CN112774459A - 一种碳酸钙原位聚合pvc中空纤维超滤膜及其制备方法 - Google Patents
一种碳酸钙原位聚合pvc中空纤维超滤膜及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜及其制备方法,所述方法包括如下步骤:首先制备纳米碳酸钙分散剂,再利用氯乙烯单体和碳酸钙分散剂、引发剂和稳定剂等制备得到石墨烯原位聚合PVC,石墨烯原位聚合PVC和溶剂、添加剂等混合制备得到铸膜液,利用干‑湿法进行纺丝得到改性后的PVC中空纤维超滤膜,制备得到的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜具有良好的机械性能,且在高温条件下仍然能够正常工作,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水处理设备技术领域,尤其涉及一种碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜及其制备方法。
背景技术
目前主流的超滤膜材料主要有聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯等,其中聚氯乙烯超滤膜的成本最低,市场应用最为广泛,可以满足绝大多数的生产和应用要求,但是聚氯乙烯超滤膜存在许多缺陷,聚氯乙烯的耐温性能一般,成品聚氯乙烯膜组件的使用温度一般不能超过45℃,若长期在高于45℃的环境下工作,膜性能将会受到影响,如机械强度降低,水通量降低等。
有鉴于此,亟需一种对聚氯乙烯超滤膜进行改进的方案,提高聚氯乙烯的耐高温性能。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种具有耐高温的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜及其制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的,本发明提供了一种碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其包括如下步骤:
步骤一、制备碳酸钙原位聚合PVC,分别将氯乙烯单体、纳米碳酸钙、分散剂、引发剂和稳定剂投入到反应釜中,控制反应温度为55-65℃,压力为0.7-0.8MPa,反应10-14h后经过水洗干燥后得到碳酸钙原位聚合PVC;
步骤二、制备铸膜液,分别将碳酸钙原位聚合PVC、溶剂和添加剂投入到反应釜中,控制反应温度为45-50℃,在常压下搅拌反应12-17h,搅拌速度为150-160r/min,反应完毕静置1-3h,得到铸膜液;
步骤三、制备膜丝,将铸膜液经过喷头挤出,经凝固浴相转化成膜后,依次经过酸洗槽和水洗槽后进行收卷,得到碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜。
在以上技术方案的基础上,优选的,步骤一中,所述氯乙烯单体、纳米碳酸钙、分散剂、引发剂和稳定剂的质量比为(70-80):(5-10):(10-20):(1-2):(0.1-0.5)。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述纳米碳酸钙的平均粒径为30-50nm。
在以上技术方案的基础上,优选的,所述分散剂为聚乙烯醇或羟丙基甲基纤维素,所述引发剂为过氧化二碳酸双(2-乙基己酯),所述稳定剂为二辛基锡。
更进一步优选的,步骤二中,所述碳酸钙原位聚合PVC、溶剂和添加剂的质量比为(15-20):(65-80):(5-15)。
在以上技术方案的基础上,优选的,步骤二中,所述溶剂为DMAC、DMF、NMP中的一种或几种的混合物,所述添加剂为PEG400、PEG800、PVP(K30)、PVP(K90)中的一种或几种的混合物。
在以上技术方案的基础上,优选的,步骤三中,所述凝固浴为纯水,凝固浴的温度为30℃。
在以上技术方案的基础上,优选的,步骤三中,所述酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液。
在以上技术方案的基础上,优选的,步骤三中,所述水洗槽内为纯水,水洗槽内纯水的温度为45℃。
在以上技术方案的基础上,优选的,步骤三中,凝固浴内的停留时间为10-20s,酸洗槽内的停留时间为30-50s,水洗槽内的停留时间为30-50s。
本发明还保护一种由上述制备方法制备得到的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维膜。
本发明的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果:
(1)本发明的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜采用纳米碳酸钙对PVC进行原位聚合改性,改性后的PVC中空纤维超滤膜聚合性能得到改善,解决了常规PVC材质的中空纤维膜不耐高温的问题,同时使中空纤维膜的水通量大幅度提升;
(2)本发明通过对铸膜液的配方进行改进,首先利用纳米碳酸钙、分散剂、引发剂和氯乙烯单体制备碳酸钙原位聚合PVC,然后制备得到铸膜液,铸膜液采用干-湿法进行纺丝,制备超滤膜,整体方法简单,通过原料和工艺的改进,使PVC中空纤维膜的性能得到大幅度提升,应用前景良好。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
实施例1
分别称取氯乙烯单体70kg、平均粒径30nm的纳米碳酸钙5kg、聚乙烯醇10kg、过氧化二碳酸双(2-乙基己酯)1kg、二辛基锡0.1kg,依次投入到反应釜内,控制反应温度为55℃,釜内压力为0.7MPa,搅拌反应10h,反应完毕后,分3次加入100kg水,进行搅拌清洗分层,清洗完毕,得到原位聚合PVC树脂。
再称取15kg原位聚合PVC树脂、65kgDMAC、5kgPEG400,依次投入反应釜内,控制反应釜内温度为45℃,常压下搅拌反应12h,搅拌速度为150r/min,反应完毕,静置1h,得到铸膜液。
将铸膜液经过喷头挤出,在水浴中进行成膜处理,水浴停留时间为10s,然后依次经过30s的酸洗和30s的水洗,收卷得到内径0.9mm,外径1.6mm的中空纤维超滤膜丝,其中水浴内使用的是纯水,水浴温度为30℃,酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液,水洗槽内为45℃纯水。
实施例2
分别称取氯乙烯单体72kg、平均粒径35nm的纳米碳酸钙6kg、聚乙烯醇12kg、过氧化二碳酸双(2-乙基己酯)1.2kg、二辛基锡0.2kg,依次投入到反应釜内,控制反应温度为58℃,釜内压力为0.7MPa,搅拌反应11h,反应完毕后,分3次加入100kg水,进行搅拌清洗分层,清洗完毕,得到原位聚合PVC树脂。
再称取16kg原位聚合PVC树脂、74kg DMF、7kgPEG800,依次投入反应釜内,控制反应釜内温度为46℃,常压下搅拌反应13h,搅拌速度为150r/min,反应完毕,静置2h,得到铸膜液。
将铸膜液经过喷头挤出,在水浴中进行成膜处理,水浴停留时间为13s,然后依次经过33s的酸洗和33s的水洗,收卷得到内径0.9mm,外径1.6mm的中空纤维超滤膜丝,其中水浴内使用的是纯水,水浴温度为30℃,酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液,水洗槽内为45℃纯水。
实施例3
分别称取氯乙烯单体75kg、平均粒径40nm的纳米碳酸钙8kg、聚乙烯醇20kg、过氧化二碳酸双(2-乙基己酯)1.5kg、二辛基锡0.5kg,依次投入到反应釜内,控制反应温度为60℃,釜内压力为0.8MPa,搅拌反应12h,反应完毕后,分3次加入100kg水,进行搅拌清洗分层,清洗完毕,得到原位聚合PVC树脂。
再称取18kg原位聚合PVC树脂、69kg NMP、13kgPVP(K30),依次投入反应釜内,控制反应釜内温度为47℃,常压下搅拌反应14h,搅拌速度为160r/min,反应完毕,静置2h,得到铸膜液。
将铸膜液经过喷头挤出,在水浴中进行成膜处理,水浴停留时间为15s,然后依次经过35s的酸洗和35s的水洗,收卷得到内径0.9mm,外径1.6mm的中空纤维超滤膜丝,其中水浴内使用的是纯水,水浴温度为30℃,酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液,水洗槽内为45℃纯水。
实施例4
分别称取氯乙烯单体78kg、平均粒径45nm的纳米碳酸钙7kg、羟丙基甲基纤维素14kg、过氧化二碳酸双(2-乙基己酯)1.8kg、二辛基锡0.3kg,依次投入到反应釜内,控制反应温度为63℃,釜内压力为0.8MPa,搅拌反应13h,反应完毕后,分3次加入100kg水,进行搅拌清洗分层,清洗完毕,得到原位聚合PVC树脂。
再称取17kg原位聚合PVC树脂、46kgDMAC、30kgDMF、9kg PVP(K90),依次投入反应釜内,控制反应釜内温度为48℃,常压下搅拌反应15h,搅拌速度为160r/min,反应完毕,静置3h,得到铸膜液。
将铸膜液经过喷头挤出,在水浴中进行成膜处理,水浴停留时间为17s,然后依次经过37s的酸洗和37s的水洗,收卷得到内径0.9mm,外径1.6mm的中空纤维超滤膜丝,其中水浴内使用的是纯水,水浴温度为30℃,酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液,水洗槽内为45℃纯水。
实施例5
分别称取氯乙烯单体80kg、平均粒径50nm的纳米碳酸钙10kg、羟丙基甲基纤维素16kg、过氧化二碳酸双(2-乙基己酯)2kg、二辛基锡0.4kg,依次投入到反应釜内,控制反应温度为65℃,釜内压力为0.7MPa,搅拌反应14h,反应完毕后,分3次加入100kg水,进行搅拌清洗分层,清洗完毕,得到原位聚合PVC树脂。
再称取20kg原位聚合PVC树脂、40kgDMF、40kgNMP、10kgPEG400、5kg PVP(K30),依次投入反应釜内,控制反应釜内温度为50℃,常压下搅拌反应17h,搅拌速度为160r/min,反应完毕,静置3h,得到铸膜液。
将铸膜液经过喷头挤出,在水浴中进行成膜处理,水浴停留时间为20s,然后依次经过40s的酸洗和40s的水洗,收卷得到内径0.9mm,外径1.6mm的中空纤维超滤膜丝,其中水浴内使用的是纯水,水浴温度为30℃,酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液,水洗槽内为45℃纯水。
对比例
分别称取18kgPVC树脂、69kgDMAC、10kgPEG400、3kgPVP(K30),依次投入反应釜中,控制温度47℃,常压下搅拌反应15h,搅拌速度为150r/min,反应完毕,静置2h,得到铸膜液。
将铸膜液经过喷头挤出,在水浴中进行成膜处理15s,再依次经过酸洗槽40s,水洗槽45s,得到内径0.9mm,外径1.6mm的中空纤维超滤膜丝,所述水浴采用纯水,水浴温度为30℃,酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液,水洗槽内为纯水,温度为45℃。
将上述实施例1-5以及对比例所得到的超滤膜丝进行性能测试,分别将实施例以及对比例的超滤膜丝在25℃、45℃、60℃下工作48h,然后检测断裂拉力、接触角和纯水通量,检测结果如下:
将实施例1-5以及对比例的超滤膜丝在25℃下工作48h,检测结果如下:
将实施例1-5以及对比例的超滤膜丝在45℃下工作48h,检测结果如下:
检测项目 | 断裂拉力 | 接触角 | 纯水通量 |
实施例1 | 8.1N | 46° | 490L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例2 | 8.1N | 45° | 480L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例3 | 8.2N | 45° | 490L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例4 | 8.1N | 45° | 490L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例5 | 8.2N | 45° | 480L/(m<sup>2·</sup>h) |
对比例 | 5.5N | 58° | 320L/(m<sup>2·</sup>h) |
将实施例1-5以及对比例的超滤膜丝在60℃下工作48h,检测结果如下:
检测项目 | 断裂拉力 | 接触角 | 纯水通量 |
实施例1 | 8.1N | 47° | 470L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例2 | 8.1N | 46° | 480L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例3 | 8.0N | 46° | 470L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例4 | 8.1N | 46° | 470L/(m<sup>2·</sup>h) |
实施例5 | 8.0N | 47° | 470L/(m<sup>2·</sup>h) |
对比例 | 3.2N | 62° | 180L/(m<sup>2·</sup>h) |
以上数据不难看出,采用本发明的制备方法制备得到的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜具有良好的耐高温性能,且相比常规的PVC中空纤维超滤膜而言,具有更好的机械强度和水通量,在高温环境下工作仍然具有良好的机械性能和水通量。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、制备碳酸钙原位聚合PVC,分别将氯乙烯单体、纳米碳酸钙、分散剂、引发剂和稳定剂投入到反应釜中,控制反应温度为55-65℃,压力为0.7-0.8MPa,反应10-14h后经过水洗干燥后得到碳酸钙原位聚合PVC;
步骤二、制备铸膜液,分别将碳酸钙原位聚合PVC、溶剂和添加剂投入到反应釜中,控制反应温度为45-50℃,在常压下搅拌反应12-17h,搅拌速度为150-160r/min,反应完毕静置1-3h,得到铸膜液;
步骤三、制备膜丝,将铸膜液经过喷头挤出,经凝固浴相转化成膜后,依次经过酸洗槽和水洗槽后进行收卷,得到碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜。
2.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤一中,所述氯乙烯单体、纳米碳酸钙、分散剂、引发剂和稳定剂的质量比为(70-80):(5-10):(10-20):(1-2):(0.1-0.5)。
3.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,所述纳米碳酸钙的平均粒径为30-50nm。
4.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,所述分散剂为聚乙烯醇或羟丙基甲基纤维素,所述引发剂为过氧化二碳酸双(2-乙基己酯),所述稳定剂为二辛基锡。
5.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述碳酸钙原位聚合PVC、溶剂和添加剂的质量比为(15-20):(65-80):(5-15)。
6.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述溶剂为DMAC、DMF、NMP中的一种或几种的混合物,所述添加剂为PEG400、PEG800、PVP(K30)、PVP(K90)中的一种或几种的混合物。
7.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述凝固浴为纯水,凝固浴的温度为30℃。
8.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述酸洗槽内为1(wt)%的柠檬酸水溶液。
9.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述水洗槽内为纯水,水洗槽内纯水的温度为45℃。
10.如权利要求1所述的碳酸钙原位聚合PVC中空纤维超滤膜的制备方法,其特征在于,步骤三中,凝固浴内的停留时间为10-20s,酸洗槽内的停留时间为30-50s,水洗槽内的停留时间为30-50s。
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