺布层；2.聚合物层。

图2 为纳米纤维/聚合物共混膜的结构示意图。

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步说明：

本发明设计一种新型纺丝工艺，该工艺以掺混无机粒子的静电纺纳米纤维毡为基膜， 在其表面涂敷聚合物铸膜液，采用非溶剂相转化法制备纳米纤维/聚合物共混膜。具体工艺 包括：

1.配制掺混纳米无机粒子的纺丝溶液采用静电纺技术制备纳米纤维毡，调节纺丝和压 制工艺，使纳米纤维毡的厚度、密度和表面光洁度达到涂敷工艺和分离膜使用的要求；

2.配制聚合物铸膜液，静置脱泡；

3.在纳米粒子掺混纳米纤维毡表面涂敷聚合物铸膜液，静电纺纤维毡浸透聚合物铸膜 液,浸泡入凝固浴中发生相转化成为共混膜。

所述纳米纤维毡是采用掺杂纳米无机粒子的纺丝液用静电纺的方法纺制的。静电 纺丝过程中所述无机粒子是指二氧化钛、二氧化硅、碳化硅、石墨烯、碳纳米管等中的一种 或者几种。

所述成膜聚合物为聚醚砜（PES）、磺化聚醚砜（SPES）、聚偏氟乙烯、聚醋酸纤维素 等中的一种或者两种。

与本发明方法配套使用的设备，如共混膜制备装置可以采用现有复合膜涂敷装 置，或者只需根据本发明方法要求做适应性改装即可，本领域普通技术人员不经创造性劳 动即可容易完成。本发明方法可供分离膜生产厂进行规模化生产使用。本发明未述及之处 适用于现有技术。

下面给出本发明方法的具体实施例，但本发明方法权利要求不受具体实施例的限 制：

实施例1

1. 配制掺混纳米二氧化钛的纺丝溶液采用静电纺技术制备纳米纤维毡，调节纺丝和 压制工艺，使纳米纤维毡的厚度、密度和表面光洁度达到涂敷工艺和分离膜使用的要求；

2.配制聚醚砜铸膜液，静置脱泡；

3.在纳米二氧化钛掺混纳米纤维毡表面涂敷聚醚砜铸膜液，浸泡入凝固浴中发生相转 化成膜。得到纳米二氧化钛静电纺纤维/聚醚砜共混膜。

实施例2

100根串珠纤维加强聚醚砜中空纤维纳滤膜：

1. 配制聚砜和聚醚砜共混铸膜液，静置脱泡；

2.将石墨烯、助剂、聚偏氟乙烯等与溶剂配制成静电纺丝溶液；

3.设定静电纺丝条件，包括：静电压为50kV、纺丝速度为50m/s等，开启静电纺设备，采 用空气纺技术，纺制串珠纤维；静电纺装置的出料针头为100个；

4.开启中空纤维纺丝机，在一定温度和压力下，使铸膜液通过喷丝板和和静电纺丝针 尖，与静电纺喷出的聚合物溶液同时进入凝固浴中发生相转化成膜。静电纺丝的串珠纤维 被包埋在纤维中，得到100根串珠纤维加强的中空纤维纳滤膜。

实施例3

6根纤维束加强聚醚砜中空纤维纳滤膜：

5. 配制聚砜和聚醚砜共混铸膜液，静置脱泡；

6.将二氧化钛、助剂、聚酰胺等与溶剂配制成静电纺丝溶液；

7.设定静电纺丝条件，包括：静电压为20kV、纺丝速度为100m/s等，开启静电纺设备，采 用定量控制技术，纺制纤维束加强中空纤维纳滤膜；静电纺装置的出料针头为6个；

8.开启中空纤维纺丝机，在一定温度和压力下，使铸膜液通过喷丝板和和静电纺丝针 尖，与静电纺喷出的聚合物溶液同时进入凝固浴中发生相转化成膜。静电纺丝的串珠纤维 被包埋在纤维中，得到6根纤维束加强的中空纤维纳滤膜。

上述每个实施例仅为本发明的可能之一，并不代表本发明的全部，中空纤维铸膜 液和静电纺丝溶液的成分、比例可以在合适的范围内变动。中空纤维纺丝机和静电纺装置 的工艺参数也可根据实际需要来调节，并不限定于例中所述。