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《熔融紡絲制備中空纖維膜研究進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第6期高分子通報(bào)1綜述熔融紡絲制備中空纖維膜研究進(jìn)展*胡曉宇,肖長(zhǎng)發(fā)(天津工業(yè)大學(xué)中空纖維膜材料與膜過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300160)摘要:中空纖維膜作為一種重要的分離膜材料,其制備方法一直以來是膜技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。相對(duì)于溶液法紡絲制膜方法而言,熔融紡絲法具有使用溶劑量少、環(huán)境友好、所得中空纖維膜力學(xué)性能較優(yōu)等特點(diǎn),已成為目前中空纖維膜制備的重要技術(shù)之一。本文根據(jù)工藝將熔融紡絲制膜方法區(qū)分為熔融紡絲拉伸法和熱致相分離法,分別就這兩種方法中空纖維膜的制備技術(shù)及致孔機(jī)理進(jìn)行介紹,并對(duì)二者的研究歷史及現(xiàn)狀進(jìn)行了論述,最后,還指
2、出了熔融紡絲制備中空纖維膜研究領(lǐng)域有待解決的問題。關(guān)鍵詞:熔融紡絲;熔融紡絲拉伸法;熱致相分離法;中空纖維膜;進(jìn)展中空纖維膜是分離膜領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,與平板膜等其它形式的分離膜相比較,具有無需支撐體、[1]組件填充密度高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于氣體及液體混合物的分離。典型的中空纖維[2]膜制備方法有溶液紡絲法(如溶液相轉(zhuǎn)化法)和熔融紡絲法。溶液法制備中空纖維膜需使用大量溶劑(約占成膜體系的80%左右),所得纖維膜的力學(xué)性能較差,還需要對(duì)溶劑體系進(jìn)行回收、分離及循環(huán)使用,很容易造成環(huán)境污染并惡化勞動(dòng)條件,所以發(fā)展受到限制。熔融紡絲制膜方法可有
3、效改善上述溶液法紡絲制膜的不足,已經(jīng)引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。常用的熔融紡絲制膜方法主要包括熔融紡絲拉伸[3,4][5]法及熱致相分離法。1熔融紡絲拉伸法11工藝過程及致孔機(jī)理所謂熔融紡絲拉伸法(Meltspinningcoldstretching,MSCS)是指將聚合物在高應(yīng)力下熔融擠出,在后拉伸過程中,使聚合物材料垂直于擠出方向平行排列的片晶結(jié)構(gòu)被拉開形成微孔,然后通過熱定型工藝[6,7]使孔結(jié)構(gòu)得以固定。MSCS法制備中空纖維膜孔結(jié)構(gòu)的形成與硬彈性材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。[8]通常MSCS法制備中空纖維膜的工藝流程如圖1所示。形成的纖維膜
4、具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)特征。[9]就其致孔機(jī)理而言,Quynn在研究中發(fā)現(xiàn),硬彈性材料在拉伸時(shí),垂直于拉伸方向的截面積基本不變,而表觀體積則按比例增大,密度減小,這與橡膠的拉伸是不同的。對(duì)于橡膠類材料而言,在拉伸過程中通常是體積與密度基本不變而垂直于拉伸方向的截面積減小。產(chǎn)生這種差異的原因就在于硬彈性材料在拉伸過程中形成了大量的微孔結(jié)構(gòu),而其微孔的尺寸則與拉伸程度密切相關(guān)?；痦?xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2006CB708602),教育部博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)基金項(xiàng)目(20040058002);作者簡(jiǎn)介:胡曉宇(1981-),男,博士在讀,從事中空
5、纖維膜材料研究;*通信聯(lián)系人,Email:cfxiao@tjpu.edu.cn.2高分子通報(bào)2008年6月圖1MSCS法制備中空纖維膜流程圖Figure1FlowdiagramofpreparinghollowfibermembranebyMSCS圖2MSCS法所得中空纖維膜表面形貌[8](箭頭所示為拉伸方向)Figure2SurfacemorphologyofhollowfibermembranepreparedbyMSCS(thearrowreferstothestretchingdirection)12研究進(jìn)展[10,1
6、1]1977年,日本三菱人造絲公司首次將MSCS法用于中空纖維微孔膜的制備,并將所得聚丙烯中[12,13]空纖維膜用于人工肺、膜蒸餾及水處理等方面,近年來這方面的國外專利還不斷涌現(xiàn)。國內(nèi),史觀一[14]等對(duì)聚丙烯制備中空纖維微孔膜進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)聚丙烯在拉伸過程中可轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的晶[15]結(jié)構(gòu),且在轉(zhuǎn)變過程中會(huì)因結(jié)晶度增加導(dǎo)致密度增大、體積收縮、從而形成微孔結(jié)構(gòu),王衛(wèi)平等認(rèn)為在[16]拉伸過程中微孔結(jié)構(gòu)的形成還與球晶的破裂及原纖化有關(guān)。徐又一等利用聚丙烯具有在應(yīng)力場(chǎng)作用下形成垂直于纖維軸且平行排列的片晶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),通過拉伸工藝使該片晶結(jié)構(gòu)發(fā)生分離
7、得到聚丙烯[17]中空纖維微孔膜,他們還采用MSCS法制備了微孔聚乙烯中空纖維膜。[18]林剛采用數(shù)值模擬的方法對(duì)MSCS法微孔聚烯烴中空纖維膜原纖熔融紡絲成形過程進(jìn)行了分析,[19]所得結(jié)果對(duì)于剖析原纖紡絲制膜過程及尋找最佳紡絲制膜條件具有指導(dǎo)意義。Kim等對(duì)MSCS法所得微孔聚丙烯中空纖維膜的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了表征及研究,結(jié)果表明,熔體拉伸比、紡絲溫度及熱處理溫[8]度為纖維膜結(jié)構(gòu)的主要影響因素。胡繼文等就紡絲工藝對(duì)MSCS法微孔聚丙烯中空纖維膜微孔結(jié)構(gòu)影響的研究表明,紡絲溫度下降、熔體拉伸比的提高以及熔融紡絲過程中冷卻風(fēng)速的提高均可使纖維膜最大孔徑及孔隙率
8、增加。[20]此外,MSCS法制備中空
