CN111450585A - 一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及过滤材料领域，尤其涉及一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，包括以下步骤：步骤一：制备隔膜芯板用马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯；步骤二：将马来酸酐接枝改性聚丙烯、共聚聚丙烯混合制成成品粒料，将成品粒料制成初坯隔膜芯板；步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。本发明克服了现有技术中的聚丙烯隔膜芯板与隔膜片的粘性差，且不耐温的缺陷，通过本发明中的方法制备的聚丙烯隔膜芯板具有韧性好、强度高、耐高温、与隔膜片粘性好的有益效果。

Description

一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种制备聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，尤其涉及一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺。
背景技术
一般压滤机的滤板采用一块隔膜滤板和一块厢式滤板组合使用，其中厢式滤板为实心结构，隔膜滤板由膜片和芯板组成内部腔室结构。
隔膜滤板由两个膜片和芯板组成，通入外部介质(水或者压缩空气等)进入芯板与膜片之间的腔室内，使膜片鼓胀从而对隔膜滤板与厢式滤板组成的滤腔进行压缩，进而更好的分离，提高含固率。其中膜片为主要动部件，反复运动容易使膜片发生形变进而损坏。
现有的压滤机滤板隔膜芯板主要采用单一共聚聚丙烯材料。单一共聚聚丙烯材质的隔膜芯板韧性好，但与隔膜片的粘性差，且不耐温，所以使用范围受到限制。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的聚丙烯隔膜芯板与隔膜片之间的粘性差，且不耐温的缺陷，提供了一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，通过该制备工艺得到的聚丙烯隔膜芯板韧性好、强度高、耐高温、与隔膜片粘性好的优点，解决现有技术方案存在的上述问题。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：制备隔膜芯板用马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯(即改性接枝聚丙烯)；步骤二：将马来酸酐接枝改性聚丙烯、共聚聚丙烯(PPR)混合制成成品粒料，将成品粒料制成初坯隔膜芯板；步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。
聚丙烯包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。因结构规整而高度结晶化，熔点高达167℃。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点，但是其缺点是耐低温冲击性差，易老化，同时其与其他材料之间的粘结性能较差。因此，本发明将马来酸酐引入到聚丙烯材料中，使得聚丙烯材料的非极性主链中引入了强极性的侧基，使得马来酸酐接枝聚丙烯可以成为增进极性材料与非极性材料粘接性和相容性的桥梁。在生产填充聚丙烯时添加马来酸酐接枝聚丙烯，可极大地改善填料和聚丙烯亲和性和填料的分散性。故能有效地增强填料在聚丙烯中的分散，从而提高填充聚丙烯的拉伸、冲击强度以及粘结性能。本发明步骤一中的关键在于接枝率要高，粘性性能才好。这样在进行步骤二操作时，各种材质混合熔融的更为均匀。改性接枝聚丙烯和PPR分别用于增强最终产品(隔膜芯板)的韧性、耐温性、粘性和强度。各种基本材料的选择、混合的比例、混合的步骤、以及混合的均匀程度，对最终产品(隔膜芯板)的性能起到决定性的作用。
作为优选，所述的步骤一的工序如下：按重量份数：98-99份的共聚聚丙烯、1-1.98份的马来酸酐、0.02份甲助剂混合搅拌均匀，再经双螺杆机加热熔化挤出切粒，最后干燥装袋保存。
进一步优选，按重量份数计，所述的甲助剂包括：0.02份的引发剂，所述的引发剂为过氧化二异丙苯。
引发剂则有利于提高聚丙烯的接枝率，还增强了初坯芯板耐高温性、提高硬度及粘贴性。
作为优选，所述双螺杆机的长径比为(30-35)：(0.8-1.5)，料筒温度控制在180℃-220℃，转速为160r/min-220r/min。
作为优选，所述的步骤二的工序如下：按重量份数：将步骤一制得的10-20份的改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、80-90份的共聚聚丙烯混合搅拌，经单螺杆机挤出，经油压机模压形成初坯芯板。
熔融后的物质(半透明物质)如果从双螺杆机挤出后直接压制成型，可以简化生产工序，并减少物料冷却后再加热熔融压制所消耗的能源。但是，这样也不是较完美的工序，因为，在实际应用中，有时候需要选用不同颜色的隔膜片，需要添加色母料，如果直接添加到双螺杆机内，则需要较多的双螺杆机，且隔膜芯板物料的实际用量不容易控制，另外，需要配置更多的双螺杆机，而双螺杆机购买价格昂贵，将大幅增加企业的生产成本。
因此，所述的步骤二的工序还可以包括：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，再将成品粒料经单螺杆机熔融挤出，保持挤出物的温度，再转移到油压机中压制、冷却定型，形成初坯芯板。如果隔膜芯板需要不同颜色，将成品粒料和色母料加入单螺杆机混合熔融，再通过油压机压制成型。因为单螺杆机较双螺杆机的购买成本大幅下降，也降低了企业生产成本。
作为优选，将成品粒料送入单螺杆机熔融时，还可向单螺杆机中添加色母料与芯粒料混合熔融，挤出带颜色的挤出物。
作为优选，所述的步骤二的工序还包括：将所述的初坯芯板经圆盘铣板机铣至规定厚度。
因为油压机压制成型的芯板初坯，表面粗糙，还不能直接与主体芯板烘贴，通过圆盘铣板机的铣制，使芯板的表面(包括烘贴面和密封面)平整光滑。
作为优选，述单螺杆机的长径比为(28-33)：(0.8-1.5)，料筒温度控制在180℃-220℃，转速为30r/min-70r/min；所述油压机的压力为500t-1500t，经油压机压制，所述初坯芯板上的四周烘贴面厚度为47mm-48mm，芯板中有8个或4个凸台；将初坯芯板经圆盘铣板机铣制后，两边烘贴面厚度为41mm-42mm。
本发明具有的突出的实质性特点：采用该制备工艺制得的聚丙烯隔膜芯板，当马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯/PPR4220共混比为15/85到20/80时，隔膜芯板的硬度、韧性、耐温性、粘贴性等综合性能好；采用该制备工艺可以制得半透明的聚丙烯隔膜芯板，也可以根据实际情况制备成各种颜色的隔膜芯板，并且，材料利用合理，减少浪费。
附图说明
图1为本发明中制成芯板的横截面结构示意图。
其中：烘贴面1、凸台2、进料通孔3、过滤面4。
具体实施方式
以下结合说明书附图以及具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，步骤一：制备隔膜芯板用马来酸酐改性共聚聚丙烯(即改性接枝聚丙烯)；步骤二：将马来酸酐改性共聚聚丙烯、共聚聚丙烯(PPR)混合制成成品粒料，将成品粒料制成初坯芯板；步骤三：将初坯芯板与膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。制备过程中共聚聚丙烯采用通用牌号为PPR4220的材料。
步骤一的工序：按重量份数：98-99份的共聚聚丙烯、1-1.98份的马来酸酐、0.02份甲助剂混合搅拌均匀，再经双螺杆机挤出切粒，最后干燥装袋保存。按重量份数，甲助剂包括：0.02份的引发剂，所述的引发剂为过氧化二异丙苯(简称为DCP)。
需要说明的是，本发明中的马来酸酐的添加量经过严格的实验论证，根据实验得知，过多或者过少的马来酸酐的添加对改性接枝聚丙烯的性能有着重要的影响，其中当马来酸酐的添加量过低时(例如低于1wt％)时，聚丙烯的接枝率不高，使得其对聚丙烯的提升效果不明显，但是，当马来酸酐的添加量较高时，其虽然具有较高的接枝率，但是过多的未及时接枝的马来酸酐也会在聚丙烯中大量的残留，导致聚丙烯的性能大幅下降。
本发明中选用的引发剂为过氧化二异丙苯，但其并非是唯一选择，关于引发剂的选择还可以使用有机过氧化物引发剂、无机过氧化物引发剂、偶氮类引发剂或者氧化还原引发剂。其中有机过氧化物引发剂可以选择：过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或多种组合物。
无机过氧化物引发剂可以选择：如过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种或多种组合物。
偶氮类引发剂可以选择：偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或者偶氮二异丁酸二甲酯。
氧化还原引发剂可以选择：。过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、过氧化氢/酒石酸、过氧化氢/吊白块、过硫酸铵/硫酸亚铁、过氧化氢/硫酸亚铁、过氧化苯甲酰//N，N-二乙基苯胺、过氧化苯甲酰/焦磷酸亚铁、过硫酸钾/硝酸银、过硫酸盐/硫醇、异丙苯过氧化氢/氯化亚铁、过硫酸钾/氯化亚铁、过氧化氢/氯化亚铁、异丙苯过氧化氢/四乙烯亚胺等通过引发剂剂的添加，使马来酸酐和PPR非常均匀的熔合在一起，提高聚丙烯的接枝率，可以改善聚丙烯的综合性能。
步骤二的工序：按重量份数：所述的步骤二的工序：按重量份数：将步骤一制得的10-20份的马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、80-90份的共聚聚丙烯混合搅拌，经单螺杆机挤出，经油压机模压形成初坯芯板。
本发明中马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯的添加量也经过有目的的配比，由于本发明中的马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯其实作为相容改性剂添加到聚丙烯中，当其添加量较小时，其改性效果不明显，但当其添加量较大时，由于其粘结性能过高，导致初坯芯板脱模不易，难以制备得到无缺陷的成品，且制备得到的初坯芯板的力学性能也会有一定的下降，同时其成本也大幅提升。
熔融后的物质(半透明物质)如果从双螺杆机挤出后直接压制成型，可以简化生产工序，并减少物料冷却后再加热熔融压制所消耗的能源。但是，这样也不是较完美的工序，因为，在实际应用中，有时候需要选用不同颜色的隔膜片，需要添加色母料，如果直接添加到双螺杆机内，则需要较多的双螺杆机，且隔膜芯板物料的实际用量不容易控制，另外，需要配置更多的双螺杆机，而双螺杆机购买价格昂贵，将大幅增加企业的生产成本。
因此，所述的步骤二的工序还可以包括：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，再将成品粒料经单螺杆机熔融挤出，保持挤出物的温度，再转移到油压机中压制、冷却定型，形成初坯芯板。如果隔膜芯板需要不同颜色，将成品粒料和色母料加入单螺杆机混合熔融，再通过油压机压制成型。因为单螺杆机较双螺杆机的购买成本大幅下降，也降低了企业生产成本。
将成品粒料送入单螺杆机熔融时，还向单螺杆机中添加母料与粒料混合熔融，挤出带颜色的挤出物。
所述的步骤二的工序还包括：将所述的初坯芯板经圆盘铣板机铣至规定厚度。因为油压机压制成型的芯板初坯，表面粗糙，还不能直接与主体芯板烘贴，通过圆盘铣板机的铣制，使芯板的表面(包括烘贴面和密封面)平整光滑。
通常情况下，经油压机压制成型的初坯芯板表面较粗糙，还不能马上与膜片烘贴在一起，因此，步骤二的工序还包括：将所述的初坯芯板经圆盘铣板机铣至规定厚度。油压机的压力为500t-1500t(较常规的压力为1000t，t即为吨)，经油压机压制，如图1所示，初坯芯板上的四周烘贴面(1)的厚度a为47mm-48mm，芯板中的过滤区还包括一个过滤面4其上设置有8或4个凸台2，过滤面4中部还设置有一个进料通孔3。将初坯芯板经圆盘铣板机铣制后，两边烘贴面1的厚度a为41mm-42mm(常规情况为41.5mm)。上述的数字，仅具体举例了生产一种规格隔膜芯板的尺寸，本申请不仅仅保护上述尺寸，其他尺寸的隔膜芯板采用本制备工艺，同样能够生产出同品质的隔膜芯板。
双螺杆机的长径比为(30-35)：(0.8-1.5)(常规情况为32-1)，料筒温度控制在180℃-220℃，转速为140r/min-180r/min(常规情况为150r/min)。单螺杆机的长径比为(28-33)：(0.8-1.5)(常规情况为30-1)，料筒温度控制在180℃-220℃，转速为30r/min-70r/min(常规情况为50r/min)。
实施例1
一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：按重量份数：98份的共聚聚丙烯、1.98份的马来酸酐、0.02份过氧化二异丙苯混合搅拌均匀，再经双螺杆机加热熔化挤出切粒，最后干燥装袋保存；
双螺杆机的长径比为30：0.8，料筒温度控制在180℃℃，转速为160r/minr/min。
步骤二：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，按重量份数：将步骤一制得的10份的改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、90份的共聚聚丙烯混合搅拌，用单螺杆挤出机熔融挤出，挤出量为40kg,保持挤出物的温度转移至X1250模具的模腔内用1000t油压机模压成型，两边烘贴面的距离a控制在47.5mm±0.5mm，冷却定型后，用圆盘铣板机将两边烘贴面的距离a铣至41mm。
单螺杆机的长径比为28：0.8，料筒温度控制在180℃℃，转速为30r/min。
步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。
实施例2
一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：按重量份数：99份的共聚聚丙烯、1份的马来酸酐、0.02份过氧化二异丙苯混合搅拌均匀，再经双螺杆机加热熔化挤出切粒，最后干燥装袋保存；
双螺杆机的长径比为35：1.5，料筒温度控制在220℃，转速为220r/min。
步骤二：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，按重量份数：将步骤一制得的20份的改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、80份的共聚聚丙烯混合搅拌，用单螺杆挤出机熔融挤出，挤出量为40kg,保持挤出物的温度转移至X1250模具的模腔内用1000t油压机模压成型，两边烘贴面的距离a控制在47.5mm±0.5mm，冷却定型后，用圆盘铣板机将两边烘贴面的距离a铣至41mm。
单螺杆机的长径比为33：1.5，料筒温度控制在220℃，转速为70r/min。
步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。
实施例3
一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：按重量份数：98.5份的共聚聚丙烯、1.5份的马来酸酐、0.02份过氧化二异丙苯混合搅拌均匀，再经双螺杆机加热熔化挤出切粒，最后干燥装袋保存；
双螺杆机的长径比为32：1，料筒温度控制在200℃，转速为180r/min。
步骤二：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，按重量份数：将步骤一制得的15份的改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、85份的共聚聚丙烯混合搅拌，用单螺杆挤出机熔融挤出，挤出量为40kg,保持挤出物的温度转移至X1250模具的模腔内用1000t油压机模压成型，两边烘贴面的距离a控制在47.5mm±0.5mm，冷却定型后，用圆盘铣板机将两边烘贴面的距离a铣至41mm。
单螺杆机的长径比为30：1，料筒温度控制在185℃，转速为50r/min。
步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。
实施例4
一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：按重量份数：98.2份的共聚聚丙烯、1.8份的马来酸酐、0.02份过氧化二异丙苯混合搅拌均匀，再经双螺杆机加热熔化挤出切粒，最后干燥装袋保存；
双螺杆机的长径比为33：1.2，料筒温度控制在210℃，转速为205r/min。
步骤二：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，按重量份数：将步骤一制得的18份的改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、88份的共聚聚丙烯混合搅拌用单螺杆挤出机熔融挤出，挤出量为40kg,保持挤出物的温度转移至X1250模具的模腔内用1000t油压机模压成型，两边烘贴面的距离a控制在47.5mm±0.5mm，冷却定型后，用圆盘铣板机将两边烘贴面的距离a铣至41mm。
单螺杆机的长径比为31：1.2，料筒温度控制在200℃，转速为60r/min
步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。
实施例5
一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：按重量份数：986份的共聚聚丙烯、1.4份的马来酸酐、0.02份过氧化二异丙苯混合搅拌均匀，再经双螺杆机加热熔化挤出切粒，最后干燥装袋保存；
双螺杆机的长径比为35：0.8，料筒温度控制在215℃，转速为200r/min。
步骤二：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，按重量份数：将步骤一制得的15份的改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、85份的共聚聚丙烯混合搅拌，用单螺杆挤出机熔融挤出，挤出量为40kg,保持挤出物的温度转移至X1250模具的模腔内用1000t油压机模压成型，两边烘贴面的距离a控制在47.5mm±0.5mm，冷却定型后，用圆盘铣板机将两边烘贴面的距离a铣至41mm。
单螺杆机的长径比为32：1.2，料筒温度控制在205℃，转速为65r/min
步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。
对比例1～5
对比例1～5所使用的制备方法与实施例1～5中的制备方法一致，区别在于，对比例1～5中不含有改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯。
对以上样品PP隔膜滤板进行单面水压试验，其结果见下表1：
表1
Figure BDA0002442838690000071
Figure BDA0002442838690000081
通过分析上表数据可知，本发明中通过在PP隔膜滤板中共混改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯后，其中间烘贴面脱落漏水时的压力相较于未添加的对比例1～5性能大幅提升。

Claims (9)

1.一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制备隔膜芯板用马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯；步骤二：将马来酸酐接枝改性聚丙烯、共聚聚丙烯混合制成成品粒料，将成品粒料制成初坯隔膜芯板；步骤三：将隔膜芯板与隔膜片烘贴贴合，形成压滤机用聚丙烯隔膜滤板。
2.根据权利要求1所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，其特征在于，所述的步骤一的工序如下：按重量份数：98-99份的共聚聚丙烯、1-1.98份的马来酸酐、0.02份甲助剂混合搅拌均匀，再经双螺杆机加热熔化挤出切粒，最后干燥装袋保存。
3.根据权利要求2所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，其特征在于：按重量份数计，所述的甲助剂包括：0.02份的引发剂，所述的引发剂为过氧化二异丙苯。
4.根据权利要求2或3所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，其特征在于：所述双螺杆机的长径比为（30-35）：（0.8-1.5），料筒温度控制在180℃-220℃，转速为160r/min-220 r/min。
5.根据权利要求1或2所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，其特征在于，所述的步骤二的工序如下：按重量份数：将步骤一制得的10-20份的改性马来酸酐接枝改性共聚聚丙烯、80-90份的共聚聚丙烯混合搅拌，经单螺杆机挤出，经油压机模压形成初坯芯板。
6.根据权利要求5所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，其特征在于，所述的步骤二的工序还包括：经双螺杆机挤出后，先冷却，切粒，形成成品粒料，对成品粒料检测，合格后，再将成品粒料与共聚聚丙烯混合均匀，再经单螺杆机熔融挤出，保持挤出物的温度，再转移到油压机中压制、冷却定型，形成初坯芯板。
7.根据权利要求6所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜芯板的制备工艺，其特征在于，将成品粒料送入单螺杆机熔融时，还可向单螺杆机中添加色母料与芯粒料混合熔融，挤出带颜色的挤出物。
8.根据权利要求6或7所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜板的制备工艺，其特征在于，所述的步骤二的工序还包括：将所述的初坯芯板经圆盘铣板机铣至规定厚度。
9.根据权利要求8所述的一种压滤机用聚丙烯隔膜板的制备工艺，其特征在于，所述单螺杆机的长径比为（28-33）：（0.8-1.5），料筒温度控制在180℃-220℃，转速为30r/min-70r/min；所述油压机的压力为500t-1500t，经油压机压制，所述初坯芯板上的四周烘贴面厚度为47mm-48mm，芯板中有8个或4个凸台；将初坯芯板经圆盘铣板机铣制后，两边烘贴面厚度为41 mm-42 mm。
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