CN103495348A - 一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜，其是用铸膜液经过成膜、亲水处理后干燥而成；所述铸膜液包括以质量百分数计的以下组分：聚氯乙烯8-30%、聚丙烯腈1-3%、聚乙二醇4-15%、亲水剂1-5%、余量为溶剂。本发明所述的聚氯乙烯中空纤维超滤膜增大聚氯乙烯中空纤维超滤膜的水通量和凝胶层的致密性，并提高了聚氯乙烯中空纤维超滤膜截留率。本发明的聚氯乙烯中空纤维超滤膜可用于水的净化、污水处理、中水回用、生物医用、饮料、糖酒、电子、化工等领域。
Description
技术领域
本发明属于高分子膜材料技术领域，具体涉及一种聚氯乙烯（PVC）中空纤维超滤膜及其制备方法。
背景技术
膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离技术。膜分离技术作为新型分离技术已广泛应用于气体分离、物料分离和水处理，其中水处理领域对膜产品的需求量最大，它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜分离技术发展迅速，已经广泛应用于许多领域，并且不断扩大，应用领域越来越广泛。在膜分离应用领域中，聚氯乙烯（PVC）具有优良的耐酸碱、耐高温、耐菌类、价格低廉、原材料易购等优点，可制成中空纤维微滤膜和中空纤维超滤膜；聚氯乙烯膜（PVC）的过滤方式分有内压式和外压式，也可灌封成中空纤维管式膜组件和MBR帘布式膜组件。虽然聚氯乙烯（PVC）应用领域广泛，具有诸多优点，但聚氯乙烯（PVC）膜亲水性差，通量较低，韧性较差等问题限制了其在超滤膜、微滤膜领域的进一步发展，而亲水化改性是提高PVC的超滤膜和微滤膜通量高，亲水性好、截留率高、抗污等有效的研究的重点。
聚氯乙烯（PVC）分离膜的亲水改性，多集中在表面改性和共混改性，由于聚氯乙烯（PVC）的热稳定性、化学稳定性较差，表面的处理时对膜的性能结构造成损害，共混接枝改性对膜工艺要求严格，由于膜干湿法工艺铸膜液的相转化很难控制，在工艺不稳定的情况下，对膜孔结构有影响、对膜通量、截留、强度都造成不稳定的现象，很难实现大规模的工业化生产。
目前，国内对于聚氯乙烯超滤膜和微滤膜的亲水化改性主要是采用共混方法，即通过添加亲水性较强的添加剂剂组，如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙二醇（PEG）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯酸等，在膜制备过程中同步实现亲水化改性的目的，上述添加剂在共混改性PVC膜时会得到较好的亲水性以及较大的通亮，使得调控结构成为可能，易于实现工业化生产。但是由于聚合物之间相容性差异，聚合物链结构多为线性，在成膜以及使用过程中易流失。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的在于提供一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜，增大聚氯乙烯膜的水通亮，提高凝胶层的致密性，获得高截留率的聚氯乙烯中空纤维超滤膜。
本发明的另一目的在于提供一种聚氯乙烯（PVC）中空纤维超滤膜的制备方法，获得一种高通量、高截留率、高强度的聚氯乙烯中空纤维超滤膜。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：
一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜，其是用铸膜液经过成膜、亲水处理后干燥而成；所述铸膜液包括以质量百分数计的以下组分：
聚氯乙烯8-30%
聚丙烯腈1-3%
聚乙二醇4-15%
亲水剂1-5%
余量为溶剂。
作为本发明进一步的方案，所述铸膜液包括以质量百分数计的以下组分：
聚氯乙烯15-20%
聚丙烯腈1-3%
聚乙二醇8-10%
亲水剂2-4%
余量为溶剂。
上述方案中，本发明所采用的溶剂为酰胺类溶剂，优选为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或两种混合。
本发明所采用的亲水剂为丙烯腈、苯乙烯中的一种或两种混合。
本发明所述的聚氯乙烯中空纤维超滤膜的接触角为50°-60°，水通亮为1050L/(m2·h·0.1mpa)以上，截留率为97-99%。
一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜的制备方法，其包括以下步骤：
1）配制铸膜液：将上述组分混合后，在40-90℃下搅拌，真空脱泡后得到铸膜液；
2）成膜处理：铸膜液经过纺丝机纺丝成真空纤维膜，然后浸入20-50℃去离子水凝固浴中，得到中空纤维超滤膜；纺制出中空纤维超滤膜进行拉伸；
3）亲水处理：将拉伸后的聚氯乙烯中空纤维超滤膜在亲水溶液中浸泡、冲洗，进行亲水化处理；
4）干燥：将亲水化处理的聚氯乙烯膜取出，在温室晾干。
优选的，步骤2）中纺丝温度为25-40℃，拉伸倍率为1-2倍。
优选的，步骤3）亲水溶液为亲水剂的水溶液，其的亲水剂的质量浓度为5%，亲水溶液的温度为20-62℃。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明主要通过聚合物合成双亲水性接枝共混物铸膜液，由于双亲水性改性使共混聚氯乙烯中空纤维超滤膜可以很快使膜被水浸润，这是因为双亲性接枝共聚物在相转化成膜时在膜及膜表面形成几百纳米的较致密的凝胶层，凝胶层与水分子发生水合作用，形成水分子通道，增大聚氯乙烯中空纤维超滤膜的水通亮和凝胶层的致密性，并提高了聚氯乙烯中空纤维超滤膜截留率。本发明的聚氯乙烯中空纤维超滤膜可用于水的净化、污水处理、中水回用、生物医用、饮料、糖酒、电子、化工等领域。
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
以下是本发明具体的实施例。
实施例1
一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜，通过以下方法制备：
（1）铸膜液配制工艺：以二甲基甲酰胺为溶剂，加入聚氯乙烯共混后，再加入聚丙烯腈（PAN）、丙烯酸、聚乙二醇在70℃溶解并搅拌12小时，真空脱泡得均相铸膜液；
（2）纺丝工艺:用纺丝机将所制的铸膜液纺真空纤维膜，去离子水为凝固浴，纺丝温度为30℃，空气层为30cm；
（3）拉伸工艺：在纺丝工艺后，对纺制出的聚氯乙烯中空纤维超滤膜进行拉伸，调节导丝轮的转速，控制拉伸位数为1.2倍；
（4）亲水化处理：将制得的聚氯乙烯中空纤维超滤膜在5%的亲水剂溶液浸泡6小时，进行亲水化后处理；
（5）干燥：将亲水化处理的聚氯乙烯中空纤维超滤膜取出，在温室晾干12小时得到亲水性的聚氯乙烯中空纤维超滤膜；
其中上述组分的用量分别为：
聚氯乙烯30%
聚丙烯腈1%
聚乙二醇4%
丙烯酸5%
余量为二甲基甲酰胺。
实施例2
一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜，通过以下方法制备：
（1）铸膜液配制工艺：以二甲基乙酰胺为溶剂，加入聚氯乙烯共混后，再加入聚丙烯腈（PAN）、苯乙烯、聚乙二醇在40℃溶解搅拌12小时，真空脱泡得均相铸膜液；
（2）纺丝工艺:用所制铸膜液纺真空纤维膜，去离子水为凝固浴，纺丝温度为30℃，空气层为30cm；
（3）拉伸工艺：在纺丝工艺后，对纺制出的聚氯乙烯中空纤维超滤膜进行拉伸，调节导丝轮的转速，控制拉伸位数为1.5倍；
（4）亲水化后处理工艺：将制得的聚氯乙烯中空纤维超滤膜在5%的亲水剂溶液浸泡6小时，进行亲水化后处理；
（5）干燥：将亲水化处理的聚氯乙烯中空纤维超滤膜取出，在温室晾干12小时得到亲水性的聚氯乙烯中空纤维超滤膜；
其中上述组分的用量分别为：
聚氯乙烯15%
聚丙烯腈2%
聚乙二醇10%
苯乙烯3%
余量为二甲基乙酰胺。
实施例3
一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜，通过以下方法制备：
（1）铸膜液配制工艺：以二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺为溶剂，加入聚氯乙烯共混后，再加入聚丙烯腈（PAN）、丙烯酸、苯乙烯、聚乙二醇在90℃溶解搅拌12小时，真空脱泡得均相铸膜液；
（2）纺丝工艺:用所制铸膜液纺真空纤维膜，去离子水为凝固浴，纺丝温度为30℃，空气层为30cm；
（3）拉伸工艺：在纺丝工艺后，对纺制出的聚氯乙烯中空纤维超滤膜进行拉伸，调节导丝轮的转速，控制拉伸位数为2倍；
（4）亲水化后处理工艺：将制得的聚氯乙烯中空纤维超滤膜在5%的亲水剂溶液（亲水剂5%去离子水95%）浸泡6小时，进行亲水化后处理；
（5）干燥：将亲水化处理的聚氯乙烯中空纤维超滤膜取出，在温室晾干12小时得到亲水性的聚氯乙烯中空纤维超滤膜；
其中上述组分的用量分别为：
聚氯乙烯8%
聚丙烯腈3%
聚乙二醇15%
亲水剂1%
余量为溶剂，所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺按照质量百分比为1:1的比例混合，所述亲水剂为丙烯酸、苯乙烯质量百分比为1:1的比例混合。
检测结果
对上述实施例1-3的聚氯乙烯中空纤维超滤膜的性能进行检测，检测结果见表1。
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 水通亮[L/（m2·h·0.1mpa）] | 1150 | 1070.7 | 1210.6 |
| 接触角 | 55.2度 | 58.5度 | 55.6度 |
| 截留率 | 97.8% | 98.2% | 97.9﹪ |
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种聚氯乙烯中空纤维超滤膜，其特征在于其是用铸膜液经过成膜、亲水处理后干燥而成；所述铸膜液包括以质量百分数计的以下组分：
聚氯乙烯8-30%
聚丙烯腈1-3%
聚乙二醇4-15%
亲水剂1-5%
余量为溶剂。
2.根据权利要求1所述的聚氯乙烯中空纤维超滤膜，其特征在于所述铸膜液包括以质量百分数计的以下组分：
聚氯乙烯15-20%
聚丙烯腈1-3%
聚乙二醇8-10%
亲水剂2-4%
余量为溶剂。
3.根据权利要求1或2所述的聚氯乙烯中空纤维超滤膜，其特征在于：所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或两种混合。
4.根据权利要求1或2所述的聚氯乙烯中空纤维超滤膜，其特征在于：所述亲水剂为丙烯腈、苯乙烯中的一种或两种混合。
5.根据权利要求1或2所述的聚氯乙烯中空纤维超滤膜，其特征在于：所述聚氯乙烯中空纤维超滤膜的接触角为50°-60°，水通亮为1050L/(m2·h·0.1mpa)以上，截留率为97-99%。
6.一种如权利要求1所述的聚氯乙烯中空纤维超滤膜的制备方法，其特征在于其包括以下步骤：
1）配制铸膜液：将上述组分混合后，在40-90℃下搅拌，真空脱泡后得到铸膜液；
2）成膜处理：铸膜液经过纺丝机纺丝成真空纤维膜，然后浸入20-50℃去离子水凝固浴中，得到中空纤维超滤膜；纺制出中空纤维超滤膜进行拉伸；
3）亲水处理：将拉伸后的聚氯乙烯中空纤维超滤膜在亲水溶液中浸泡、冲洗，进行亲水化处理；
4）干燥：将亲水化处理的聚氯乙烯膜取出，在温室晾干。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中纺丝温度为25-40℃，拉伸倍率为1-2倍。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤3）亲水溶液为亲水剂的水溶液，其的亲水剂的质量浓度为5%，亲水溶液的温度为20-62℃。
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Denomination of invention: A PVC hollow fiber ultrafiltration membrane and its preparation method Effective date of registration: 20230113 Granted publication date: 20151223 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Guangzhou Development Zone Branch Pledgor: Guangzhou Chaoyu Membrane Separation Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980031034 |
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