聚氯乙烯中空纤维膜的研制_王军

文章编号:1007-8924(2002)04-0007-06聚氯乙烯中空纤维膜的研制王军奚旦立徐大同邵丹(东华大学环境工程系,上海200051)摘要:以聚氯乙烯(PVC)为原料,N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)作溶剂,研究PVC/NMP体系的粘度与溶解温度和PVC含量的关系.定性分析了纺丝细流中的溶剂扩散与中空纤维膜结构之间的关系.同时,通过纺丝动力学原理,讨论了纺丝工艺参数对膜性能的影响.文中描述的聚氯乙烯中空纤维膜的最大透水率为80mL/(cm2·h),截留率85%～95%(截留牛血青蛋白分子量为67000).关键词:聚氯乙烯;中空纤维膜;纺丝细流;纺丝动力学中图分类号:TQ028.8;TQ325.8文献标识码:A聚氯乙烯具有良好的化学稳定性和机械性能,将聚氯乙烯均聚物溶解在适当的溶剂中所制得的涂层,能经受酸、碱、盐水、油类、酯类、食品、腐蚀性气体和大气的老化[1,2].另外,聚氯乙烯成膜性能也较好,且价廉易得,因此,在制膜材料中脱颖而出,引起了人们的普遍关注.日本学者Hirose[3,4]曾经对PVC/DMF(二甲基甲酰胺)体系通过相转化法形成聚氯乙烯平板微滤膜的过程进行了研究,他们的研究表明,聚氯乙烯微滤膜的结构主要由聚合物溶液的流动性控制的,与其它铸膜条件,如蒸发时间、相对湿度等没有太大的关系.高以、武冠英等[5～8]研究了聚氯乙烯膜铸膜液结构,即铸膜液中聚氯乙烯含量及其分子量、铸膜液中添加剂种类及其含量等,对聚氯乙烯超滤膜性能的影响,同时对聚氯乙烯超滤膜的干化处理及其稳定性进行了研究.目前,文献上报道的聚氯乙烯膜的研究仅限于平板膜,对于聚氯乙烯中空纤维膜,文献上未见报道.众所周知,中空纤维膜单位体积的膜表面填充量远远大于平板膜,且中空纤维膜强度大,能自支撑,而平板膜一般需要支撑物件.因此在前人研究聚氯乙烯平板膜的基础上,来研制聚氯乙烯中空纤维膜,具有一定的理论意义和现实意义.1实验部分1.1原料、药品及仪器聚氯乙烯(MW=30×103～60×103),上海天原化工厂.1-甲基-2吡咯烷酮,CP级.JSM-35C型扫描电子显微镜,7520分光光度计,NDJ-1型旋转粘度计.1.2膜的制作1.2.1纺丝液的配制将聚氯乙烯粉末和溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮按一定比例均匀混合,然后在设定的温度下搅拌至溶液中无气泡时为止,将溶液静置待用.1.2.2粘度测定用旋转粘度计测定不同聚氯乙烯含量及不同温度下聚氯乙烯溶液的粘度.1.2.3聚氯乙烯中空纤维膜的制备将纺丝液过滤、脱泡后,放入储料桶中.高压N2作为压力源(0.3～4MPa),将经过计量后的聚氯乙烯溶液从喷丝头挤出,同时芯液在高位槽压力下通过转子流量计从喷丝头的中心空穴进入中空纤维的空腔作为支撑物和内凝固介质.聚氯乙烯纺丝细流离开喷丝头后,经过喷丝头和凝固浴槽之间的空气间隙,进入凝胶浴槽,在凝胶浴槽中充分凝固成形后,再漂洗、干化处理,最后测试膜的性能.收稿日期:2001-07-04;修改稿收到日期:2001-10-19作者简介:王军(1970-),女,四川省犍为县人,博士,电话:021-62373614.第22卷第4期膜科学与技术Vo1.22No.42002年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2002DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2002.04.0021.3膜性能的测试1.3.1膜透水率的测定将中空纤维膜安装在自制的中空纤维膜组件上,用真空泵使中空纤维空腔保持一大气压的真空度,常温下的纯蒸馏水在大气压的作用下,从膜外进入膜的空腔被吸出,记录透过一定膜面积的单位体积水量所需要的时间.中空纤维膜透水率的计算式为:透水率=单位体积水量膜面积×时间,mL/(cm2·h)或L/(m3·h)(1)1.3.2截留率的测定采用的标准溶液为牛血清白蛋白溶液,其分子量为67000,质量分数0.1%.与膜的透水率的测定一样,仍然使用真空泵.使中空纤维膜的空腔保持一大气压的真空度,牛血清白蛋白溶液在大气压的作用下,从膜外进入膜的空腔.通过测定原液和滤液的吸光度来确定膜的截留率.中空纤维膜的截留率计算公式为:R=(1-A1A2)×100%(2)式中,A1,A2分别为滤液和原液的吸光度.1.3.3孔隙率的测定采用文献[9]的方法.即先精确测得聚氯乙烯中空纤维膜的表观密度ρm,再与其真密度相比较.聚氯乙烯中空纤维膜的真密度就是聚氯乙烯的密度ρPVC.聚氯乙烯中空纤维膜的孔隙率由下式计算:f=(1-ρmρPVC)×100%(3)2结果与讨论2.1聚氯乙烯溶液的粘度聚合物溶液的粘度,在纺丝工艺中是一个重要的工艺参数,粘度太大或太小,都会导致纺丝细流的不稳定,从而影响中空纤维膜的性能.因此在纺丝之前,对聚合物溶液体系的粘度充分的了解是非常必要的