CN109331544B - 一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯及其制备方法，该方法包括以下步骤：将亲水性单体、交联剂及引发剂溶于溶剂中，混合均匀得改性溶液；聚乙烯粉末用所述改性溶液润湿后压入滤芯模具中，在滤芯模具中进行亲水性单体化学交联反应，然后进行烧结，即得持久亲水化改性后的聚乙烯滤芯产品。本发明采用亲水性单体包覆交联聚乙烯粉末颗粒，进行烧结制备得到持久亲水化的聚乙烯滤芯。该方法所制备的聚乙烯滤芯因亲水性单体在聚乙烯粉末颗粒表面包覆形成化学交联，故亲水性长期运行后可维持不变，从而可显著降低操作压力，改善污染程度，提升运行效率。

Description

一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域，具体涉及一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯及其制备方法。
背景技术
聚乙烯滤芯是由聚乙烯粉末为原料通过设定工艺烧结的过滤介质，具有较好的韧性和强度，耐腐蚀，耐有机溶剂，耐温性好，无毒无臭特性，符合GMP的要求，是化工、制药、环保行业应用的微孔过滤机的核心元件。但是与其他材质的过滤介质相比，聚乙烯滤芯更为疏水，因而使其操作压力提高，能耗增加，且更易发生污染，长期运行后处理效率明显降低。为解决这一问题，已有一些企业及研究人员采取了一些措施，如在聚乙烯滤芯内共混入一些亲水物质，如聚乙二醇，聚丙烯酰胺，钛白粉，白炭黑或硫酸钡等。但是这类技术虽可短时提升聚乙烯滤芯的亲水性，但是长期运行后，容易流失，长期改性效果依旧不佳。此外，由于超高分子量聚乙烯不仅熔体粘度大，而且没有合适的溶剂溶解，因而难以用常规技术进行接枝或共聚亲水化改性来实现持久改性，以致目前还未有持久亲水化改性聚乙烯滤芯的方法及产品。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯及改性方法。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于将亲水性单体、交联剂及引发剂溶于溶剂中，混合均匀得改性溶液；聚乙烯粉末用所述改性溶液润湿后压入滤芯模具中，在滤芯模具中进行亲水性单体化学交联反应，然后进行烧结，即得持久亲水化改性后的聚乙烯滤芯产品。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于所述聚乙烯粉末的分子量为10~500万。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于亲水性单体为甜菜碱两性离子、甲基丙烯酸羟乙酯或乙烯基吡咯烷酮。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于交联剂为不饱和烯烃，所述不饱和烯烃为亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯或季戊四醇三丙烯酸酯。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于引发剂为亚硫酸氢钠-过硫酸铵氧化还原体系、偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；所述亚硫酸氢钠-过硫酸铵氧化还原体系中，亚硫酸氢钠和过硫酸铵的摩尔比为1: 2。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于所述溶剂为水、乙醇或异丙醇。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于所述改性溶液中，亲水性单体与引发剂的摩尔比为20~100: 1，亲水性单体与交联剂的摩尔比为10~50:1，亲水性单体的质量浓度为10~30%；聚乙烯粉末用所述改性溶液润湿后，聚乙烯粉末与所述改性溶液中的亲水性单体的质量比为3~10: 1。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于亲水性单体化学交联反应的温度为20~80℃，时间为0.5~1h。
所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于烧结的温度为20~180℃，烧结压力为0.05~1 MPa，烧结时间为1~8h。
所述方法制备的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1. 本发明首次采用亲水性单体包覆交联聚乙烯粉末颗粒，进行烧结制备得到持久亲水化的聚乙烯滤芯。该方法所制备的聚乙烯滤芯因亲水性单体与聚乙烯粉末颗粒包覆且形成化学交联，故亲水性长期运行后可维持不变，从而可显著降低操作压力，改善污染程度，提升运行效率，节约运行成本。其原因在于首先含有引发剂、交联剂及亲水性单体的改性溶液充分浸润聚乙烯粉末，形成均匀的液膜层，进行亲水性单体化学交联反应、然后烧结过程中，在引发剂的作用下亲水性单体与交联剂聚合反应，在聚乙烯粉末颗粒表面形成稳定的化学交联网络，该技术不仅提升了聚乙烯滤芯的亲水性，更是由于在颗粒表面形成了化学交联网络包覆，使其在长期运行过程中稳定存在，不易流失。
2. 本发明工艺简单，易于工业化操作。将配制好的含有亲水性单体的改性溶液与聚乙烯粉末颗粒均匀浸润后，即可进行压实下反应并烧结成型，不需额外工艺步骤，易于工业化制备。
3. 本发明所采用的原材料为环境友好材料，不会发生二次污染。如改性单体为甜菜碱两性离子、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、乙烯基吡咯烷酮（NVP）；所用溶剂为水、乙醇、异丙醇等；引发剂为亚硫酸钠-过硫酸铵氧化还原体系、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰等；交联剂为亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）等。
综上所述，本发明具有方法上优势、成本优势及环境友好优势，且亲水化改性效果持久，具有广阔的工业化及市场前景，具有较好的经济效益及社会效益。
附图说明
图1为实施例1所得持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的微观形貌图；
图2为实施例1所得持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的水滴接触角图；
图3为实施例1所得持久亲水化改性的聚乙烯滤芯在0.1 MPa压力下，纯水过滤24h后水滴接触角图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
制备一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯，其方法如下：
1) 称取27.93g (0.1mol) 亲水性磺酸甜菜碱单体，所述亲水性磺酸甜菜碱单体为N-(3-磺丙基)-N-甲基丙烯氧乙基-N,N-二甲基铵甜菜碱，0.26g（2.5mmol）亚硫酸氢钠，1.14g（5mmol）过硫酸铵，1.54g（0.01 mol）亚甲基双丙烯酰胺，溶于65.17g的水中，室温混合均匀，得改性溶液（亲水性磺酸甜菜碱单体质量百分浓度29.1%）；
2) 将步骤1）所得改性溶液加入到83.79g聚乙烯粉末中（聚乙烯粉末的分子量10~500万），室温搅拌均匀混合，充分润湿，得湿润混合物；
3) 将步骤2）中所得湿润混合物压入滤芯模具中，在80℃恒定0.5h进行亲水性单体化学交联反应，然后施加0.05MPa的压力，以20℃/min的升温速率程序升温至180℃后，恒定温度1h进行烧结，自然冷却至室温，移除压力（即烧结后的聚乙烯从滤芯模具中取出），然后将烧结后的聚乙烯浸泡水中清洗干净，即得亲水化改性的聚乙烯滤芯；
本实施例中，磺酸甜菜碱单体的结构通式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
亚甲基双丙烯酰胺的化学结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
本实施例制备的亲水化改性的聚乙烯滤芯的微观形貌SEM图如图1所示。由图1可知，聚乙烯颗粒发生粘连，形成滤芯骨架；颗粒形成了较为均匀的孔隙，孔径约10~50μm。
对本实施例所得亲水化改性的聚乙烯滤芯的持久亲水性进行检验，检测所得亲水化改性的聚乙烯滤芯产品的水滴接触角图，检测结果如图2所示；检测所得亲水化改性的聚乙烯滤芯产品在0.1MPa压力下，纯水过滤24h后水滴接触角图，检测结果如图3所示；
对比图2和图3可知，采用本实施例制备得到的改性聚乙烯滤芯不仅可显著提高其亲水性，更为重要的是长期运行后，其亲水性几乎保持不变。其原因在于在聚乙烯颗粒粉末表面形成了亲水性单体化学键交联包覆。
实施例2：
制备一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯，其方法如下：
1）称取13.01g (0.1mol) 甲基丙烯酸羟乙酯，0.82g（5mmol）偶氮二异丁腈，0.99g（5mmol）二甲基丙烯酸乙二醇酯，溶于52.04g 的乙醇中，室温混合均匀，得改性溶液（甲基丙烯酸羟乙酯的质量百分浓度19.5%）；
2) 将步骤1）中所得改性溶液加入到65.05g聚乙烯粉末中（聚乙烯粉末的分子量10~500万），室温搅拌均匀混合，充分润湿，得湿润混合物；
3) 将步骤2）中所得湿润混合物压入滤芯模具中，在20℃恒定60min进行亲水性单体化学交联反应，然后施加0.5MPa的压力，以20℃/min的升温速率程序升温至140℃，恒定温度4h进行烧结，自然冷却至室温，移除压力，将烧结后的聚乙烯浸泡水中清洗干净，即得亲水化改性的聚乙烯滤芯；
本实施例中，甲基丙烯酸羟乙酯的化学结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
二甲基丙烯酸乙二醇酯的化学结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
实施例3：
1）称取11.11g (0.1mol)乙烯基吡咯烷酮，0.48g（2mmol）过氧化二苯甲酰，0.596g（2mmol）季戊四醇三丙烯酸酯，溶于99.99g 的异丙醇中，室温混合均匀，得改性溶液（乙烯基吡咯烷酮的质量百分浓度10%）；
2) 将步骤1）所得改性溶液加入到111.10g聚乙烯粉末中（聚乙烯粉末的分子量是10~500万），室温搅拌均匀混合，充分润湿，得湿润混合物；
3) 将步骤2）中所得湿润混合物压入滤芯模具中，在40℃恒定45min进行亲水性单体化学交联反应，然后施加1MPa的压力，以20℃/min的升温速率程序升温至120℃，恒定温度8h进行烧结。自然冷却至室温，移除压力，将烧结后的聚乙烯浸泡水中清洗干净，即得亲水化改性的聚乙烯滤芯；
本实施例中，乙烯基吡咯烷酮的化学结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
季戊四醇三丙烯酸酯的化学结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也仅仅于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于将亲水性单体、交联剂及引发剂溶于溶剂中，混合均匀得改性溶液；聚乙烯粉末用所述改性溶液润湿后压入滤芯模具中，在滤芯模具中进行亲水性单体化学交联反应，进行烧结，即得持久亲水化改性后的聚乙烯滤芯产品；
交联剂为不饱和烯烃，所述不饱和烯烃为亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯或季戊四醇三丙烯酸酯；
所述溶剂为水、乙醇或异丙醇；
所述改性溶液中，亲水性单体与引发剂的摩尔比为20~100: 1，亲水性单体与交联剂的摩尔比为10~50: 1，亲水性单体的质量浓度为10~30%；聚乙烯粉末用所述改性溶液润湿后，聚乙烯粉末与所述改性溶液中的亲水性单体的质量比为3~10: 1。
2.根据权利要求1所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于所述聚乙烯粉末的分子量为10~500万。
3.根据权利要求1所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于亲水性单体为甜菜碱两性离子、甲基丙烯酸羟乙酯或乙烯基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于引发剂为亚硫酸氢钠-过硫酸铵氧化还原体系、偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；所述亚硫酸氢钠-过硫酸铵氧化还原体系中，亚硫酸氢钠和过硫酸铵的摩尔比为1: 2。
5.根据权利要求1所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于进行亲水性单体化学交联反应的温度为20~80℃，时间为0.5~1h。
6.根据权利要求1所述的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯的制备方法，其特征在于烧结的温度为20~180℃，烧结压力为0.05~1 MPa，烧结时间为1~8h。
7.根据1~6任一所述方法制备的一种持久亲水化改性的聚乙烯滤芯。
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