CN112044281B - 一种亲水性聚乙烯微孔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种亲水性聚乙烯微孔膜及其制备的方法，具体步骤包括：第一步：用润湿剂润湿聚乙烯微孔膜；第二步：利用亲水物质、交联剂和溶剂组成的溶液均匀涂敷第一步润湿处理的聚乙烯微孔膜；第三步：室温静置后加热热处理；第四步：将热处理完第一面的膜取出，利用亲水物质、交联剂和溶剂组成的溶液均匀涂敷聚乙烯微孔膜的另一面；第五步：室温静置后加热热处理，将第五步处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡6～12h，干燥，备用；得到亲水性聚乙烯微孔膜。本发明实现了聚乙烯微孔膜的完全亲水改性，其亲水性能具有永久有效的优点。而且该方法对设备要求低，是一种简单易行、节能环保、适用于规模化生产的制备亲水性聚乙烯微孔膜的方法。

Description

一种亲水性聚乙烯微孔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乙烯微孔膜生产技术领域，具体的说，是一种亲水性聚乙烯微孔膜及其制备方法。
背景技术
高分子材料由于其较宽的分子量分布﹑较轻的质量﹑较小的密度﹑优异的机械性能﹑绝缘性能以及结构多变等特点而受到人们的广泛关注。但是表面和界面问题，尤其是表面润湿性问题限制了高分子材料的广泛应用。为适应对材料的需求，有必要对聚合物材料表面进行润湿性改性。聚乙烯膜具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械性能，相对于常用的膜材料如聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜和聚酰亚胺等，聚乙烯具有价格低廉的特点。但聚乙烯本身的强疏水特性，导致其在水处理过程中对液体不浸润，存在着无法被润湿的瓶颈，因而在水处理应用过程中受到很大的限制。虽然通过加入甲醇﹑乙醇等低表面张力的有机溶剂可以预先把聚乙烯材料润湿，而后去除溶剂进行使用，但这种方式过于繁琐，不便于长期大规模使用。同时现在大量的研究工作表明，膜表面的亲水改性是提升分离膜抗污染能力极为有效的方法，采用有效的改性手段，提高聚乙烯膜亲水性并抑制膜表面污染物的吸附对于聚乙烯膜的大范围应用势在必行。
表面涂覆亲水性材料可以提高膜材料的亲水性，该方法操作简单，条件容易控制，因此表面涂覆尤其是表面交联涂覆改性成为目前的研究焦点。中国发明专利申请200810059172.0公开了一种在聚四氟乙烯表面交联涂覆亲水性聚合物以提高膜表面亲水性的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种亲水性聚乙烯微孔膜及其制备方法，解决聚乙烯膜遇水不润湿的特性，提高聚乙烯膜的亲水性和水处理应用能力。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种亲水性聚乙烯微孔膜，其特征在于，亲水性聚乙烯微孔膜的接触角为35°～45°；
亲水性聚乙烯微孔膜的接触角能够在水中保存2个月及以上保持不变，具有永久亲水特征。
亲水性聚乙烯微孔膜的接触角为40°。
一种亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法，具体步骤包括：
第一步：用润湿剂润湿聚乙烯微孔膜；
第二步：利用亲水物质、交联剂和溶剂组成的溶液均匀涂敷第一步润湿处理的聚乙烯微孔膜；
亲水物质，交联剂和溶剂的质量比为(1～5)：(0.5～10)：(98.5～85)；
第三步：室温静置2～10min后加热40～80℃处理2～10min；
第四步：将热处理完第一面的聚乙烯微孔膜取出，利用亲水物质、交联剂和溶剂组成的溶液均匀涂敷聚乙烯微孔膜的另一面；
亲水物质，交联剂和溶剂的质量比为(1～5)：(0.5～10)：(98.5～85)；
第五步：室温静置2～10min后加热40～80℃处理2～10min，将热处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡6～12h，干燥，备用；得到亲水性聚乙烯微孔膜。
所述的聚乙烯微孔膜为平板膜。
所述的第一步中的润湿剂为乙醇、异丙醇、DMAC、DMF、DMSO和NMP中的一种上述有机溶剂或上述有机溶剂混合物。
所述的第二步溶剂为和第一步润湿剂完全相溶或部分相容的亲水物质的溶剂。
所述的第二步中的亲水性物质为聚乙烯醇PVA、聚氧化乙烯PEO、聚乙二醇PEG、醋酸纤维素CA和聚乙烯亚胺PEI中的一种或它们的混合物。
所述的第二步中的交联剂为戊二醛、丁二醛和硅烷偶联剂中的一种。
所述的第三步中室温静置的时间为2min～10min，以便让亲水物质能够初步均匀扩散进聚乙烯微孔膜内及其聚乙烯主体链与链之间空隙；
所述的第三步中的加热温度为40～80℃，加热时间为2min～10min，以便让亲水物质能够完全均匀扩散进聚乙烯微孔膜内及其聚乙烯主体链与链之间空隙，并形成相互缠绕的网络结构和/或交联结构，提高亲水物质在聚乙烯微孔膜中的长久稳定性；
所述的第四步中利用利用亲水物质、交联剂和溶剂组成的溶液均匀涂敷聚乙烯微孔膜的另一面；
所述的第五步中室温静置的时间为2min～10min，加热温度为40℃～80℃，加热时间为2min～10min，以便让亲水物质能够从聚乙烯微孔膜的另一侧完全均匀扩散进聚乙烯微孔膜内及其聚乙烯主体链与链之间空隙，形成亲水物质在聚乙烯微孔膜整体结构中相互缠绕的网络结构和/或交联结构，获得聚乙烯微孔膜的完全亲水性的同时提高亲水物质在聚乙烯微孔膜中的长久稳定性。热处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡、漂洗6～12h以将未缠绕和或交联的亲水物质完全、充分清洗干净，干燥，备用。
亲水性聚乙烯微孔膜是通过分别在聚乙烯膜的两面涂敷亲水物质改性获得，涂敷在两面的亲水物质为相同且溶液组成也相同的亲水物质，或者为不相同亲水物质或者溶液组成条件不相同的同种亲水物质。
本申请的聚乙烯基膜无需经过物理方法在基膜的表面及其微孔内形成活性点，直接使用润湿剂如乙醇、异丙醇、DMAC、DMF、DMSO和NMP等对PE基膜进行润湿处理，以便于溶解在和润湿剂完全相溶或部分相容的亲水物质能够在亲水物质溶液涂覆在润湿后的膜表面更容易浸入PE基膜孔内甚至PE基膜链与链之间的空隙内。(本申请不需要对所述的聚合物微孔基膜通过物理方法如紫外线照射处理工艺，电晕处理工艺，氧等离子体处理工艺等预先进行处理)。
而本申请制备的膜，在对PE膜的第二面经过热处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡、漂洗6～12h以将未缠绕和或交联的亲水物质完全、充分清洗干净后，进行干燥处理，备用，所得到的膜为干膜(膜完全干的状态进行保存即可)，干燥则属于浸泡后的常规步骤，本领域在通过水中浸泡、漂洗处理，以将未缠绕和或交联的亲水物质完全、充分清洗干净后，进行干燥处理。所得到的膜是干膜，从而会大大降低膜的运输成本等。通过实施例的结果表明这种方法制备的膜在具有良好的亲水性的同时，也具有良好的水透过能力，这是本申请的技术方案所带来的技术效果。而很多现有技术中制备的膜是在水中进行保存，所获得的膜是湿法保存；两种方法制备的膜的最终保存状态还是有很大的区别。
与现有技术相比，本申请的技术效果为：
本申请公开了一种亲水性聚乙烯微孔膜及其制备的方法，首先用润湿剂润湿聚乙烯微孔膜，利用亲水物质、交联剂和溶剂组成的溶液首先均匀涂敷润湿处理的聚乙烯微孔膜第一面，室温静置2～10min后加热40～80℃处理2～10min；将热处理完第一面的膜取出，利用亲水物质、交联剂和溶剂组成的溶液均匀涂敷聚乙烯微孔膜的另一面，室温静置2～10min后加热40～80℃处理2～10min，将两面分别热处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡6～12h，干燥，备用，得到完全亲水改性的聚乙烯微孔膜，且处理工艺简单、高效﹑节水节能，适用于工业化生产。
附图说明
图1亲水性聚乙烯微孔膜不同水保存条件下接触角变化图。
具体实施方式
以下提供本发明一种亲水性聚乙烯微孔膜及其制备方法的具体实施方式。
实施案例1
用DMAC润湿聚乙烯微孔膜，利用PVA1％、戊二醛1％和水组成的溶液涂敷第一步DMAC润湿处理后的聚乙烯微孔膜，室温静置2min后加热70℃交联处理10min，将第一面涂敷及热交联处理后的聚乙烯微孔膜的另一面用PVA1％、戊二醛1％和水组成的溶液第二次均匀涂敷，室温静置2min后加热70℃交联处理10min，放入水中浸泡12h，干燥，备用。得到接触角是35°﹑纯水通量为500L/m2h bar的亲水改性聚乙烯微孔平板膜。
将实施例1制备的膜分别保存在常温水和低温水(5℃)中，两种方式保存的亲水聚乙烯膜的接触角几无变化，且水接触角在2个月时间内无明显变化，呈现永久亲水有效的特征。如图1所示。
实施案例2
用DMAC润湿聚乙烯微孔膜，利用PVA1％、戊二醛10％、DMAC70％和水组成的溶液涂敷第一步DMAC润湿处理后的聚乙烯微孔膜，室温静置2min后加热80℃交联处理5min，将第一面涂敷及热交联处理后的聚乙烯微孔膜的另一面用PVA1％、戊二醛1％和水组成的溶液第二次均匀涂敷，室温静置2min后加热80℃交联处理5min，将交联处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡12h，干燥，备用。得到接触角是40°﹑纯水通量为200L/m2h bar的亲水改性聚乙烯微孔平板膜。
实施案例3
用DMAC润湿聚乙烯微孔膜，利用PEI 5％、戊二醛10％和水组成的溶液涂敷第一步DMAC润湿处理后的聚乙烯微孔膜，室温静置5min后加热60℃交联处理10min，将第一面涂敷及热交联处理后的聚乙烯微孔膜的另一面用PEI％、戊二醛1％和水组成的溶液第二次均匀涂敷，室温静置2min后加热60℃交联处理10min，将交联处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡6h，干燥，备用。得到接触角是45°﹑纯水通量为190L/m2h bar的表面亲水改性聚乙烯微孔平板膜。
实施案例4
用DMAC润湿聚乙烯微孔膜，利用PVA1％、戊二醛0.5％和水组成的溶液涂敷第一步DMAC润湿处理后的聚乙烯微孔膜，室温静置2min后加热60℃交联处理10min，将第一面涂敷及热交联处理后的聚乙烯微孔膜的另一面用醋酸纤维素1％、戊二醛0.5％和水/DMAC组混合溶液第二次均匀涂敷，室温静置2min后加热70℃交联处理10min，将交联处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡8h，干燥，备用。得到接触角是35°﹑纯水通量为380L/m2h bar的亲水改性聚乙烯微孔平板膜。
对比实施案例1
制备过程与实施例1相同，但仅对聚乙烯微孔膜进行1面涂敷，即用DMAC润湿聚乙烯微孔膜，利用PVA1％、戊二醛1％和水组成的溶液涂敷第一步DMAC润湿处理后的聚乙烯微孔膜，室温静置2min后加热70℃交联处理10min，放入水中浸泡12h，干燥，备用。得到接触角是68°﹑纯水通量为30L/m2h bar的亲水改性聚乙烯微孔平板膜。
对比实施案例2
第一面涂敷制备过程与实施例4第一面涂敷过程相同，即利用PVA1％、戊二醛0.5％和水组成的溶液涂敷第一步DMAC润湿处理后的聚乙烯微孔膜，室温静置2min后加热70℃交联处理10min；将第一面涂敷及热交联处理后的聚乙烯微孔膜的另一面用PEI 2％、戊二醛0.5％和水/DMAC组混合溶液第二次均匀涂敷，室温静置2min后加热70℃交联处理10min，将交联处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡8h，干燥，备用。得到接触角是45°﹑纯水通量为180L/m2h bar的亲水改性聚乙烯微孔平板膜。
对比实施案例3
用DMAC润湿聚乙烯微孔膜，利用PVA1.2％、戊二醛1％和水组成的溶液涂敷第一步DMAC润湿处理后的聚乙烯微孔膜，室温静置2min后加热60℃交联处理10min，将第一面涂敷及热交联处理后的聚乙烯微孔膜的另一面用PVA0.75％、戊二醛1％和水组成的溶液第二次均匀涂敷，室温静置2min后加热60℃热处理10min，放入水中浸泡12h，干燥，备用。得到接触角是43°﹑纯水通量为260L/m2h bar的亲水改性聚乙烯微孔平板膜。
对比实施案例4
用常温低压氧等离子体(EUROPLASMA CD400)处理聚乙烯微孔膜，处理条件为50w，真空度25pa，处理时间3min。得到完全亲水的聚乙烯微孔膜，水接触角为16.0o，纯水透过通量为190L/m2h bar。将获得的亲水改性聚乙烯微孔膜室温条件下保存6天后，接触角为41.4o。11天后，接触角为53.2o。水润湿性能随着时间的延长而下降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种亲水性聚乙烯微孔膜，其特征在于，所述亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法包括：
第一步：用润湿剂润湿聚乙烯微孔膜，所述润湿剂为DMAC；
第二步：利用由亲水物质、交联剂和溶剂所组成的溶液均匀涂敷润湿处理的聚乙烯微孔膜的第一面；
第三步：室温静置2～10分钟后加热40～80℃处理2～10分钟；
第四步：将热处理完第一面的聚乙烯微孔膜取出，利用由亲水物质、交联剂和溶剂所组成的溶液均匀涂敷聚乙烯微孔膜的第二面；
第五步：室温静置2～10分钟后加热40～80℃处理2～10分钟，将热处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡6～12小时，干燥，备用；得到亲水性聚乙烯微孔膜；
亲水性聚乙烯微孔膜的接触角为35°～45°；
亲水性聚乙烯微孔膜的接触角能够在水中保存2个月及以上保持不变，具有永久亲水特征。
2.如权利要求1所述的一种亲水性聚乙烯微孔膜，其特征在于，亲水性聚乙烯微孔膜的接触角为40°。
3.一种亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
第一步：用润湿剂润湿聚乙烯微孔膜，所述润湿剂为DMAC；
第二步：利用由亲水物质、交联剂和溶剂所组成的溶液均匀涂敷第一步润湿处理的聚乙烯微孔膜的第一面；
第三步：室温静置2～10分钟后加热40～80℃处理2～10分钟；
第四步：将热处理完第一面的聚乙烯微孔膜取出，利用由亲水物质、交联剂和溶剂所组成的溶液均匀涂敷聚乙烯微孔膜的第二面；
第五步：室温静置2～10分钟后加热40～80℃处理2～10分钟，将热处理后的聚乙烯微孔膜放入水中浸泡6～12小时，干燥，备用；得到亲水性聚乙烯微孔膜。
4.如权利要求3所述的一种亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯微孔膜为平板膜。
5.如权利要求3所述的一种亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，所述第二步溶剂为和第一步润湿剂完全相溶或部分兼容的亲水物质的溶剂。
6.如权利要求3所述的一种亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，所述第二步中的亲水性物质为聚乙烯醇PVA、聚氧化乙烯PEO、聚乙二醇PEG、醋酸纤维素CA和聚乙烯亚胺PEI中的一种或它们的混合物。
7.如权利要求6所述的一种亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，所述第二步中和第四步中的交联剂为戊二醛、丁二醛和硅烷偶联剂中的一种。
8.如权利要求3所述的一种亲水性聚乙烯微孔膜的制备方法，其特征在于，亲水性聚乙烯微孔膜是通过分别在聚乙烯膜的两面涂敷亲水物质改性获得，涂敷在两面的亲水物质为相同且溶液组成也相同的亲水物质，或者为不相同亲水物质或者溶液组成条件不相同的同种亲水物质。
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