CN118577152A - 高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜、制备工艺及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于揭示一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜、制备工艺及其用途，涉及聚丙烯微孔膜改性技术领域，包括以下步骤：步骤S1：拉伸制备厚度为20μm‑100μm、孔隙率为50％‑65％的聚丙烯微孔膜；步骤S2：配制亲水改性溶液；步骤S3：聚丙烯微孔膜以0.10m/min‑5.0m/min的速度经过容纳所述亲水改性溶液的容器；步骤S4：浸渍膜在温度为100℃‑150℃的环境中进行热交联，有益效果：亲水改性溶液的溶剂为水、二甲基亚砜和乙醇组成的复配溶剂，形成了包括聚乙烯醇、马来酸或戊二醛、氨基磺酸的溶液，在通过浸渍、喷淋或涂布工艺后，在聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内铺展有亲水改性溶液；液相的亲水改性溶液发生溶剂蒸发并同步进行交联，使聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内具有亲水性。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯微孔膜改性技术领域，尤其涉及一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜、制备工艺及其用途。
背景技术
聚丙烯微孔膜表面不亲水，在用于水性液体的过滤时，需要进行亲水改性，目前，聚丙烯微孔膜的亲水改性存在工序多、改性不均匀的缺陷。
鉴于此，亟需开发一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜、制备工艺及其用途，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于揭示一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜、制备工艺及其用途。
本发明的第一个发明目的，是开发一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺。
本发明的第二个发明目的，是开发一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜。
本发明的第三个发明目的，是开发一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的用途。
为实现上述第一个发明目的，本发明提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S1：拉伸制备厚度为20μm-100μm、孔隙率为50％-65％的聚丙烯微孔膜；
步骤S2：配制亲水改性溶液，所述亲水改性溶液包括质量分数为50％-65％的乙醇、3％-5％的二甲基亚砜、0.5％-3％的聚乙烯醇、0.2％-1.0％的马来酸或戊二醛，0.05％-0.10％的氨基磺酸，其余为水；
步骤S3：聚丙烯微孔膜以0.10m/min-5.0m/min的速度经过容纳所述亲水改性溶液的容器，得到浸渍膜；
步骤S4：浸渍膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层。
为实现上述第一个发明目的，本发明还提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S1：拉伸制备厚度为20μm-100μm、孔隙率为50％-65％的聚丙烯微孔膜；
步骤S2：配制亲水改性溶液，所述亲水改性溶液包括质量分数为50％-65％的乙醇、3％-5％的二甲基亚砜、0.5％-3％的聚乙烯醇、0.2％-1.0％的马来酸或戊二醛，0.05％-0.10％的氨基磺酸，其余为水；
步骤S3：通过喷淋头将所述亲水改性溶液喷于以0.10m/min-5.0m/min的速度移动的聚丙烯微孔膜的两个表面，得到喷淋膜；
步骤S4：喷淋膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层。
为实现上述第一个发明目的，本发明还提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S1：拉伸制备厚度为20μm-100μm、孔隙率为50％-65％的聚丙烯微孔膜；
步骤S2：配制亲水改性溶液，所述亲水改性溶液包括质量分数为50％-65％的乙醇、3％-5％的二甲基亚砜、0.5％-3％的聚乙烯醇、0.2％-1.0％的马来酸或戊二醛，0.05％-0.10％的氨基磺酸，其余为水；
步骤S3：聚丙烯微孔膜以0.10m/min-5.0m/min的速度移动并通过涂布工艺在其两个表面涂布所述亲水改性溶液，得到涂布膜；
步骤S4：涂布膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层。
优选地，所述亲水膜的孔隙率为50％-65％，在100kPa水压时，亲水膜的水通量≥0.5m3/m2·h。
优选地，所述亲水膜的纯水湿润时间≤5s。
优选地，所述亲水改性溶液的溶剂蒸发和热交联在同一个工序中完成。
优选地，在步骤S4中，热交联温度为100℃-150℃；聚丙烯微孔膜移动速度为0.5m/min-3m/min，风速度0.5m/s-2m/s。
基于相同的发明原理，为实现上述第二个发明目的，本发明提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜，包括聚丙烯微孔膜及热交联于所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面的亲水层；
所述亲水层由聚乙烯醇和马来酸热交联形成。
基于相同的发明原理，为实现上述第二个发明目的，本发明还提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜，包括聚丙烯微孔膜及热交联于所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面的亲水层；
所述亲水层由聚乙烯醇和戊二醛热交联形成。
基于相同的发明原理，为实现上述第三个发明目的，本发明还提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的用途，第二发明创造所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜用于废水处理的膜生物反应器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
亲水改性溶液的溶剂为水、二甲基亚砜和乙醇组成的复配溶剂，形成了包括聚乙烯醇、马来酸或戊二醛、氨基磺酸的溶液，其中，水和二甲基亚砜溶解聚乙烯醇、马来酸、戊二醛和氨基磺酸，聚乙烯醇、马来酸、戊二醛是交联的原料，氨基磺酸是交联反应的催化剂，乙醇是表面张力调整剂，使亲水改性溶液能够自发地渗透到聚丙烯微孔膜的膜孔内；在通过浸渍、喷淋或涂布工艺后，在聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内铺展有亲水改性溶液；再通过一次热处理，使液相的亲水改性溶液发生溶剂蒸发并同步进行交联，随着乙醇和水、二甲基亚砜的蒸发，聚乙烯醇、马来酸或戊二醛的浓度不断提高，在氨基磺酸的催化下聚乙烯醇、马来酸或戊二醛形成网状的交联结构并粘附于聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内，使聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内的聚丙烯膜孔表面具有亲水层，在用于废水处理的膜生物反应器时，亲水性良好，水通量大且阻力小。
附图说明
图1为本发明高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺流程图。
图2为本发明亲水聚丙烯微孔膜电镜图。
图3为本发明聚乙烯醇与戊二醛形成网状的交联结构的原理图。
图4为本发明聚乙烯醇与马来酸形成网状的交联结构的原理图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下通过多个实施例对本发明的具体实现过程予以阐述。
实施例一：
参见图1，本实施例揭示一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S1：拉伸制备厚度为20μm-100μm、孔隙率为50％-65％的聚丙烯微孔膜；具体地，聚丙烯微孔膜的外表面及膜孔内均疏水，无法直接用于废水处理的膜生物反应器。
步骤S2：配制亲水改性溶液，所述亲水改性溶液包括质量分数为50％-65％的乙醇、3％-5％的二甲基亚砜、0.5％-3％的聚乙烯醇、0.2％-1.0％的马来酸或戊二醛，0.05％-0.10％的氨基磺酸，其余为水；具体地，亲水改性溶液的溶剂为水、二甲基亚砜和乙醇组成的复配溶剂，形成了包括聚乙烯醇、马来酸或戊二醛、氨基磺酸的溶液。
步骤S3：聚丙烯微孔膜以0.10m/min-5.0m/min的速度经过容纳所述亲水改性溶液的容器，得到浸渍膜；具体地，在水、二甲基亚砜和乙醇组成的复配溶剂的作用下，聚丙烯微孔膜被浸透，在聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内铺展有亲水改性溶液，亲水改性溶液附着在了聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面。
步骤S4：浸渍膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层。具体地，聚丙烯膜孔表面包括了聚丙烯微孔膜的两个外表面及膜内的孔表面，热交联温度为100℃-150℃，聚丙烯微孔膜移动速度为0.5m/min-3m/min，风速度0.5m/s-2m/s；在热交联过程中，同步发生溶剂蒸发，即亲水改性溶液的溶剂蒸发和热交联在同一个工序中完成，提高了亲水效果的一致性。随着乙醇和水、二甲基亚砜的蒸发，聚乙烯醇、马来酸或戊二醛的浓度不断提高，在氨基磺酸的催化下聚乙烯醇、马来酸或戊二醛形成网状的交联结构并粘附于聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内，使聚丙烯微孔膜的两个表面及膜内的孔表面具有亲水层，聚丙烯微孔膜的两个表面及膜孔内均具有亲水性，在用于废水处理的膜生物反应器时，亲水性良好，水通量大且阻力小。
参见图3和图4，图3是聚乙烯醇和戊二醛在氨基磺酸的催化下形成网状的交联结构的原理图，图4是聚乙烯醇和马来酸在氨基磺酸的催化下形成网状的交联结构的原理图，图3中，聚乙烯醇中的羟基与戊二醛中的醛基形成交联网络，图4中，马来酸中的羧基和聚乙烯醇的羟基形成交联网络；热交联和溶剂蒸发在同一个步骤中完成，形成了图2所示的亲水聚丙烯微孔膜，大大简化了工艺，所述亲水膜的孔隙率为50％-65％，在100kPa水压时，亲水膜的水通量≥0.5m3/m2·h，所述亲水膜的纯水湿润时间≤5s。
通过步骤S1-S4，亲水聚丙烯微孔膜的性能参数参见表1。
表1亲水聚丙烯微孔膜的性能参数
实施例二：
与实施例一的不同之处在于，在步骤步骤S3中，通过喷淋头将所述亲水改性溶液喷于以0.10m/min-5.0m/min的速度移动的聚丙烯微孔膜的两个表面，得到喷淋膜；在步骤S4中，喷淋膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层；相较于浸渍工艺，喷淋工艺的亲水改性溶液的用量更少，且喷淋的亲水改性溶液浓度稳定，有助于亲水层的均匀性。
本实施例所揭示的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺与实施例一中具有相同部分的技术方案，请参实施例一中，在此不再赘述。
实施例三：
与实施例一的不同之处在于，在步骤步骤S3中，聚丙烯微孔膜以0.10m/min-5.0m/min的速度移动并通过涂布工艺在其两个表面涂布所述亲水改性溶液，得到涂布膜；在步骤S4中，涂布膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层；相较于浸渍工艺，涂布工艺的亲水改性溶液的用量更少，且涂布的亲水改性溶液浓度稳定，有助于亲水层的均匀性。
本实施例所揭示的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺与实施例一中具有相同部分的技术方案，请参实施例一中，在此不再赘述。
实施例四：
本实施例提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜，包括聚丙烯微孔膜及热交联于所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层；聚丙烯膜孔表面包括了聚丙烯微孔膜的两个外表面及膜内的孔表面，所述亲水层由聚乙烯醇和马来酸热交联形成，热交联原理图参见图4。具体而言，通过实施例一、实施例二或实施例三所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺得到本实施例的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜，高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的性能参数参见表1。
本实施例所揭示的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜与实施例一、实施例二或实施例三中具有相同部分的技术方案，请参见实施例一、实施例二或实施例三，在此不再赘述。
实施例五：
与实施例四的不同之处在于，亲水层3由聚乙烯醇和戊二醛热交联形成，热交联原理图参见图3。具体而言，通过实施例一、实施例二或实施例三所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺得到本实施例的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜，高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的性能参数参见表1。
本实施例所揭示的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜与实施例四中具有相同部分的技术方案，请参见实施例四，在此不再赘述。
实施例六：
本实施例提供了一种高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的用途，实施例四或实施例五所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜用于废水处理的膜生物反应器，具有表面亲水，且膜孔亲水的特点，亲水性能优，水通量大且阻力小，能显著提高膜生物反应器的废水处理效果。
本实施例所揭示的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的用途与实施例四或实施例五中具有相同部分的技术方案，请参见实施例四或实施例五，在此不再赘述。
Claims (10)
1.高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：拉伸制备厚度为20μm-100μm、孔隙率为50％-65％的聚丙烯微孔膜；
步骤S2：配制亲水改性溶液，所述亲水改性溶液包括质量分数为50％-65％的乙醇、3％-5％的二甲基亚砜、0.5％-3％的聚乙烯醇、0.2％-1.0％的马来酸或戊二醛，0.05％-0.10％的氨基磺酸，其余为水；
步骤S3：聚丙烯微孔膜以0.10m/min-5.0m/min的速度经过容纳所述亲水改性溶液的容器，得到浸渍膜；
步骤S4：浸渍膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层。
2.高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：拉伸制备厚度为20μm-100μm、孔隙率为50％-65％的聚丙烯微孔膜；
步骤S2：配制亲水改性溶液，所述亲水改性溶液包括质量分数为50％-65％的乙醇、3％-5％的二甲基亚砜、0.5％-3％的聚乙烯醇、0.2％-1.0％的马来酸或戊二醛，0.05％-0.10％的氨基磺酸，其余为水；
步骤S3：通过喷淋头将所述亲水改性溶液喷于以0.10m/min-5.0m/min的速度移动的聚丙烯微孔膜的两个表面，得到喷淋膜；
步骤S4：喷淋膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层。
3.高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：拉伸制备厚度为20μm-100μm、孔隙率为50％-65％的聚丙烯微孔膜；
步骤S2：配制亲水改性溶液，所述亲水改性溶液包括质量分数为50％-65％的乙醇、3％-5％的二甲基亚砜、0.5％-3％的聚乙烯醇、0.2％-1.0％的马来酸或戊二醛，0.05％-0.10％的氨基磺酸，其余为水；
步骤S3：聚丙烯微孔膜以0.10m/min-5.0m/min的速度移动并通过涂布工艺在其两个表面涂布所述亲水改性溶液，得到涂布膜；
步骤S4：涂布膜在温度为100℃-150℃的环境中进行热交联，在所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面形成亲水层。
4.如权利要求1-3任一所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，其特征在于，所述亲水膜的孔隙率为50％-65％，在100kPa水压时，亲水膜的水通量≥0.5m3/m2·h。
5.如权利要求1-3任一所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，其特征在于，所述亲水膜的纯水湿润时间≤5s。
6.如权利要求1-3任一所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，其特征在于，所述亲水改性溶液的溶剂蒸发和热交联在同一个工序中完成。
7.如权利要求1-3任一所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜的制备工艺，其特征在于，在步骤S4中，热交联温度为100℃-150℃；聚丙烯微孔膜移动速度为0.5m/min-3m/min，风速度0.5m/s-2m/s。
8.高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜，其特征在于，包括聚丙烯微孔膜及热交联于所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面的亲水层；
所述亲水层由聚乙烯醇和马来酸热交联形成。
9.高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜，其特征在于，包括聚丙烯微孔膜及热交联于所述聚丙烯微孔膜的聚丙烯膜孔表面的亲水层；
所述亲水层由聚乙烯醇和戊二醛热交联形成。
10.权利要求9或10所述的高孔隙率亲水聚丙烯微孔膜用于废水处理的膜生物反应器。
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