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一種親水改性聚丙烯中空纖維膜的制備方法

文檔序號(hào):8371463閱讀:385來源:國知局
一種親水改性聚丙烯中空纖維膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子分離膜領(lǐng)域,特別涉及一種親水改性聚丙烯中空纖維膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膜分離技術(shù)是近幾十年來的一門新興多學(xué)科交叉的高新技術(shù)。高分子分離膜是由聚合物或高分子復(fù)合材料制得的具有分離流體混合物功能的薄膜,因其具有過濾過程能耗適中和無二次污染的優(yōu)點(diǎn)被廣泛關(guān)注。中空纖維膜是分離膜領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,因中空纖維壁具有選擇透過性,能夠使氣體、液體的混合體系中的某些組分從內(nèi)腔向外或從外向內(nèi)腔穿過中空纖維壁流動(dòng),不能透過的組分被中空纖維壁截留下來。用來制備中空纖維膜的基體材料很多,如聚烯烴、聚醚砜、聚氨酯等,其中聚丙烯(PP)由于具有優(yōu)良的耐酸堿性和熱絕緣性,以聚丙烯為原料制備的中空纖維膜制備過程簡單、價(jià)格低廉,且使用性能較好,因而由聚丙烯材料制成的中空纖維膜在家用水處理、醫(yī)療器械、膜蒸餾等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是聚丙烯中空纖維膜具有很強(qiáng)的疏水性,而且自清洗能力差,容易在使用過程中受到污染,降低分離效果,清洗費(fèi)用較高,因此影響聚丙烯中空纖維膜的使用。
[0003]目前,制備具有親水性能的聚烯烴中空纖維膜是膜分離材料領(lǐng)域的重要課題。目前報(bào)道的主要改性方法有化學(xué)方法和物理方法?;瘜W(xué)改性方法如用等離子體、紫外等輻照把一些親水基團(tuán)接枝到基體材料上改善材料的親水性能。黃小軍,唐葉紅等在CN101966430B中采用聚乙二醇為改性單體,通過該方法將聚乙二醇接枝到聚丙烯上,得到了親水化的聚丙烯材料。但是,這種方法需要在高溫條件將聚丙烯蠟氧化,然后與聚乙烯醇,酸催化劑在高溫條件下發(fā)生縮合反應(yīng),制備過程復(fù)雜,合成困難。趙春田(趙春田,祝巍.聚丙烯微孔膜表面的空氣等離子體處理[J],功能高分子學(xué)報(bào),1996,9 (3):337-344.)用空氣等離子處理聚丙烯膜,經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)在膜表面產(chǎn)生了 -OH、-C = O、-COOH等基團(tuán),使極性和親水性都有很大的提高。但是這種改性方法制得的聚丙烯中空纖維膜內(nèi)部并不是親水性的,所以效率比較低,這種方法需要較為苛刻的條件和昂貴的設(shè)備、對(duì)膜的損傷較大、親水化效果不好并且持久性差的缺點(diǎn)。物理方法主要采用共混法,共混法是目前膜改性的常用方法,具有操作簡單,效果明顯和持久的特點(diǎn)。它是把聚丙烯和其它親水性高聚物共混,然后采用熱致相分離法或熔融紡絲-拉伸法將共混物制模。改性后的聚丙烯中空纖維膜不僅保留了聚丙烯的優(yōu)良性能還具有較高的水通量和抗污染能力。Chung(ChungT C,Rhubright D.Synthesis of funct1nalized polypropylene[J].Macromolecules, 1991,24(4):970-972.)通過聚丙烯與親水化的3%的羥基聚丙烯(PP-OH)共混,以二甲苯為溶劑,分別加入苯酚,聚乙烯醇或聚吡咯烷酮為親水添加劑制得ΡΡ/ΡΡ-0Η不對(duì)稱多孔膜。成膜后的聚丙烯中的羥基大部分位于無定形區(qū),分布于膜孔和膜的表面,不對(duì)稱的PP/PP-OH微孔膜與聚四氟乙烯接觸時(shí)暴露在空氣中。結(jié)果表明,改性過的ΡΡ/ΡΡ-0Η微孔膜對(duì)水的接觸角降低到80°左右,壓力為0.2MPa時(shí),水通量為251/m2.h,雖然該方法能有效地改善膜的親水性,但PP-OH的制備需要的共聚單體特殊,并且后處理工藝也較復(fù)雜,所以其實(shí)際應(yīng)用受到很大的限制。所以研宄出一種工藝簡單,成本低,并且親水效果明顯的方法就顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種親水改性聚丙烯中空纖維膜的制備方法,該方法制備過程簡單,制得的中空纖維膜具有高效、持久的親水性效果,可以應(yīng)用在水處理方面,具有較好的分離效果。
[0005]本發(fā)明的一種親水改性聚丙烯中空纖維膜的制備方法,包括:
[0006](I)將聚丙烯、乙烯-乙烯醇共聚物和聚丙烯接枝馬來酸酐真空干燥,與致孔劑共混均勻后,由雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,得到共混粒料;共混粒料中,聚丙烯的質(zhì)量百分比為60-90%,乙烯-乙烯醇共聚物的質(zhì)量百分比為10-40%,聚丙烯接枝馬來酸酐與乙烯-乙烯醇共聚物的質(zhì)量比為5?10:30 ;
[0007](2)將上述共混粒料在225-250°C、卷繞速度160_180m/min的條件下進(jìn)行熔融紡絲,得到初生中空纖維;
[0008](3)將上述初生中空纖維熱處理、拉伸、洗滌,得到親水改性聚丙烯中空纖維膜。
[0009]所述步驟(I)中的聚丙烯熔融指數(shù)為2.3-4.0g/10min(230°C,2160g),分子量分布較寬的等規(guī)聚丙烯。
[0010]所述步驟(I)中的乙烯-乙烯醇共聚物熔融指數(shù)為1.6-2.8g/10min(190°c,2160g),乙烯含量為32mol %。
[0011]所述步驟(I)中的聚丙烯接枝馬來酸酐熔融指數(shù)為50g/10min(230°C,2160g),接枝率0.9%,用以提高聚丙烯與乙烯-乙烯醇共聚物的相容性。
[0012]所述步驟(I)中的致孔劑為納米碳酸鈣、納米硫酸鋇、氯化鈉或氯化鋅,添加量為聚丙烯和乙烯-乙烯醇共聚物總質(zhì)量的0-10%。
[0013]所述步驟(I)中擠出造粒時(shí)需要快速風(fēng)冷,側(cè)吹風(fēng)速度10cm/s。
[0014]所述步驟(2)中熔融紡絲時(shí)在另一個(gè)計(jì)量泵通入0.15MPa氮?dú)?,使熔體從環(huán)形噴絲板擠出后可以形成中空纖維膜。
[0015]所述步驟(3)中的熱處理溫度為100-140°C,熱處理時(shí)間為30_60min。
[0016]所述步驟(3)中的拉伸具體為:分別在30°C和80-120°C下拉伸2-3.5倍,拉伸速率為200mm/min,隨即在140°C下保持30min。
[0017]所述步驟(3)中的洗滌采用10%鹽酸溶液洗滌。
[0018]所述步驟(3)中得到親水改性聚丙烯中空纖維膜的孔隙率為40% -70%,接觸角74-88°,純水通量 50-1501/m2.h。
[0019]與現(xiàn)有方法相比,本發(fā)明利用共混法和熔融紡絲拉伸法相結(jié)合制備親水性聚丙烯中空纖維膜,可利用親水化物質(zhì)與其共混得到親水性聚丙烯中空纖維膜,添加含有極性基團(tuán)的共混相容劑在共混過程中不僅可以改善聚丙烯與親水化物質(zhì)的相容性,還能夠在共混過程中對(duì)聚丙烯進(jìn)行原位親水改性,并能持久地與聚丙烯基體相結(jié)合,同時(shí)無機(jī)鹽致孔劑可以使基體產(chǎn)生更多的微孔,使水通量增加。該方法工藝步驟簡單,所制備的聚丙烯中空纖維膜的親水性不易損失。
[0020]有益效果
[0021](I)本發(fā)明所述的方法為熔融紡絲法,不使用溶劑,不會(huì)造成二次污染。
[0022](2)本發(fā)明采用帶有極性基團(tuán)高聚物改善聚丙烯的親水性,并且通過加入帶有極性基團(tuán)的相容劑改善連續(xù)相和分散相的界面相容性的同時(shí),也能夠一定程度的改善其親水性。
[0023](3)本發(fā)明將共混法和熔融紡絲拉伸法相結(jié)合,利用帶有極性基團(tuán)的共混相容劑在共混過程中對(duì)聚丙烯進(jìn)行原位親水改性;該共混相容劑能夠持久地與聚丙烯基體結(jié)合,可以較長時(shí)間保持膜的親水性,并且通過加入無機(jī)鹽可以產(chǎn)生更多的微孔,使分離效果更加明顯。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改,這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0025]實(shí)施例1
[0026]物料:聚丙稀F401 (恪融指數(shù)2.3g/10min),乙稀-乙稀醇共聚物F171B(乙稀摩爾百分率32%,熔融指數(shù)1.6g/10min),聚丙烯接枝馬來酸酐GPM200AL (接枝率1.0%,熔融指數(shù)50g/10min)。聚丙稀:乙稀-乙稀醇共聚物:聚丙稀接枝馬來酸酐=60:40:9.3(質(zhì)量比)。
[0027]共混物造粒:將聚丙烯和乙烯-乙烯醇共聚物90°C真空干燥,聚丙烯接枝馬來酸酐60°C真空干燥,共混均勻后用雙螺桿擠出機(jī)造粒。
[0028]共混物熔融紡絲:將造粒后的粒料在紡絲溫度225°C,卷繞速度160m/min,側(cè)吹風(fēng)速度10cm/s的紡絲條件下進(jìn)行熔融紡絲得到初生中空纖維。
[0029]后處理:將上步制得的初生中空纖維在120°C的烘箱中熱處理30min,完善片晶結(jié)構(gòu),提高其結(jié)晶度。分別在30°C和10
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