CN107626212B - 偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方及方法 - Google Patents
偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种偏二氯乙烯‑氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方及方法，该配方包括20～45wt.％的偏二氯乙烯‑氯乙烯共聚物、0～5wt.％的无机添加剂、0～5wt.％的热稳定剂和45～80wt.％的稀释剂；制备方法包括如下步骤：1)将偏二氯乙烯‑氯乙烯共聚物干燥，再与制膜配方中其它组分混合，在120～140℃条件下混合均匀，形成均相溶液，再在相同温度下真空脱泡，得到铸膜液；2)将铸膜液在140～160℃的刮膜板上，刮制成膜；在凝固浴中固化成形；3)利用乙醇萃取稀释剂，再用蒸馏水清除残余乙醇，得到偏二氯乙烯‑氯乙烯共聚物多孔膜。该方法采用热致相分离法，制备过程简单，成膜强度高，便于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及膜技术领域，特别是涉及偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方及方法。
背景技术
热致相分离法(Thermally Induced Phase Separation，TIPS)是20世纪80年代兴起的一种通过相转化过程制备聚合物膜的方法，它的优点是不但能够用于常规聚合物膜的制备，还能制备常温溶解性差、高结晶、难熔的聚合物膜，因此应用更加的广泛。相对而言，非溶剂致相分离法具有如下特点：成膜孔径分布宽、指状孔膜强度低，无法使常温难溶的结晶高聚物制备成膜；热致相分离法所得膜孔径分布窄、强度高，成膜材料多，而且热致相分离法能形成更多的膜结构形态，可以通过调节参数来调整膜结构，满足实际应用需要，在分离膜领域具有更大的发展潜力。
偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物，也叫聚(偏二氯乙烯-氯乙烯)，英文缩写为P(VDC-co-VC)，是以偏二氯乙烯(VDC)为主要单体和氯乙烯(VC)为第二单体合成的无毒、无味、淡黄色共聚物，具有头尾相连的线性聚合链结构，使分子链形成紧密结晶，而且分子链中的氯原子容易与氢原子结合，阻止水分子和氧原子在分子链中移动，从而具有良好的阻氧和隔湿性能；此外，偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物还具有高强韧性、良好的化学稳定性，这些优点适合于复杂环境下的膜分离。专利CN106310971A公开了一种含氯共聚物中空纤维膜的制膜配方及制备方法，该方法采用非溶剂致相分离法成功制备了偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物中空纤维膜，解决了偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物不易成型、孔隙率低的问题，虽然低温纺丝使得成膜强度虽然有所提高，但是强度还是较低。由于偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物结晶度高，因此稀释剂的选择至关重要，它会影响膜的结晶过程和膜的最终形态，从而影响膜的孔隙大小、强度、通量等。目前未见有用热致相分离法制备偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的文献报道。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方及方法，其适用于热致相分离法，制备方法简单，成本低，便于工业化生产。
为此，本发明的技术方案如下：
一种偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方，其适用于热致相分离法，包括以下组分：
所述无机添加剂为：纳米二氧化硅、片层石墨烯，或两者的混合物；
所述热稳定剂为：钙/锌液体稳定剂、钡/锌液体稳定剂，或者环氧值大于6％的环氧大豆油；
所述稀释剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯，或者二苯甲酮与邻苯二甲酸二甲酯或邻苯二甲酸二乙酯以任意比的混合物。
一种偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方，其适用于热致相分离法，包括以下组分：
所述无机添加剂为：纳米二氧化硅、片层石墨烯，或两者的混合物；
所述热稳定剂为：钙/锌液体稳定剂、钡/锌液体稳定剂，或者环氧值大于6％的环氧大豆油；
所述稀释剂为二苯甲酮。
进一步，所述无机添加剂的含量为2～4wt.％。
利用上述任一制膜配方制备偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的方法，包括如下步骤：
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物干燥，再与制膜配方中其它组分混合，在120～140℃条件下混合均匀，形成均相溶液，再在120～140℃下真空脱泡，得到铸膜液；
2)将所述铸膜液在140～160℃的刮膜板上，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；
3)将步骤2)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，再利用蒸馏水清除残余的乙醇，得到所述偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
进一步，步骤1)中干燥偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的条件为：在60℃真空条件下至少处理12h。
进一步，步骤2)中凝固浴为水、乙醇或者两者的混合液。
进一步，步骤2)中凝固浴的温度为0～70℃。
注：热稳定剂的具体选择与稀释剂的种类及其混合比例有关。
该制备方法配制铸膜液的温度范围为120～140℃，成膜温度范围为140～160℃，具体工艺实施的温度选择与稀释剂的种类及混合比例有关。
通过热致相分离法解决了偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物常温溶解粘度低，不利于纺丝和成膜过程中易收缩的难题，成膜配方中聚合物浓度较高，辅以无机添加剂，在较高的粘度条件下解决了膜易收缩起皱的问题。同时，采用热致相分离法制膜过程简便、控制参数少、成膜孔径分布窄、制得膜的形态易于控制。
附图说明
图1为实施例1得到的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的下表面形貌电镜图；
图2是实施例2得到的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的下表面形貌电镜图；
图3是实施例4得到的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的下表面形貌电镜图；
图4是实施例5得到的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的下表面形貌电镜图。
图5是实施例7得到的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的断面形貌电镜图。
图6是实施例8得到的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的断面形貌电镜图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂与二苯甲酮在120℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在120℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为25％，二苯甲酮的质量分数为75％；
3)将所述铸膜液倒在已经于140℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为140±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃无水乙醇；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
从图1可以看出膜表面结构是双连续结构，网状结构呈丝状，并有弯曲勾连状，这说明在此浓度下，膜具有很高的孔隙率。膜厚度为0.063mm，表面粗糙度为1.051×10-3mm，断裂强度为1.06MPa，断裂伸长率为50.5％，接触角为64.5°，纯水通量为40.02L/m2·h。
实施例2
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂与二苯甲酮在120℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在120℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为30％，二苯甲酮的质量分数为70％；
3)将所述铸膜液倒在已经于140℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为140±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃无水乙醇；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
从图2可以看出膜表面结构呈半圆花瓣状，比较图1，图2孔隙明显减少，说明浓度升高开始使结构由双连续结构变为更为紧密的花瓣状结构。膜厚度为0.220mm，表面粗糙度为2.489×10-3mm，断裂强度为1.58MPa，断裂伸长率为8.5％，接触角为83.4°，纯水通量为63.08L/m2·h。
实施例3
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂与二苯甲酮在120℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在120℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为25％，二苯甲酮的质量分数为75％；
3)将所述铸膜液倒在已经于140℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为140±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃水；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
经测试：该膜厚度为0.044mm，表面粗糙度为1.539×10-3mm，断裂强度为0.75MPa，断裂伸长率为32.6％，接触角为72.1°，纯水通量为716.20L/m2·h；
实施例4
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂、邻苯二甲酸二甲酯与环氧大豆油在135℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在135℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为25％，邻苯二甲酸二甲酯的质量分数为74％，环氧大豆油(环氧值>6％)为1％；
3)将所述铸膜液倒在已经于155℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为155±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃水；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
从图3可以看出，膜表面结构也是一种网状的双连续结构，可是比较于图1，图3的膜结构网状粗糙、孔径粗大、孔隙更多，说明在此浓度下邻苯二甲酸二甲酯为稀释剂的成孔效果比二苯甲酮为稀释剂的要好。膜厚度为0.065mm，表面粗糙度为1.316×10-3mm，断裂强度为1.63MPa，断裂伸长率为8.8％，接触角为85.5°，纯水通量为53.31L/m2·h。
实施例5
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂、邻苯二甲酸二甲酯与环氧大豆油在140℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在140℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为30％，邻苯二甲酸二甲酯的质量分数为69％，环氧大豆油(环氧值>6％)为1％；
3)将所述铸膜液倒在已经于160℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为160±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃水；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
从图4可以明显看出，膜表面结构很紧密，孔径微小；对比图3，图4变化比较大，而图1和图2的变化明显没有图3和图4的变化大，说明浓度变化对于邻苯二甲酸二甲酯为稀释剂的体系影响非常大。膜厚度为0.183mm，表面粗糙度为1.518×10-3mm，断裂强度为4.52MPa，断裂伸长率为7.0％，接触角为93°，纯水通量为32.83L/m2·h。
实施例6
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂、邻苯二甲酸二甲酯与钙/锌液体稳定剂在140℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在140℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为40％，邻苯二甲酸二甲酯的质量分数为59％，钙/锌液体稳定剂的质量分数为1％；
3)将所述铸膜液倒在已经于160℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为160±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃水；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
经测试：该膜厚度为0.245mm，表面粗糙度为1.605×10-3mm，断裂强度为5.21MPa，断裂伸长率为11.7％，接触角为105.3°，纯水通量为20.94L/m2·h。
实施例7
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂、二苯甲酮和纳米二氧化硅在120℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在120℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为30％，二苯甲酮的质量分数为68％，纳米二氧化硅的质量分数为2％；
3)将所述铸膜液倒在已经于140℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为140±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃乙醇；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
从图5可以看到膜样品的横截面比较致密，经测试：该膜厚度为0.135mm，表面粗糙度为3.542×10-3mm，断裂强度为1.01MPa，断裂伸长率为7.2％，接触角为90.4°，纯水通量为70.22L/m2·h。
实施例8
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂在60℃真空条件下干燥12h；
2)将步骤1)干燥后的偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物树脂、二苯甲酮和环氧大豆油在135℃油浴下充分搅拌，混合均匀，形成均相溶液，在135℃条件下真空脱泡，得到铸膜液；
其中偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的质量分数为35％，二苯甲酮的质量分数为62％，环氧大豆油(环氧值>6％)为3％；
3)将所述铸膜液倒在已经于155℃预热0.5h的洁净玻璃板上，玻璃板温度为155±2℃，运行自动刮膜机，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；凝固浴为20℃乙醇；
4)将步骤3)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，待稀释剂完全萃取之后用蒸馏水清洗去除残留乙醇，即得到偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
从图6可以看出膜内部结构随固含量的提高，由整体均质结构变成靠近玻璃一侧疏松然后逐渐靠近空气一侧而变得致密的渐变结构，经测试：该膜厚度为0.175mm，表面粗糙度为1.168×10-3mm，断裂强度为1.75MPa，断裂伸长率为19.2％，接触角为76.6°，纯水通量为30.22L/m2·h。
Claims (7)
1.一种偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方，其适用于热致相分离法，特征在于包括以下组分：
所述无机添加剂为：纳米二氧化硅、片层石墨烯，或两者的混合物；
所述热稳定剂为：钙/锌液体稳定剂、钡/锌液体稳定剂，或者环氧值大于6％的环氧大豆油；
所述稀释剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯，或者二苯甲酮与邻苯二甲酸二甲酯或邻苯二甲酸二乙酯以任意比的混合物。
2.一种偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制膜配方，其适用于热致相分离法，特征在于包括以下组分：
所述无机添加剂为：纳米二氧化硅、片层石墨烯，或两者的混合物；
所述热稳定剂为：钙/锌液体稳定剂、钡/锌液体稳定剂，或者环氧值大于6％的环氧大豆油；
所述稀释剂为二苯甲酮。
3.如权利要求1或2所述制膜配方，其特征在于：所述无机添加剂的含量为2～4wt.％。
4.利用如权利要求1～3中任意一项所述制膜配方制备偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物干燥，再与制膜配方中其它组分混合，在120～140℃条件下混合均匀，形成均相溶液，再在120～140℃下真空脱泡，得到铸膜液；
2)将所述铸膜液在140～160℃的刮膜板上，刮制成膜；然后将附有膜的刮膜板置于凝固浴中固化成形，膜从刮膜板上脱落；
3)将步骤2)最终得到的膜置于无水乙醇中萃取出残余稀释剂，再利用蒸馏水清除残余的乙醇，得到所述偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于：步骤1)中干燥偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物的条件为：在60℃真空条件下至少处理12h。
6.如权利要求4所述方法，其特征在于：步骤2)中凝固浴为水、乙醇或者两者的混合液。
7.如权利要求4所述方法，其特征在于：步骤2)中凝固浴的温度为0～70℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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