一种利用静电喷涂制备基膜的方法

技术领域

本发明涉及基膜的制备方法，尤其涉及一种利用静电喷涂制备基膜的方法。

背景技术

反渗透膜法过滤作为一种水处理技术，由于其优异特性，迅速在水处理领域占领了大量市场。反渗透膜法过滤的核心在于反渗透膜片，因此如何制备高脱盐、高水通量以及使用寿命长的膜片是值得研究的问题。

反渗透膜片由无纺布、基膜、聚酰胺三层组成，其中无纺布的作用是提供强力支撑。而基膜一方面为聚酰胺层提供强力支撑，更重要的一方面是为界面聚合反应提供场所，对聚酰胺层的性能有很大影响。基膜亲疏水性影响着水相在膜孔内存在的形态，进而影响界面聚合反应。基膜孔径大小也对膜片性能有很大影响。基膜孔径过小时，储存的水相溶液少，造成水油相反应单体比例失衡，同时孔径小对水的束缚力大可能会造成界面聚合反应在孔内发生。基膜孔径大，也不利于界面聚合反应的发生。因此，如何调控基膜性能是反渗透膜研究中至关重要的一部分。

目前制备基膜最常用的方法是浸没沉淀相转化法，通过向铸膜液中加入添加剂、改变铸膜液浓度、凝固浴的温度、凝固浴成分等参数以及膜片的后处理改性等来实现对基膜性能的调控。但是对于铸膜液的涂覆方式，研究较少。目前常用刮刀涂覆的方式进行涂覆，刮刀涂覆容易出现厚度不均匀的缺陷，且对于膜片厚度的调节需要依赖操作人员的经验。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种操作简便、提高生产效率和厚度均匀性的一种利用静电喷涂制备基膜的方法。

本发明的技术方案是：

一种利用静电喷涂制备基膜的方法，包括以下步骤：

步骤S100，将高聚物颗粒加入到有机溶剂中，待颗粒分散均匀后，升温至80℃继续搅拌；搅拌完成后，将其置于35℃烘箱中静置脱泡，配制成铸膜液；

步骤S200，将铸膜液倒入针管，针管的金属针头与高压电源输出线连接；

步骤S300，启动收卷辊筒电机，将无纺布依次通过凝固水槽、清洗水槽和后处理水槽；并同时启动挤压注射泵，推动针管内的活塞推杆，铸膜液经过金属针头高压电场力作用，喷射在无纺布上，无纺布运行速度为2-6m/s。

凝固浴水槽内添加纯水，也可加入适量有机溶剂（与铸膜液所用溶剂相同）；清洗水槽内添加纯水；后处理水槽添加纯水或改性剂溶液。

具体的，步骤S100中所述高聚物颗粒为聚砜或聚醚砜。

具体的，步骤S100中所述有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺或N-N二甲基乙酰胺。

具体的，步骤S100中铸膜液浓度为10-15wt%。

具体的，步骤S200中，金属针头装在针管上，将铸膜液倒入针管中，轻轻挤压活塞推杆排净管内空气后，将针管安装在注射泵上；调整针尖到无纺布的距离，将高压电源输出线连接在金属针头上。

具体的，步骤S200中所述金属针头的孔径为0.5-2mm。

具体的，步骤S300中所述注射泵挤出速率为30-50ml/min。

具体的，步骤S300中所述金属针头针尖到无纺布的距离为5-10cm。

具体的，步骤S300中高压直流电源电压为10-20kv。

本发明通过在喷嘴（针头）和无纺布之间形成高压电场，从喷嘴流出的溶液受到表面张力、电场力以及重力的综合作用变得极不稳定，从而分裂成雾状液滴，最终落到无纺布上；获得的膜片性能更加稳定，并且水通量和脱盐率都有所提升。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中1a是金属针头，1b是针管，1c是活塞推杆，2是注射泵，3是电源输出线，4是高压直流电源，5是接地线，6是绝缘支撑架，7是放卷辊，8是接地铁块，9是导辊一，10是凝固浴水槽，11是清洗水槽，12是后处理水槽，13是无纺布，14是收卷辊筒。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种利用静电喷涂制备基膜的方法，包括以下步骤：

步骤S100，将高聚物颗粒加入到有机溶剂中，搅拌30min，待颗粒分散均匀后，升温至80℃继续搅拌5h；搅拌至溶液澄清透明，搅拌完成后，将其置于35℃烘箱中静置脱泡12h，配制成铸膜液；

步骤S200，将铸膜液倒入针管1b，针管1b的金属针头1a与高压电源输出线3连接；注射泵2设置在绝缘支撑架6上；

步骤S300，启动收卷辊筒14电机，将无纺布13通过若干相应的导辊一9，依次导入凝固水槽10、清洗水槽11和后处理水槽12；并同时启动挤压注射泵2，推动针管1b内的活塞推杆1c，铸膜液经过金属针头1a高压电场力作用，喷射在无纺布上，无纺布运行速度为2-6m/s。

电源输出线3一端与金属针头1a连接，另一端与高压直流电源4连接，高压直流电源4通过接地线5与接地铁块8连接。

凝固浴水槽内添加纯水，也可加入适量有机溶剂（与铸膜液所用溶剂相同）；清洗水槽内添加纯水；后处理水槽添加纯水或改性剂溶液。

具体的，步骤S100中所述高聚物颗粒为聚砜或聚醚砜。

具体的，步骤S100中所述有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺或N-N二甲基乙酰胺。

具体的，步骤S100中铸膜液浓度为10-15wt%。

具体的，步骤S200中，金属针头1a装在针管1b上，将铸膜液倒入针管1b中，轻轻挤压活塞推杆1c排净管内空气后，将针管1b安装在注射泵2上；调整针尖到无纺布的距离，将高压电源输出线3连接在金属针头1a上。

具体的，步骤S200中所述金属针头1a的孔径为0.5-2mm。

具体的，步骤S300中所述注射泵2挤出速率为30-50ml/min。

具体的，步骤S300中所述金属针头1a针尖到无纺布的距离为5-10cm。

具体的，步骤S300中高压直流电源4电压为10-20kv。

具体的，有机溶剂与高聚物之间配比为：有机溶剂85-90:高聚物15-10。在这个浓度范围内，可以保证溶液从针头挤出后是以喷雾的形式喷到无纺布上。如果浓度高了，黏度高，液滴会在针头形成泰勒锥，最终落到无纺布上会形成纤维膜，而不是多孔膜。溶液浓度滴，多孔膜孔径太大，不利于后续界面聚合反应。

实施例1

静电喷涂法制备基膜，所述制备方法按以下步骤进行：

1、将240g聚砜粒加入到1760gN-N二甲基乙酰胺中，搅拌30min，待颗粒分散均匀后，升温至80℃继续搅拌5h。搅拌完成后，将其置于35℃烘箱中静置脱泡12h，配制成12wt%铸膜液。

2、将金属针头1a装在适配的针管1b上，之后将铸膜液倒入针管中1b，轻轻挤压活塞推杆1c排净管内空气后将针管1b安装在注射泵2上。调整针尖到无纺布13的距离为8cm，将高压电源输出线3连接在金属针头1a上。（实验装置见附图）

3、依次启动收卷辊筒14电机、高压直流电源4、注射泵2。设置电压为18kv，注射泵挤出速率为40mL/min，铸膜液从金属针头1a挤出，经高压电场力作用，喷射在无纺布13上，无纺布运行速度为2m/min。经过凝固水槽10、清洗水槽11、后处理水槽12最后收卷得到基膜。

实施例2

静电喷涂法制备基膜，所述制备方法按以下步骤进行：

1、将200g聚砜粒加入到1800gN-N二甲基乙酰胺中，搅拌30min，待颗粒分散均匀后，升温至80℃继续搅拌5h。搅拌完成后，将其置于35℃烘箱中静置脱泡12h，配制成10wt%铸膜液。

2、将金属针头1a装在适配的针管1b上，之后将铸膜液倒入针管中1b，轻轻挤压活塞推杆1c排净管内空气后将针管1b安装在注射泵2上。调整针尖到无纺布13的距离为10cm，将高压电源输出线3连接在金属针头1a上。（实验装置见附图）；

3、依次启动收卷辊筒14电机，高压直流电源4、注射泵2。设置电压为20kv，注射泵挤出速率为45mL/min，铸膜液从金属针头1a挤出，经高压电场力作用，喷射在无纺布13上，无纺布运行速度为2m/min。经过凝固水槽10、清洗水槽11、后处理水槽12最后收卷得到基膜。

对比例1

刮刀涂覆制备基膜，所述制备方法按以下步骤进行：

1、将360g聚砜粒加入到1640gN-N二甲基乙酰胺中，搅拌30min，待颗粒分散均匀后，升温至80℃继续搅拌5h。搅拌完成后，将其置于35℃烘箱中静置脱泡12h，配制成18wt%铸膜液。

2、使用卡尺调节刮刀与无纺布之间的间隙，使刮出来的无纺布厚度为40μm左右。启动设备，当无纺布运行速度达到5m/min时，开始以均匀的速度向刮刀储液槽中倒入铸膜液，使铸膜液涂覆在无纺布上，之后依次进入凝固浴水槽、清洗水槽和后处理水槽，收卷得到基膜。

使用上述三组案例制备的基膜进行涂覆实验，涂覆过程如下：

1、将600g间苯二胺和20g氢氧化钠加入到19380g水温为30℃的纯水中，搅拌30min，使其溶解均匀配制成3wt%的水相溶液。

2、将24g均苯三甲酰氯加入到19976g正己烷中，搅拌30min使其溶解均匀得到0.12wt%油相溶液。

3、将基膜浸入水相溶液中18s，之后经风刀吹干，再浸入油相溶液24s，经过鼓风烘箱干燥，烘箱温度为35℃，时间为6min。烘干油相后再经过清洗干燥最终得到反渗透膜片。

对分别使用三组基膜制备的反渗透膜片进行性能测试，每组测试六个样品。测试条件为：测试液2000ppm的氯化钠溶液，测试压力225psi，测试温度25℃。

测试结果如下：实施例1平均水通量29.25L/㎡h，数据标准偏差0.4787；脱盐率99.31%，数据标准偏差0.00062。

实施例2平均水通量30.08L/㎡h，数据标准偏差0.5336；脱盐率99.29%，数据标准偏差0.00053。

对比例1平均水通量27.46L/㎡h，数据标准偏差1.4280；脱盐率99.29%，数据标准偏差0.00141。

从测试结果可以看出，使用本发明制备的基膜进行涂覆实验，获得的膜片性能更加稳定。并且水通量和脱盐率都有所提升。

对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：

（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；

（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；

以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。