CN106474941A - 一种聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法，包括如下步骤：1）将全氟烷基丙烯酸酯聚合物作为溶质，醋酸丁酯作为溶剂，配制成改性溶液；2）将改性溶液放置于改性器具中进行水浴加热，改性溶液达到预定温度后，将待疏水改性的聚偏氟乙烯中空纤维膜浸没在改性溶液中，反应一定时间后取出；3）用酒精和去离子水清洗聚偏氟乙烯中空纤维膜膜丝表面的残留液体；将膜丝放入烘箱中干燥即可得到疏水改性后的聚偏氟乙烯中空纤维膜。本发明操作过程简单，成本低；膜表面疏水性能大大提高，疏水性能完全满足疏水中空纤维膜使用要求。

Description

一种聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法
技术领域
本发明涉及中空纤维膜膜材料疏水改性技术，具体指一种聚偏氟乙烯中空纤维膜疏水改性方法，属于膜材料疏水改性技术领域。
背景技术
由于聚偏氟乙烯中空纤维膜常用于膜气分离和膜蒸馏等系统中，而上述系统要求膜组件有较高的疏水性以避免膜组件润湿影响系统性能，因此必须对PVDF中空纤维膜进行疏水改性。PVDF中空纤维膜疏水改性效果判定，主要依据接触角的测量，接触角大于90°表现为疏水性且角度越大疏水性能越好。目前疏水表面制备可通过以下两种途径来实现；一是降低材料表面的表面能；二是提高材料表面的粗糙度。提高表面粗糙度主要是通过纳米喷涂或者腐蚀膜表面等方法来实现，用来改性膜表面的有机纳米粒子存在粘结性不强、成本高等问题。降低材料表面能的方法，主要是通过接枝或者交联反应在膜表面修饰上低表面能的物质，从而降低膜材料的表面能，达到提高疏水性的效果，此种改性方法达到的疏水性长期有效且稳定，是一种常用的方法，但所用改性物料多操作过程复杂，是目前面临的主要问题。因此，操作简单、产品易得的膜表面改性方法是提高分离膜疏水性能的发展方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种聚偏氟乙烯中空纤维膜疏水改性方法，本疏水改性方法可大大提高膜表面疏水性能，且可以明显降低改性成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将全氟烷基丙烯酸酯聚合物作为溶质，醋酸丁酯作为溶剂，配制成改性溶液，改性溶液的浓度为0.24-0.42g/L；
2)将改性溶液放置于改性器具中进行水浴加热，改性溶液达到预定温度后，将待疏水改性的聚偏氟乙烯中空纤维膜浸没在改性溶液中，反应一定时间后取出；预定温度为60-80℃，反应时间为1-3小时；
3)用酒精和去离子水清洗聚偏氟乙烯中空纤维膜膜丝表面的残留液体；将膜丝放入烘箱中干燥即可得到疏水改性后的聚偏氟乙烯中空纤维膜。
所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在改性前进行预处理，预处理是将聚偏氟乙烯中空纤维膜用酒精和去离子水清洗，然后在烘箱中烘干即可。
步骤2)改性溶液预定温度优选70℃，反应时间优选1小时。
所述改性溶液浓度优选0.42g/L。
所述烘箱的烘干温度为100℃，烘干时间为2小时。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用全氟烷基丙烯酸酯聚合物作为改性物质，具有改性物质单一的特点，故操作过程简单，成本低。
2、本方法得到的膜表面接触角测试结果表明：强度随养护时间的增加而明显增加，PVDF中空纤维膜原膜接触角为92.6°，疏水改性后接触角最大为128.3°，提高了35.7°。因此，本发明膜表面疏水性能可大大提高，疏水性能完全满足疏水中空纤维膜使用要求。
具体实施方式
本发明聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性方法，包括如下步骤：
1)将全氟烷基丙烯酸酯聚合物作为溶质，醋酸丁酯作为溶剂，配制成改性溶液，改性溶液的浓度为0.24-0.42g/L；
2)将改性溶液放置于改性器具中进行水浴加热，改性溶液达到预定温度后，将待疏水改性的聚偏氟乙烯中空纤维膜浸没在改性溶液中，反应一定时间后取出；预定温度为60-80℃，反应时间为1-3小时；
3)用酒精和去离子水交替清洗聚偏氟乙烯中空纤维膜膜丝表面的残留液体；将膜丝放入烘箱中干燥即可得到疏水改性后的聚偏氟乙烯中空纤维膜。所述烘箱的烘干温度为100℃，烘干时间为2小时。
所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在改性前进行预处理，预处理是将聚偏氟乙烯中空纤维膜用酒精和去离子水交替清洗，然后在烘箱中烘干即可。所述烘箱的烘干温度为100℃，烘干时间为2小时。
在制备PVDF中空纤维膜时需要添加一些亲水剂成分以改善膜的孔径大小和成分，而保留在膜壁及膜孔中的亲水剂会降低膜的疏水性，预处理的主要目的是去除残留的亲水剂，提高改性膜的疏水性。
全氟烷基丙烯酸酯聚合物具有良好的热稳定性和较低的表面能，用其对PVDF中空纤维膜进行处理时，其侧链上的含氟基团与PVDF中空纤维膜表面交联，从而氟烷基均匀连续排列在基底表面，在其表面产生一层低表面能膜，从而起到疏水的效果。因此，用全氟烷基丙稀酸酯聚合物对PVDF中空纤维膜进行疏水改性是一种效果明显且简单易行的方法。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
按照下表1的因素水平表设计疏水改性实验，配制不同浓度的疏水改性溶液，按照表2得到不同改性溶液浓度、处理时间和处理温度下的具体实施例。表2中的A指改性溶液浓度，B指处理温度，C指处理时间。改性完成后将PVDF中空纤维膜清洗干净放入烘箱烘干即可。
表1因素水平表
分别将九个实施例得到的疏水改性PVDF中空纤维膜测试接触角。每组实验数据至少测3个样，取平均值。
接触角：研究结果表明：所有实验组的接触角都大于PVDF中空纤维膜原膜接触角92.6°，且试验号8*试样出现最大接触角为128.3°。因此从接触角方面考虑，此方法完全满足PVDF中空纤维膜疏水改性要求。
表2试验方案与试验结果表
通过上表可以看出，本发明疏水改性最佳组合方案为：改性溶液浓度0.42g/L，处理温度70℃，处理时间1h，此时接触角达到最大值，为128.3°，此时改性得到的PVDF中空纤维膜疏水性能最高。
最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将全氟烷基丙烯酸酯聚合物作为溶质，醋酸丁酯作为溶剂，配制成改性溶液，改性溶液的浓度为0.24-0.42g/L；
2）将改性溶液放置于改性器具中进行水浴加热，改性溶液达到预定温度后，将待疏水改性的聚偏氟乙烯中空纤维膜浸没在改性溶液中，反应一定时间后取出；预定温度为60-80℃，反应时间为1-3小时；
3）用酒精和去离子水清洗聚偏氟乙烯中空纤维膜膜丝表面的残留液体；将膜丝放入烘箱中干燥即可得到疏水改性后的聚偏氟乙烯中空纤维膜。
2.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法，其特征在于：所述聚偏氟乙烯中空纤维膜在改性前进行预处理，预处理是将聚偏氟乙烯中空纤维膜用酒精和去离子水清洗，然后在烘箱中烘干即可。
3.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法，其特征在于：步骤2）改性溶液预定温度优选70℃，反应时间优选1小时。
4.根据权利要求3所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法，其特征在于：所述改性溶液浓度优选0.42g/L。
5.根据权利要求1或2所述的聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法，其特征在于：所述烘箱的烘干温度为100℃，烘干时间为2小时。
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