一种反渗透膜用改性超细涤纶超短纤维及其制备方法与流程

本发明涉及反渗透膜，具体涉及一种用于反渗透膜无纺布支撑体的正电荷亲水改性超细涤纶超短纤维及其制备方法。

背景技术：

1、反渗透膜是目前海水淡化、工业纯水制备、废水处理等水处理领域的核心技术之一。反渗透膜通常采用三层结构：聚酯无纺布支撑层提供机械强度，聚砜多孔中间层作为支撑，聚酰胺超薄表层作为核心分离层--。其中，聚酯无纺布支撑层的性能直接影响铸膜液的浸润性、成膜均匀性以及最终膜元件的通量和脱盐率。

2、目前，反渗透膜领域常用的基布无纺布主要依赖进口。近年来，国内虽有数家企业开始开发反渗透膜无纺布，但其原料纤维仍多为进口产品。通过对涤纶（pet）纤维进行改性，制备具有优异机械强度、耐温性和成本优势的超细纤维，是实现进口替代的重要途径。

3、然而，现有涤纶纤维用于反渗透膜无纺布支撑体时，仍面临以下技术问题：

4、（一）纤维表面疏水，通量衰减快

5、普通涤纶纤维表面疏水（水接触角约90°），在过滤含水体系时易发生孔道堵塞，过滤通量随使用时间快速下降，需频繁更换滤材，运行成本高。现有技术中虽有对pet无纺布进行等离子体处理或化学接枝改性的报道-，但等离子体处理存在改性效果随时间衰减的“疏水恢复效应”；化学接枝改性工艺复杂、成本高，且改性剂用量难以精确控制。

6、（二）纤维分散性差

7、现有超短纤维在湿法或干法成网过程中易发生团聚，导致纤维网均匀性差、孔隙率不稳定，过滤一致性难以保证。现有技术中，反渗透膜基材无纺布面临纤维分散不均匀、无纺布基本性能不均一不稳定等技术难题-。

8、（三）过滤精度有限

9、目前反渗透膜无纺布支撑体所用纤维直径通常为5μm以上，所制成的无纺布孔径较大，对亚微米级颗粒的截留能力有限，难以满足超滤级别的高精度过滤需求。

10、（四）耐化学性不足

11、在强酸、强碱或有机溶剂环境下，普通涤纶纤维易发生水解或老化，力学性能显著下降，使用寿命短。

12、（五）表面改性层易脱落

13、现有技术中通过涂层或物理吸附方式引入的功能层，与纤维基体之间缺乏牢固的化学键合，在使用过程中易脱落，造成二次污染且改性效果难以持久。

14、针对上述问题，业界已尝试多种改进方案。例如，中国发明专利cn116688766a公开了一种具有高亲液涂层面的反渗透膜无纺布支撑体及其制备方法，其a层由直径5μm-7μm的pet细纤维和5μm-8μm的pet粘结纤维构成，成型后对a层做低温等离子体气相接枝改性处理。该方案通过气相接枝在纤维层表面引入亲液性基团，在一定程度上改善了亲液性。然而，该技术仍存在以下不足：（1）纤维直径仍较粗（5μm以上），难以实现高精度过滤；（2）气相接枝主要作用于纤维层表面，对单根纤维的改性不够充分；（3）未解决纤维在成网过程中的分散均匀性问题；（4）未赋予纤维正电荷特性，对带负电颗粒的静电吸附能力不足。

15、此外，中国发明专利cn101148824a公开了一种等离子体法接枝季铵基团的化学纤维及其接枝方法，通过等离子活化纤维接枝阳离子季铵基团。该技术在纺织领域实现了正电荷改性，但并未涉及超细超短纤维形态的控制，也未针对反渗透膜无纺布支撑体的特定应用场景进行优化。

16、综上所述，现有技术尚未同时解决纤维分散均匀性、过滤精度、通量稳定性、表面改性持久性和耐化学性等多方面的技术难题。

技术实现思路

1、针对现有涤纶纤维在反渗透膜无纺布支撑体应用中存在的纤维分散性差、过滤精度低、疏水易堵塞导致通量衰减快、耐化学性不足以及表面改性层易脱落等问题，本发明提供一种反渗透膜用改性超细涤纶超短纤维及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种反渗透膜用正电荷亲水改性超细涤纶超短纤维，包括：

4、pet基体纤维，所述pet基体纤维的直径为0.5μm～3μm，长度为3mm～6mm；以及共价键合于所述pet基体纤维表面的改性层，所述改性层含有亲水基团和正电荷基团。

5、优选地，所述pet基体纤维的直径为1μm～2μm，长度为0.3mm～0.6mm。

6、优选地，所述改性层的厚度为10nm～50nm，所述改性纤维的水接触角≤35°，ph=7时的zeta电位≥+30mv。

7、优选地，所述亲水基团选自羟基（-oh）、氨基（-nh2）、羧基（-cooh）中的至少一种；所述正电荷基团为季铵盐基团。

8、优选地，所述pet基体纤维的特性粘度为0.6dl/g～0.8dl/g。

9、优选地，所述pet基体纤维中含有占pet总质量0.5%～3%的含羧基和/或羟基的共聚改性单体。

10、一种如所述的反渗透膜用正电荷亲水改性超细涤纶超短纤维的制备方法，包括以下步骤：

11、（1）熔融纺丝步骤：将特性粘度0.6～0.8dl/g的pet切片干燥至含水率≤50ppm，通过熔融纺丝获得原丝，纺丝温度280～295℃，卷绕速度2500～4000m/min；

12、（2）牵伸步骤：在70～90℃下对所述原丝进行多级牵伸，总牵伸倍数3～8倍，获得超细纤维；

13、（3）切断步骤：将所述超细纤维切断为超短纤维，切断精度控制在±5%以内；

14、（4）等离子体预处理步骤：将所述超短纤维置于低温等离子体处理装置中，以o2或n2为工作气体，功率50～200w，处理时间30～180s，在纤维表面引入活性官能团；

15、（5）接枝改性步骤：将等离子体处理后的纤维浸入含亲水单体和阳离子单体的接枝溶液中，加入占接枝溶液总量0.1～2wt%的交联剂，在50～80℃下反应1～4h，使改性剂以共价键接枝到纤维表面；

16、（6）后处理步骤：反应完成后经去离子水洗涤3～5次，60～80℃真空干燥，得到所述改性超细涤纶超短纤维。

17、优选地，所述亲水单体选自聚乙烯亚胺和/或壳聚糖，所述阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述交联剂选自戊二醛和二乙烯基砜中的至少一种。

18、所述的反渗透膜用正电荷亲水改性超细涤纶超短纤维或由所述方法制备的反渗透膜用正电荷亲水改性超细涤纶超短纤维在水处理、半导体超纯水制备、生物医药分离或食品饮料过滤领域中的应用。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1. 过滤精度大幅提升

21、本发明通过将纤维直径控制在0.5～3μm（优选1～2μm），远小于现有技术中5μm以上的纤维直径-，显著减小了无纺布的孔径，实现了对亚微米级颗粒的高精度截留。实验表明，本发明纤维对0.5μm颗粒的截留率≥99.9%，较普通涤纶纤维（截留率约50～60%）提升40个百分点以上，达到超滤级别。

22、2. 通量高且稳定

23、本发明通过在纤维表面引入亲水基团（-oh、-nh2、-cooh等），将水接触角从未改性的约90°降低至≤35°，显著改善了纤维的亲水性，有效缓解了疏水引起的孔道堵塞问题。同时，正电荷季铵盐基团的引入（zeta电位≥+30mv）使纤维表面带正电荷，对水中带负电的颗粒物产生静电吸附作用，进一步增强了过滤效率。实验表明，本发明纤维的初始通量≥800l/(m²·h·bar)，循环使用10次后通量保持率≥90%，解决了传统滤材易堵塞、通量衰减快的问题。

24、3. 改性层持久不脱落

25、本发明采用“等离子体预处理+原位接枝聚合”工艺，通过等离子体在纤维表面引入活性官能团，再利用交联剂使亲水单体和阳离子单体以共价键接枝到纤维表面，改性层与pet基体之间形成牢固的化学键合。区别于现有技术中物理涂覆或仅靠等离子体处理的方案-，本发明的改性层经100次洗涤后接触角变化≤5°，改性效果持久稳定，无二次污染风险。

26、4. 耐化学性优异

27、本发明通过共价键合改性层对纤维表面形成保护，同时pet基体本身具有良好的化学稳定性。实验表明，本发明纤维在10%h2so4或10%naoh溶液中浸泡72h后，断裂强度保持率≥85%，远优于未改性涤纶纤维（保持率约50～60%），显著延长了使用寿命。

28、5. 分散均匀性好

29、本发明通过将纤维长度控制在3～6mm（优选0.3～0.6mm）的超短形态，配合可选的分散剂（如聚羧酸盐类）或偶联剂（如硅烷偶联剂），显著改善了纤维在 aqueous 介质中的分散性。纤维分散均匀性变异系数≤5%，成毡后孔隙率稳定在75～85%，过滤一致性显著提高。

30、6. 适用范围广

31、本发明纤维可用于水处理、半导体超纯水制备、生物医药分离、食品饮料过滤、化工液体净化等多个领域。