CN112370978A - 一种聚砜超滤膜及其制备方法 - Google Patents

一种聚砜超滤膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚砜超滤膜的制备方法,将有机添加剂和ZnCl2加入有机溶剂中,完全溶解后再加入聚砜,加热并搅拌至完全溶解,静止后真空脱泡除气,得到均匀、透明且具有粘度的聚砜铸膜液;通过自动涂布机在无纺布基材上对聚砜铸膜液均匀涂覆,得到聚砜初生膜;室温条件下将聚砜初生膜置于凝固浴中浸泡一段时间,凝固后得到聚砜超滤膜。本发明一种聚砜超滤膜及其制备方法,从膜结构出发,在制备铸膜液时,通过加入有机添加剂,能够对膜的亲水性和膜截面孔的形貌的进行调控;制得的聚砜超滤膜具有高通量和强亲水性的优点。

Description

一种聚砜超滤膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚砜超滤膜及其制备方法。
背景技术
随着膜分离技术的不断发展,聚砜超滤膜作为一种具有化学稳定性好、机械强度高、耐酸碱性能好等优点的高分子膜材料,广泛应用于饮用水净化、污水处理和生物技术等领域。
由于聚砜超滤膜的疏水性使得膜的水通量较低、亲水性能差、膜易被污染且不易清洗,从而影响其在水处理中的应用。目前,对于聚砜膜的改性方法主要有共混改性和辐射接枝改性两种。辐射接枝的方法将对超滤膜本体材料产生一定的损伤,不利于超滤膜长期使用。共混改性主要包括在聚砜溶解体系中添加亲水性无机纳米颗粒、亲水性聚合物等,亲水性添加剂可以提高膜的渗透性能和抗污染性能,但是需要考虑添加剂与聚砜材料本体的相容性以免造成缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚砜超滤膜及其制备方法,从膜结构出发,在制备铸膜液时,通过加入有机添加剂,能够对膜的亲水性和膜截面孔的形貌的进行调控;制得的聚砜超滤膜具有高通量和强亲水性的优点。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种聚砜超滤膜的制备方法,将有机添加剂和ZnCl2加入有机溶剂中,完全溶解后再加入聚砜,加热并搅拌至完全溶解,静止后真空脱泡除气,得到均匀、透明且具有粘度的聚砜铸膜液;通过自动涂布机在无纺布基材上对所述聚砜铸膜液均匀涂覆,得到聚砜初生膜;室温条件下将所述聚砜初生膜置于凝固浴中浸泡一段时间,凝固后得到聚砜超滤膜。
优选地,所述有机添加剂由聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇单甲醚、月桂醇聚氧乙烯醚、乙醇甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇甲醚、以及二乙二醇二甲醚中的至少一种组成;
当所述有机添加剂同时包括所述聚乙二醇和所述聚乙烯吡咯烷酮时,两者的质量比为5:1—2:1。
更优选地,当所述有机添加剂包括所述聚乙二醇时,所述聚乙二醇(PEG)的分子量为600-20000,含量为所述聚砜铸膜液质量的0.5%-10%。
更优选地,当所述有机添加剂包括所述聚乙烯吡咯烷酮时,所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的含量为所述聚砜铸膜液质量的0.1%-5%,由分子量为10000-16000的PVPK17、分子量为45000-58000的PVPK30、以及分子量为270000-400000的PVPK60中的至少一种组成;其中,PVPK17的K值为15.3-18.36,PVPK30的K值为27.0-32.4,PVPK60的K值为54.0-64.8。
优选地,所述聚砜(PSF)的分子量为60000-80000,含量为所述聚砜铸膜液质量的10%-25%。
优选地,所述有机溶剂由二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、以及二甲基亚砜(DMSO)中的至少一种组成。
优选地,所述凝固浴由纯水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、丁酮、以及环己烷中的至少一种组成。
优选地,加入所述聚砜后,加热并搅拌至完全溶解,加热温度为60-90℃,溶解时间为3-6h。
优选地,所述自动涂布机的涂布速度为5-15m/min;制得的聚砜初生膜的厚度为100-200um;在所述凝固浴中的浸泡时间为10-60min。
一种聚砜超滤膜,由上述制备方法制得。
由于上述技术方案的运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明一种聚砜超滤膜及其制备方法,从膜结构出发,在制备铸膜液时,通过加入有机添加剂,并调整有机添加剂的分子量和含量,能够对膜的亲水性和膜截面孔的形貌的进行调控;制得的聚砜超滤膜具有高通量和强亲水性的优点,纯水通量在678L/m2·h左右,接触角在65°左右,膜截面形貌呈现海绵状孔结构。制得的聚砜超滤膜可作为超滤膜用于生物制药、分离纯化、工业废水处理;并可作为制备纳滤膜和反渗透膜的基膜。
附图说明
附图1为实施例1-4中制得的聚砜超滤膜的接触角图片;
附图2为实施例1-4中制得的聚砜超滤膜的膜截面扫面电镜图片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例1:
(1)聚砜铸膜液的制备:按照质量分数百分比准确称取4%的PEG6000、2%的ZnCl2、1%的PVPK60、以及71%的DMAC溶剂在80℃条件下搅拌至完全溶解;接着加入22%的聚砜原料在80℃条件下机械搅拌4h至完全溶解;静止并抽真空脱除气泡,即得到均匀、透明且具有一定粘度的聚砜铸膜液;
(2)铸膜过程:将自动涂布机自带的玻璃板和刮刀在室温条件下冲洗干净,将干燥的无纺布平整的黏贴在玻璃板上;调节自动涂布机微分器的厚度为160um,设置涂布速度为15m/min;在无纺布基材上对聚砜铸膜液均匀涂覆,并形成具有一定厚度的聚砜初生膜;
(3)相转化法制膜:在室温条件下将聚砜初生膜连同无纺布和玻璃板一起放入凝固浴(纯水)中浸泡10min,凝固后得到聚砜超滤膜。
实施例2:
(1)聚砜铸膜液的制备:按照质量分数百分比准确称取4%的PEG4000、1.5%的ZnCl2、1%的PVPK60、以及71%的DMAC溶剂在80℃条件下搅拌至完全溶解;接着加入22%的聚砜原料在80℃条件下机械搅拌4h至完全溶解;静止并抽真空脱除气泡,即得到均匀、透明且具有一定粘度的聚砜铸膜液;
(2)铸膜过程:将自动涂布机自带的玻璃板和刮刀在室温条件下冲洗干净,将干燥的无纺布平整的黏贴在玻璃板上;调节自动涂布机微分器的厚度为150um,设置涂布速度为15m/min;在无纺布基材上对聚砜铸膜液均匀涂覆,并形成具有一定厚度的聚砜初生膜;
(3)相转化法制膜:在室温条件下将聚砜初生膜连同无纺布和玻璃板一起放入凝固浴(纯水)中浸泡10min,凝固后得到聚砜超滤膜。
实施例3:
(1)聚砜铸膜液的制备:按照质量分数百分比准确称取5%的PEG6000、2%的ZnCl2、2%的PVPK60、以及71%的DMAC溶剂在80℃条件下搅拌至完全溶解;接着加入20%的聚砜原料在80℃条件下机械搅拌6h至完全溶解;静止并抽真空脱除气泡,即得到均匀、透明且具有一定粘度的聚砜铸膜液;
(2)铸膜过程:将自动涂布机自带的玻璃板和刮刀在室温条件下冲洗干净,将干燥的无纺布平整的黏贴在玻璃板上;调节自动涂布机微分器的厚度为145um,设置涂布速度为15m/min;在无纺布基材上对聚砜铸膜液均匀涂覆,并形成具有一定厚度的聚砜初生膜;
(3)相转化法制膜:在室温条件下将聚砜初生膜连同无纺布和玻璃板一起放入凝固浴(纯水)中浸泡10min,凝固后得到聚砜超滤膜。
实施例4:
(1)聚砜铸膜液的制备:按照质量分数百分比准确称取4%的PEG6000、1%的ZnCl2、1%的PVPK30、以及71.5%的DMAC溶剂在80℃条件下搅拌至完全溶解;接着加入22%的聚砜原料在80℃条件下机械搅拌4h至完全溶解;静止并抽真空脱除气泡,即得到均匀、透明且具有一定粘度的聚砜铸膜液;
(2)铸膜过程:将自动涂布机自带的玻璃板和刮刀在室温条件下冲洗干净,将干燥的无纺布平整的黏贴在玻璃板上;调节自动涂布机微分器的厚度为150um,设置涂布速度为15m/min;在无纺布基材上对聚砜铸膜液均匀涂覆,并形成具有一定厚度的聚砜初生膜;
(3)相转化法制膜:在室温条件下将聚砜初生膜连同无纺布和玻璃板一起放入凝固浴(10%DMAC水溶液)中浸泡10min,凝固后得到聚砜超滤膜。
对实施例1-4所制得的聚砜超滤膜进行性能测试,测试条件为:膜的有效面积为44cm2,测试压力为0.1Mpa。利用环境扫面电镜对膜的截面孔结构进行分析;利用Kruss接触角测量仪对膜的亲疏水性进行测试,每个样品测量三次取其平均值,测量结果参见表1。
表1
Figure BDA0002795843590000051
参见图1所示,为实施例1-4中制得的聚砜超滤膜的接触角图片;
参见图2所示,为实施例1-4中制得的聚砜超滤膜的膜截面扫面电镜图片。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:将有机添加剂和ZnCl2加入有机溶剂中,完全溶解后再加入聚砜,加热并搅拌至完全溶解,静止后真空脱泡除气,得到均匀、透明且具有粘度的聚砜铸膜液;通过自动涂布机在无纺布基材上对所述聚砜铸膜液均匀涂覆,得到聚砜初生膜;室温条件下将所述聚砜初生膜置于凝固浴中浸泡一段时间,凝固后得到聚砜超滤膜。
2.根据权利要求1所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:所述有机添加剂由聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇单甲醚、月桂醇聚氧乙烯醚、乙醇甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇甲醚、以及二乙二醇二甲醚中的至少一种组成;
当所述有机添加剂同时包括所述聚乙二醇和所述聚乙烯吡咯烷酮时,两者的质量比为5:1—2:1。
3.根据权利要求2所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:所述聚乙二醇的分子量为600-20000,含量为所述聚砜铸膜液质量的0.5%-10%。
4.根据权利要求2所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:所述聚乙烯吡咯烷酮的含量为所述聚砜铸膜液质量的0.1%-5%,由分子量为10000-16000的PVPK17、分子量为45000-58000的PVPK30、以及分子量为270000-400000的PVPK60中的至少一种组成。
5.根据权利要求1所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:所述聚砜的分子量为60000-80000,含量为所述聚砜铸膜液质量的10%-25%。
6.根据权利要求1所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:所述有机溶剂由二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、以及二甲基亚砜中的至少一种组成。
7.根据权利要求1所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:所述凝固浴由纯水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、丁酮、以及环己烷中的至少一种组成。
8.根据权利要求1所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:加入所述聚砜后,加热并搅拌至完全溶解,加热温度为60-90℃,溶解时间为3-6h。
9.根据权利要求1所述的一种聚砜超滤膜的制备方法,其特征在于:所述自动涂布机的涂布速度为5-15m/min;制得的聚砜初生膜的厚度为100-200um;在所述凝固浴中的浸泡时间为10-60min。
10.一种聚砜超滤膜,由权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得。
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