聚醚砜中空纤维膜的制备
聚醚砜中空纤维超滤膜的研制
本实验采用干喷湿纺法纺制聚醚砜 中空纤维超滤膜 ，喷丝板形状为单 孔双环套 管型 ， 板 中部 有填充 液通入 以使纤 维有效形成 中空 ， 并在一定程度上可调节 中空纤维膜 的形态结构和聚集态结构 ］ 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ９—１ ２
聚醚砜 （ Ｐ Ｅ Ｓ ） ： 分子量 ３ ０ ０ ０ Ｐ ， 美 国苏威 （ 上海 ） 有 限公 司 ； 聚乙二醇 一 ４ ０ ０ （ Ｐ Ｅ Ｇ一 ４ ０ ０ ） ： 美 国陶氏化学公 司 ； 聚 乙烯 比咯烷酮 （ Ｐ Ｖ Ｐ ） ： Ｋ ｇ Ｏ ， 张家港科悦精 细化工 有限公 司 ； 二 甲基 乙酰胺 （ Ｄ Ｍ Ａ Ｃ ） ： 美 国杜 邦 中国集 团有 限公 司 ：
无水乙醇 ： Ａ Ｒ， 天津市红岩化学试剂厂 ； ９ ５ ％ 乙醇 ： Ａ Ｒ， 天津 市永大化 学试剂有 限公 司。中空纤 维膜纺 丝机 １ 套：
自行 设计制造 ； 电子单纱强力机 １台 ： 常州市第 一纺织 设备有 限公 司； 水 通量检 测仪 １台 ： 自行设 计制造 ； 泡点检 测仪 １台 ： 自行设 计制造 ； Ｎ Ｄ Ｊ 一 １型旋 转粘度计 １台 ： 上海精纯仪 器设备有 限公 司 ； 数显恒 温水浴锅 ： 上海苏达 实 验仪 器有限公司 ； 恒温干燥箱 ： 上海一恒科技有限公司 。
因素对成膜性 能的影响规律 ， 分析并确定 了制备 Ｐ Ｅ Ｓ中空纤维超 滤膜 的 最佳 实验 条件 为： 喷 丝头距 离水 面的高度
２ ０ ｃ ｍ， 凝 固浴 温 度 ３ １ ８ Ｋ一 ３ ２ ８ Ｋ， Ｐ Ｅ Ｓ浓 度 为 １ ８ ％。
关键词 ： 聚醚砜 ； 超 滤膜 ； 中空纤维膜 ； 水处理技 术 ； 膜分 离技术
高强度_亲水性聚醚砜中空纤维超滤膜的制备技术
( School of Chem ical Engineering and Energ y, Zheng zhou U niversit y, Zhengzho u 450001) Abstract
M embrane bior eacto r ( M BR) is o ne of the po pular topics in the research o f w aste water disposal at pres
基金项目 : 国家自然科学基金 ( 20676125) ; 国家 863 计划 ( 2008A A 062330) , 科技部科技人员服务企业项目 ( 2009G JD 00048) 作者简介 : 党敬川 ( 1982- ) , 男 , 硕士研究生 , 研究方向 : 膜分离技术。 联 系 人 : 张浩勤。
法纺制了三孔集束中空纤维膜 , 并进行了表征 。 在强力搅拌下 , 将一定比例的 PES 、 溶剂和各 种添加 剂加 入容器内 , 在 40 ! 下 溶胀 , 然 后升 温至 70 ! 继续 搅拌 至溶 解 为均一、 稳定、 透明的溶液 , 再经过 滤、 脱 泡和∀ 熟化# 制得 纺丝 原液 , 采用纺丝机进行纺丝。喷丝 板形状为三 孔集束 喷丝头 , 中间通入三股芯液 , 共 同挤出 , 形 成初生 态中 空纤 维膜 , 经 过 一定的干纺程后 , 在一定 温度 的凝 固浴中 发生 相转化 形成 中 空纤维膜 , 然后由 导丝 轮收集 起来 , 进行 清洗 和保 孔处 理 , 再 取出晾干 , 做成膜组件进行表征。纺丝示意图如图 1 所示。 水通量可以在一定 程度 上表征 膜孔 的大 小和 孔隙 率 , 而 截留率则可 以 判断 超 滤膜 的 截 留分 子 量。首 先 使 膜在 0. 2 M Pa 下 预 压 30min, 然 后 在 0. 1M Pa 下 , 将 蒸 馏 水 或 者 300mg/ L 的聚乙二醇 ( PEG, 分子 量为 10KD、 20K D) 溶液用 泵 送入系 统 中 , 测 定 膜 的 纯 水 通 量 在 15 ~ 100 L/ ( m 2 到 90% 以上。 中空纤维膜 破裂 压力 是 中空 纤维 膜 性 能的 一 个重 要 指 标 , 它与外压中空 纤维 膜应 用的最 大反 洗压 力直 接相 关。向 膜组件中的中空纤 维膜通 入氮 气 , 测定单 根膜 所能承 受的 最 高压力可达 0 5~ 1 0M Pa, 即为膜的爆破压力 , 在万能电 子试 验机上对中空纤 维膜 进行 拉伸 强度 测试 , 可 达 10M Pa 以上 , 膜的扫描电镜断面图如图 2 所示。 h 0 1M P a) , 改变 纺丝液的组成 , 膜对 PEG10K 、 20K 的截留率达
中空纤维膜生产工艺
中空纤维膜生产工艺一、介绍中空纤维膜是一种具有特殊结构的膜材料，广泛应用于水处理、气体分离、生物医药等领域。
中空纤维膜具有高通量、高分离效率、稳定性好等优点，因此在工业中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍中空纤维膜的生产工艺。
二、原材料准备中空纤维膜的制备需要以下原材料： 1. 聚合物材料：如聚酰胺、聚醚砜等，用于制备中空纤维的支撑层。
2. 溶剂：如N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基亚砜（DMSO）等，用于溶解聚合物材料。
3. 添加剂：如增塑剂、稳定剂等，用于改善聚合物材料的性能。
三、中空纤维膜生产工艺步骤3.1 支撑层制备1.将聚合物材料加入溶剂中，并添加适量的添加剂，通过搅拌使其均匀混合。
2.将混合物通过挤出机挤出，形成中空纤维膜的支撑层。
3.将挤出的支撑层进行拉伸，使其具有一定的拉伸性能和孔隙结构。
3.2 中空纤维层制备1.将聚合物材料加入溶剂中，并添加适量的添加剂，通过搅拌使其均匀混合。
2.将混合物通过挤出机挤出，形成中空纤维膜的中空纤维层。
3.将挤出的中空纤维层进行拉伸，使其具有一定的拉伸性能和孔隙结构。
3.3 中空纤维膜组装1.将支撑层和中空纤维层进行组装，形成中空纤维膜。
2.通过热压或化学交联等方法，将支撑层和中空纤维层进行固定。
3.4 中空纤维膜后处理1.对中空纤维膜进行清洗，去除其中的残留物。
2.进行干燥处理，使中空纤维膜达到一定的干燥程度。
3.对中空纤维膜进行表面修饰，提高其分离性能和稳定性。
四、中空纤维膜生产工艺优化为了提高中空纤维膜的性能和降低生产成本，可以进行以下优化措施： 1. 优化原材料配比，选择合适的聚合物材料和添加剂，以提高中空纤维膜的分离性能和稳定性。
2. 优化挤出工艺参数，如挤出温度、挤出速度等，以控制中空纤维膜的孔隙结构和形态。
3. 优化中空纤维膜的后处理工艺，如清洗、干燥和修饰等，以提高中空纤维膜的性能。
五、中空纤维膜应用前景中空纤维膜作为一种重要的膜材料，在水处理、气体分离、生物医药等领域具有广阔的应用前景。
聚醚砜中空纤维膜的制备及其性能
聚合 物分 离膜 的结 构 和性能 主要 取决 于成 膜方
聚合 物膜 的形 态结 构和 化学 成分 对膜 的性 能起
着决 定性 的作 用 。聚 醚砜 中空纤 维膜 由于其 良好 的 力 学性 能 、 稳定 性 、 酸 碱 和 抗 细 菌 性 ， 热 耐 因而得 到 广泛 应用 。聚醚砜 中空纤 维膜 通常 由浸渍 沉 淀
国药 集 团化学 试 剂 有 限公 司 ； 醚砜 （ Ｅ ） 聚 Ｐ Ｓ ，购 于 上 海 盛宇 贸易 有 限公 司。
露， 真空 镀金 后用 扫 描 电镜 观察 。
１４ ２ 纯 水 通 量 ．．
取１ ０根 长度 为３ ｍ的 空纤 维 膜 ， 中 空 纤 维 ０ｃ 将 膜 的两端 并在 一起 ， 胶带 固定 ， 口用 真空 硅脂 封 用 端 住 ， 入模 具 中静 置 若 干 分 钟 。模 具 中倒 入 配好 的 放 Ｐ ｕ灌 封胶 （ Ａ组 分 与 Ｂ组 分 比例 为 １ １ 制 ） 按 ：配 ， 静 置 固定２ ， 多余 的环 氧胶 切 去 ， 到与 管 口平 ４ｈ 将 直
特 殊 的喷丝 板挤 出 ， 生 纤 维 进入 凝 固浴 与 非 溶 剂 初 进 行物 质交 换 ， 最后形 成 膜 。
相 转化 法制 备 ， 以采 用 许 多 成膜 方 法 来 调 节 膜 结 可
构， 本文 选用 浸 渍 沉 淀相 转 化 法 。通 过 改 变 聚 醚 砜 溶 液浓 度 、 空气 浴 时 问和 凝 固浴 温度 等来 控 制 膜 的
・ １・ ２
后， 用刀 片 沿纤维 长 度方 向斜 切 ， 内外 表 面 同时暴 使
１ 实 验 部 分
１ １ 材 料 ． Ｎ， － 甲基 乙酰 胺 （ Ｍ ｃ 、 乙 烯 吡 咯 烷 酮 Ｎ二 Ｄ Ａ ）聚 ｋ０ Ｐ Ｐ ｋ ０ 、 乙 烯 吡 咯 烷 酮 ｋ ０ （ Ｖ —３ 、 ９ （ Ｖ —９ ） 聚 ３ Ｐ Ｐ ｋ０） 正丁 醇 、 乙二 醇 ４ ０ 丙 三 醇 ，皆为 分 析 纯 ，购 于 聚 ０、
聚醚砜（PES）中空纤维血液透析膜的制备与表征
聚醚砜（PES）中空纤维血液透析膜的制备与表征摘要：本文介绍了聚醚砜（PES）中空纤维血液透析膜的制备与表征。
PES中空纤维透析膜具有优良的透析性能和生物相容性，是目前广泛应用于血液透析领域的材料之一。
文章首先介绍了PES中空纤维透析膜的制备过程，包括材料选择、纺丝工艺、交联处理等环节。
其中，纺丝工艺是关键的制备环节，涉及纺丝机的选择、电场强度、喷嘴孔径等参数的控制。
交联处理可以提高透析膜的稳定性和抗污染能力。
接着，文章介绍了PES中空纤维透析膜的表征方法，包括孔径和孔隙率测定、水通量和蛋白质清除率测定、透析膜结构表征、生物相容性测定等。
这些表征方法可以全面评估透析膜的性能和应用价值。
最后，文章总结了PES中空纤维透析膜的优点和不足，指出今后的研究需要进一步探究其制备工艺和性能优化，为其在临床应用中发挥更大的作用提供支持。
总体而言，本文系统地介绍了PES中空纤维透析膜的制备与表征，为读者深入了解该材料提供了参考。
该材料在血液透析领域的应用已经得到了广泛认可，未来还有更多的发展空间。
关键词：聚醚砜；PES；中空纤维；血液透析膜引言：血液透析是一种常见的治疗方法，它通过人工方式清除血液中毒素和废物[1]。
透析膜作为血液透析中最重要的组成部分之一，对透析治疗的效果具有至关重要的作用。
然而，传统的透析膜材料存在一些问题，例如选择性不够、生物相容性差等，这限制了透析膜在临床上的应用。
近年来，PES中空纤维透析膜因其优良的透析性能和良好的生物相容性而受到了广泛的关注。
相比于传统的透析膜材料，PES中空纤维透析膜具有许多优点[2]。
首先，它具有较高的选择性，可以有效地清除血液中的废物和毒素，同时保留体内所需的营养物质。
其次，PES材料的生物相容性好，不会引起免疫反应和炎症反应，不会对身体造成负担。
此外，PES中空纤维透析膜的制备过程较为简单，成本相对较低，适合规模化生产和应用。
本文将介绍PES中空纤维血液透析膜的制备与表征。
中空纤维超滤膜的制备
中空纤维超滤膜的制备一、材料准备1.聚酰胺或聚醚砜等高分子材料：这些材料具有良好的耐化学腐蚀性能和机械强度，是制备中空纤维膜的关键材料。
2.溶剂：溶剂的选择要根据高分子材料的特性来确定，常用的溶剂包括二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等。
3.助剂：助剂的作用是提高膜的抗污染性能和稳定性。
通常会添加一定比例的改性剂和粘合剂。
二、制备过程1.原料准备：将高分子材料切割成适当尺寸的颗粒，然后通过熔融或溶液法制备成薄膜片。
2.溶液配制：将溶剂和助剂按一定比例混合，并充分搅拌均匀，使之成为一种均匀的溶液。
3.中空纤维制备：将溶液注入中空纤维制备设备中，通过旋转、吹扩等工艺将溶液成型成中空纤维，然后通过固化、强度增强等工艺使其稳定。
4.后处理：对制备好的中空纤维进行后处理，包括洗涤、干燥等步骤，以去除残留的溶剂和助剂，保证膜材料的纯净性和稳定性。
三、应用领域1.工业领域：中空纤维超滤膜可以应用于工业用水、纺织、食品、饮料等工业生产过程中的水处理和浓缩过程。
它可以去除水中的杂质和有机物质，提高水质和产品质量。
2.生活领域：中空纤维超滤膜可以应用于家用净水器、饮水机等设备中，提供安全的饮用水。
它可以去除水中的细菌、颗粒物质和有害物质，保障人们的生活健康。
3.医疗领域：中空纤维超滤膜可以应用于医疗用水、药水生产等领域，去除水中的微生物和有害物质，确保医疗用水的纯净性和安全性。
4.环境领域：中空纤维超滤膜可以应用于污水处理、水资源回收等环境保护领域，去除水中的有机物质和微生物，提高水质的回用率。
总结：中空纤维超滤膜是一种利用超滤技术制备的具有广泛应用价值的膜材料。
其制备过程包括原料准备、溶液配制、中空纤维制备和后处理等步骤。
该膜材料在工业、生活和环境等领域都有着重要的应用，可以提高水质和产品质量，保障人们的生活健康，促进环境保护和可持续发展。
聚醚砜中空纤维膜的制备
公司制。
１．３中空纤维膜的制备
在强力搅拌下，按一定配比将ＤＭＳＯ，ＰＥＳ，
ＰＶＰ和添加剂加入容器中，在一定温度下溶胀，然
后升温至溶解，搅拌至稳定、透明的溶液，经过滤、
脱泡后采用自制纺丝机干喷湿纺。喷丝板形状为
单孔双环套管型，板中部有填充液通人以使纤维
有效形成中空，在一定的纺丝压力条件下，浆液从
１ 实验 １．１原料
ＰＥＳ：德国ＢＡＳＦ公司产；二甲基亚砜（ＤＭ— Ｓ０）：化学纯，江苏南新助剂厂产。聚乙烯基吡咯 烷酮（ＰＶＰ）：ＢＡＳＦ公司产；聚乙二醇（ＰＥＧ）：化学 纯，中国医药（集团）上海化学试剂公司产。 １．２仪器
４００８Ｓ型人工肾透析机，德国费森尤斯公司 制；纺丝机：自行设计制造；ＪＳＭ＿５６００ＬＶ型扫描电 子显微镜：ＪＥＯＬ日本电子株式会社制；ＵＶ— ＶＩｓ７５００型分光光度计：上海天美科学仪器有限
充液压力的增大也意味着填充液流量增大，导致
膜界面处溶剂和凝固剂的浓度差增大，使成膜速
度加快，膜孔隙率和孔径增大，上述两方面的原因
导致了水通量的上升。但填充液压力太大，也会
使未固化的中空纤维的承压能力急剧降低，甚至
使一中空纤维膜的破裂。一般填充液压力为
０．０２０ＭＰａ。
表１填充液压力对ＰＥＳ中空纤维膜性能的影响
４ Ｓｍｏｌｄｅｒ Ｃ Ａ，Ｒｅｕｖｅ璐Ａ Ｊ。Ｂ００ｍ Ｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅｓ ｉｎ
ｐｈａｓｅ—ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍｅｍｂ瑚ｅｓ Ｐａｎ Ｉ．Ｆ０册ａｔｉｏｎ ０ｆ ｍａｃｒＤｖｏｉｄｓ［Ｊ］．Ｊ
Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｃｉ，１９９２，７３（３）：２５９—２７５
５ Ｈａｌ Ｗ００ｄ，ｗａｌｌｇ Ｊ，ｓｏｕｒｉｒａｊａｎ Ｓ．ｒＩ’ｌｌｅ ｅ珏＆ｔ ｏｆ ｐｏｌｙｅｔｈｅ瑙ｕ怕ｎｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒ丑ｉｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｎａｔ ａｎｄ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｅＩ｛ｂ珊ａＩｌｃｅ
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２ ３１７
６ Ｒｅｕｖｅ璐Ａ Ｊ，Ｂｅｒｇ Ｊ Ｗ Ａ Ｖ，Ｓｍｏｌｄｅｒｓ Ｃ Ａ．Ｆｏｒｎｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍ—
ｂ瑚ｅｓ ｂｙ ｍｅ卸ｓ“ｉｍｍｅ璐ｉｏｎ ｐｒｅｃｉｐｉｔｉｏｎ．ｎＩｎ Ｉ．Ａ ｍｏｄｅＩ ｔ０ ｄｅ－
ｓｃｒｉｂｅ ｍ姻ｓ ｔｍｎｓｆｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｉｍｍｅ飓ｉｏ“ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ Ｍｅｍ－ ｂｒａｎｅ Ｓｃｉ，１９８７，３４（１）：４５
７ Ｚ蛐拍ｅ Ｂ呲ｍ锄，Ｖｕｒａｌ Ｇ０ｋｍｎ，Ｈｅｒｒｙ Ｈ．Ｎｉｈｕｉｓ，Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒｅ－
ｍｏｖａｌ ０ｆ ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｓ肌ｄ ｂｒｏｗｎ ｃｏｌｏｕｒ ｉｎ ａｐｐｌｅ ｊｕｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ＰＥＳ／
从图２可知，不同的填充液对ＰＥｓ中空纤维
膜结构的影响非常显著。异丙醇作为填充液时， 膜的结构比较致密，几乎没有明显的指状孔结构， 特别需要指出的是截面外缘呈凹凸不平的齿轮 状，是因为膜表面层固化后，内部尚处于液状，当 内部固化后必然发生收缩，这时因表层早已固化 而不能再收缩，使截面外缘呈齿轮状分布；水作为 填充液时，膜的结构是典型的均匀的指状孔结构； 而以２０％的丙三醇水溶液作为填充液时，膜的结 构基本上是指状孔结构，但指状孔分布不均匀，部 分区域比较致密，而另一些区域的孔隙较大。
ｃ．随着填充液压力的提高，纤维的内、外径 增加，壁厚减小，水通量增大。由于用于血液过滤 的ＰＥｓ中空纤维膜水通量要求适中，一般填充液 压力为０．０２０ｏｆＪ Ａ．Ｒｅｕｖｅ璐Ａ Ｊ，Ｂ００ｍ Ｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｐ托ｐａｍｔｉｏｎ“聃ｙｍ－
ｍｅｔｒｉｃ ｇ鹊∞ｐａｍｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｂｙ ａ ｄｕａｌ—
万方数据
公司制。
１．３中空纤维膜的制备
在强力搅拌下，按一定配比将ＤＭＳＯ，ＰＥＳ，
ＰＶＰ和添加剂加入容器中，在一定温度下溶胀，然
后升温至溶解，搅拌至稳定、透明的溶液，经过滤、
脱泡后采用自制纺丝机干喷湿纺。喷丝板形状为
单孔双环套管型，板中部有填充液通人以使纤维
有效形成中空，在一定的纺丝压力条件下，浆液从
ｂａｔｈ ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｊ Ｍｅｍｂｒ聃ｅ ｓｃｉ，１９９ｌ，７０（１）：１７—
３０
ｍｅｍｂ瑚ｅｓ ２ Ｒｅｕｖｅｒｓ Ａ Ｊ，Ｓｍｏｌｄｅｒｓ Ｃ Ａ．Ｆｏ咖砒ｉ∞ｏｆ
ｂｙ ｍｅａｒＩｓ ｏｆ
ｊｍｍｅｒｓｊ彻ｐｎｅｃｊｐｉｌａ“ｏｎ Ｐａｎ．Ⅱ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｊｓｍ ｏｆ ｆ抽船￡ｉＤｎ ｏｆ
中空纤维膜在纺制过程中聚合物溶液的粘度 要求比较严格。聚合物溶液粘度太低，其成膜强 度太低，可纺性差；粘度太高，纺丝液不容易挤出， 并且易造成堵塞。Ｈａｌ ｗｏｏｄ和Ｊ．ｗａｎｇ曾专门研 究了ＰＥＳ浓度对其平板膜和中空纤维膜性能的 影响＂１。他们认为，存在一临界浓度，超过该浓 度，聚合物浓度的略微增加将会导致聚合物溶液 的粘度急剧增加。根据公式，计算出临界浓度应 为０．２３８ ９ ｇ／ｃｍ３，溶剂ＤＭＳＯ的密度为１．１ ｇ／ ｃｍ３，换算成质量分数，ＰＥＳ溶液的临界浓度应为 ２６％。这与实际纺丝情况吻合。当ＰＥＳ浓度超 过２６％时，粘度急剧增大而造成堵塞，纺丝液挤 出非常困难，膜的形极低，达不到使用要求。ＰＥｓ 浓度除对可纺性影响外，更重要的是对中空纤维 膜性能的影响极大。当ＰＥＳ浓度低于２２％时，膜 的机械强度不够，可纺性很差。图１可知，ＰＥＳ纺 中空纤维膜的最佳浓度为２４％。 ２．２填充液的选择
充液压力的增大也意味着填充液流量增大，导致
膜界面处溶剂和凝固剂的浓度差增大，使成膜速
度加快，膜孔隙率和孔径增大，上述两方面的原因
导致了水通量的上升。但填充液压力太大，也会
使未固化的中空纤维的承压能力急剧降低，甚至
使一中空纤维膜的破裂。一般填充液压力为
０．０２０ＭＰａ。
表１填充液压力对ＰＥＳ中空纤维膜性能的影响
以２００ ｍＬ／ｍｉｎ的流速进入，从第一滴水滴下开始
计时，５ ｈ后，测得水体积（ｙ），按式（１）计算形：
形＝∥￡Ａ
（１）
式中ｆ——时间；
Ａ——膜面积。
２结果与讨论 ２．１ ＰＥＳ浓度对中空纤维膜的性能的影响
从图１可以看出，随着ＰＥＳ浓度的增大，中 空纤维膜的形呈下降的趋势，并且ＰＥｓ浓度超过
收稿日期：２００４一ｌＯ－２６；修改稿收到日期：２００５－０３－１５。 作者简介：朱思君（１９７７一），男，安徽省淮北市人，博士研 究生。研究方向为中空纤维膜在医学上的应用。
第２８卷第３期 ２鲤ｉ生！旦
合成纤维工业 垦旦！塑垒！！堕望兰旦垦！！望兰垦！堡堡堕！！曼！
ｖ０１．２８ Ｎｏ．３
！！！：！堕，
聚醚砜中空纤维膜的制备
朱思君段友容梅勇王庆瑞
（东华大学纤维材料改性国家重点实验室，上海２０００５１）
摘要：讨论了在二次成形聚醚砜（ＰＥｓ）中空纤维膜的制备中，ＰＥｓ浓度和不同的填充液对中空纤维膜结 构和性能的影响。结果发现：随着ＰＥｓ浓度的增大，中空纤维膜的水通量呈下降的趋势，确定了二次成形 ＰＥｓ中空纤维膜制备中ＰＥｓ最佳浓度为２４％；不同填充液与溶剂之间的相互扩散速率不同，得到了具有不 同结构的聚醚砜中空纤维膜。随着填充液压力的提高，纤维的内径、外径增加，壁厚减小，水通量增大，一般 填充液压力为Ｏ．０２０ ＭＰａ。 关键词：聚醚砜 中空纤维膜填充液填充液压力 中图分类号：ＴＱ３２４．８１；ＴＱ３２６．５ 文献识别码：Ａ 文章编号：１００１．００４１（２００５）０３一００２２．０３
两个同心管组成的喷丝头挤出；经一定长度的干
纺程后以一定的速度通过第一种凝固浴进行初步
成形，再以一定的速度通过第二种凝固浴，中空纤
维膜经四道拉伸、水洗后进行保孔处理，然后集束
和干燥后组装成超滤器。
１．４水通量的测定
水通量（形）在腹水透析机上测定，中空纤维
膜测定压力为０．１ ＭＰａ，测试面积为１ ｍ２，蒸馏水
根据Ａ．Ｊ．Ｒｅｕｖｅｒｓ和ｃ．Ａ．Ｓｍ０１ｄｅｒ的相转化 法理论旧。Ｊ，聚合物溶液／凝固剂体系的相分离在 动力学上存在成核和生长两种过程。成核有利于 生成比较致密的膜结构，成核与过饱和度有关，它 随聚合物浓度增大而增多；生长有利于生成大孔， 生长与聚合物溶液中溶剂（和凝固剂）的总量有 关，总量越多生长越容易，越有利于形成大孔疏松 的膜结构。由于聚合物溶液中ＰＥｓ浓度的增大， 成核的概率增大而生长的概率减小，这就意味着 趋于形成越来越致密的膜结构，从而水通量一直 呈下降的趋势。
ａ．异丙醇
ｈ．２０％丙三醇
ｃ－水
图２不同填充液ＰＥＳ中空纤维膜的截面图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｍｎ ｍｉｃｍｇｒａｐｈｓ（ｓＥＭ）ｏｆ ｃｒｏｓｓ ｐｍｆｉｌｅ
ｏｆ ｈｏｌｌｄｗ ｆｉｂｅｒ ｉｎ ｄｉⅡｂｒｅｎｔ ｉｎｔｅｍａｌ ｑｕｅｎｃｈ ｍｅｄｉｕｍ
填充液对ＰＥＳ中空纤维膜结构的影响是从 与纺丝釜中出来的铸膜液表面相接触的瞬间开始 的。由于在铸膜液／填充液的界面会发生溶剂和 填充液的相互渗透（浓度差为推动力），填充液实 际上也起着内凝固剂的作用。它们之间的扩散速 率由热力学参数和粘滞系数Ｍ’刊来决定。Ｒｅｕ— ｖｅｒｓ∞＇８’９１通过研究溶剂／凝固剂之间的扩散行为， 认为聚合物溶液的液一液相分离有两种途径，一种 是推迟相分离，即溶剂从铸膜液中大量流出，而凝 固剂流入量却相对较小。由于溶剂的净损失导致 铸膜液中聚合物浓度显著增大，从而使膜结构越 来越致密。另一种是即时分离，溶剂流出速度与 凝固剂的流入速度相差不大。铸膜液中聚合物浓 度几乎没有改变从而形成了相对开放的多孔疏松 结构。由于ＤＭＳ０／异丙醇属于推迟相分离，ＤＭ— ｓｏ／水属于即时分离¨’８ ｏ，而ＤＭｓＯ／丙三醇溶液 则介于两者之间并偏于即时分离。从而以异丙醇 作为填充液时膜的结构比较致密，水作为填充液 时是指状孔疏松结构，而２０％丙三醇水溶液则介 于两者之间。 ２．３填充液压力的影响
从表１可知，随着填充液压力（Ｐ）的提高， 纤维的内径（Ｄ内）、外径（Ｄ外）增加，壁厚（日）减 小，水通量增大。一方面由于纤维的线密度主要 受纺丝速度和泵供量及拉伸倍数的影响，在径向
万方数据
合成纤维工业
２００５年第２８卷
张力作用下ＰＥＳ中空纤维发生膨胀，使内外径变
大，而厚度变薄，降低了传质阻力¨叫；另一方面填
Ｔａｂ．１
Ｄｅｐｅｎｄｅｎ∞ｏｆ ｐｍｐｅｒｔｉ姻ｏｆ ＰＥＳ ｈ棚ｏｗ ６ｂｅｒ
ｐ托觥 ｏｎ ｉＩｌｔｅ皿＿ａｌ ｑｕ哪ｃｈ ｍｅｄｉｕｍ
、
３结论 ａ．随着ＰＥＳ在铸膜液中的浓度的增大，中空
纤维膜的水通量下降，ＰＥｓ中空纤维膜制备的最 佳浓度为２４％。
ｂ．不同的填充液得到不同结构的ＰＥＳ中空 纤维膜。异丙醇作为填充液时，膜的结构比较致 密，没有明显的指状孔结构；水作为填充液时，膜 的结构是典型的均匀的指状孔结构；而以２０％的 丙三醇水溶液作为填充液时，膜的结构基本上是 指状孔结构，但指状孔分布不均匀，部分区域比较 致密，而另一些区域的孑Ｌ隙较大。
ｍｅｍｂｍｌｌｅｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｙ８ｔｅｍ ｃｅＵｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ－ａｃｅｔｏｎｅ—ｗａ—
ｔｅｒ［Ｊ］．Ｊ Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｃｉ，１９７８，３４（１）：６７～８６
３ Ａ１ｌｔｅｎａ Ｆ Ｗ，Ｓｍｏｌｄｅｒ Ｃ Ａ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ—ｌｉｑｕｉｄ ｐｈ鹊ｅ ｓｅ． ｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎａｔｅｍａｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｎ ａ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ ａ ｓｏｌｖｅｎｔ 肌ｄ ａ ｎｏｎ∞ｌｖｅｎｔ［Ｊ］．Ｍａｃｍｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９８２，１５（４）：１ ４９ｌ
聚醚砜（ＰＥｓ）是一种综合性能优良的聚合物 膜材料，其玻璃化转变温度高达２２５℃，具有较高 的拉伸强度和优良的化学稳定性、耐热性、耐压 力、耐腐蚀等性能。常作为超滤、过滤膜的材料。 ＰＥＳ膜的一个重要的应用方向是血液过滤。用于 人体血液过滤的ＰＥｓ膜要求对有毒物质如肌肝 和尿素去除率要高，同时水透过量不要太大（以 免造成病人脱水现象）又不要太低（以免影响救 治效率）。单凝固浴法制成的膜去除率很高，同 时水通量也很高，或去除率低，水通量小。Ｊ．Ａ． ｖａｎ ７ｔ Ｈｏｆ等提出的双凝固浴…成膜方法从理论 上可以达到肌肝、尿素选择分离率高而水通量适 中的要求，从而应用于血液过滤领域中。二次成 形ＰＥｓ中空纤维膜的结构和性能与其成形条件 密切相关。笔者主要探讨二次成形ＰＥＳ中空纤 维ＰＥＳ浓度与不同的填充液及其与中空纤维结 构和性能之间的关系，从而为工业生产提供数据。