CN113499692A - 一种pp膜的亲水性改进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及PP膜材料制备方法领域，公开了一种PP膜的亲水性改进方法，包括以下步骤：步骤一:取PP膜，取有机溶剂浸润PP膜30min；步骤二:取清水清洗并浸泡PP膜10min，取水溶性高分子聚合物溶液，将PP膜浸泡在水溶性高分子聚合物溶液中30‑60min；步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5‑10min；步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。本发明提供的一种PP膜的亲水性改进方法，其具有工序简单、成本低廉的优点，且亲水性改进的PP膜可应用于微滤或超滤，且其具有优良的水通量以及良好的截盐率。

Description

一种PP膜的亲水性改进方法
技术领域
本发明涉及PP膜材料制备方法领域，尤其涉及一种PP膜的亲水性改进方法。
背景技术
膜分离技术是一种广泛应用于溶液或气体物质分离、浓缩和提纯的分离技术。膜壁微孔密布，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为滤出液，而大分子溶质被膜截留，达到物质分离及浓缩的目的。
膜分离技术中指代的膜材料主要为半渗透滤膜，包括正渗透滤膜、反渗透滤膜、超滤膜、微孔滤膜等，因具有仅依上下流的压力差，而能选择性地分离流体中不同成分的特性，近几十年来成为纯化分离工艺领域常用的材料。
从材料表面性质上来讲，半渗透滤膜可粗分为亲水性和疏水性。常用的半渗透滤膜材料包括了聚砜、聚醚砜、尼龙、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯等等。虽然疏水性聚四氟乙烯半渗透滤膜可以使用于水溶液，但是在使用前，需要将滤膜进行预先润湿，使用上并不方便。
目前已有大量把疏水性材料变性为亲水性材料的方法报道。把疏水性滤膜或高分子塑料薄膜改变成亲水性的方法，基本有化学接枝法、等离子体接枝法、高能辐射法等等。然而，现有公开的半渗透滤膜的亲水性改性处理方法，大多受限于工序繁杂、成本高昂等缺点。
发明内容
本发明意在提供一种PP膜的亲水性改进方法，其具有工序简单、成本低廉的优点，且亲水性改进的PP膜具有优良的水通量以及良好的截盐率。
为达到上述目的，本发明的基本方案如下：
一种PP膜的亲水性改进方法，包括以下步骤：
步骤一:取PP膜，取有机溶剂浸润PP膜30min；
步骤二:取清水清洗并浸泡PP膜10min，取水溶性高分子聚合物溶液，将PP膜浸泡在水溶性高分子聚合物溶液中30-60min；
步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5-10min；
步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。
进一步地，所述步骤一中的有机溶剂为乙醇、异丙醇以及丙酮中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，选取乙醇、异丙醇以及丙酮中的一种或多种作为润洗PP膜的有机溶剂，可以出去PP膜的杂质，从而有利于后续步骤的水溶性高分子聚合物溶液能够附着在PP膜上。
进一步地，所述步骤二中的水溶性高分子聚合物溶液为聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚氧化乙烯溶液以及聚乙烯吡咯烷酮溶液中的一种。
通过采用上述技术方案，选取聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚氧化乙烯溶液以及聚乙烯吡咯烷酮溶液中的一种作为亲水材料，水溶性高分子聚合物具有亲水作用，可与膜材料之间相融合提高膜材料的亲水性，并提高均相共存的稳定性。
进一步地，所述步骤二中的水溶性高分子聚合物溶液为聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的浓度为0.5～5％。
通过采用上述技术方案，优选0.5～5％浓度的聚乙烯醇溶液，可以使得亲水性改性的PP膜的亲水性最优，其水通量达到最佳。
进一步地，所述交联剂溶液的pH为5.9～6.5。
通过采用上述技术方案，在偏酸性的环境中，交联剂可以促进水溶性高分子聚合物与PP膜的交联固化，可确保亲水材料不会在环境中流失，并有利于促进亲水材料在膜中的匀相分布，以使得水溶性高分子聚合物能够更均匀且稳定牢固地分散在PP膜表面。
进一步地，所述步骤三中的交联剂溶液为包括柠檬酸以及改性剂。
进一步地，所述柠檬酸的浓度为1～2％，所述改性剂为纳米氧化锌，所述纳米氧化锌通过超声分散在柠檬酸中。
通过采用上述技术方案，纳米氧化锌材料具有较高的比表面积和优异的物理化学特性，具有亲水疏油性，将纳米氧化锌与PP膜材料共混制备亲水性改进PP膜,能够有效提高膜的亲水性以及水通量。
进一步地，所述步骤二中的水溶性高分子聚合物溶液添加有分散介质溶剂，所述分散介质溶剂为水、乙醇以及DMSO的混合物。
通过采用上述技术方案，在水溶性高分子聚合物溶液添加一定比例的水、乙醇以及DMSO的混合物作为分散介质溶剂，有利于促进亲水材料在膜中的匀相分布，以使得水溶性高分子聚合物能够更均匀且稳定牢固地分散在PP膜表面。
进一步地，所述乙醇的浓度为75％，所述DMSO的浓度为90％。
进一步地，所述水、乙醇以及DMSO以体积比为(5-10):(5-10):(2-5)的比例混合。
与现有技术相比本方案的有益效果是：
1)本发明制备方法工艺简单、高效、生产成本低廉，可将PP膜改性为亲水性，而且其亲水性是永久且稳定的，亲水性改进的PP膜可应用于微滤或超滤。
2)选取0.5～5％浓度的聚乙烯醇溶液作为亲水材料，聚乙烯醇溶液具有亲水作用，可与膜材料之间相融合提高膜材料的亲水性，并提高均相共存的稳定性。
3)交联剂可以促进水溶性高分子聚合物与PP膜的交联固化，可确保亲水材料不会在环境中流失，并有利于促进亲水材料在膜中的匀相分布，以使得水溶性高分子聚合物能够更均匀且稳定牢固地分散在PP膜表面。
4)纳米氧化锌材料具有较高的比表面积和优异的物理化学特性，具有亲水疏油性，将纳米氧化锌与PP膜材料共混制备亲水性改进PP膜,能够有效提高膜的亲水性以及水通量。
5)在水溶性高分子聚合物溶液添加分散介质溶剂，有利于促进亲水材料在膜中的匀相分布，以使得水溶性高分子聚合物能够更均匀且稳定牢固地分散在PP膜表面。
具体实施方式
下面结合说明书，并通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
本发明各实施例以及对比例中所用溶液来源：
有机溶剂：取75％浓度的乙醇溶剂
水溶性高分子聚合物溶液由以下组分物质按如下方法混合得到：
分别取0.5％、1％、2％、4％、5％浓度的聚乙烯醇溶液，加入分散介质溶剂，聚乙烯醇溶液与分散介质溶剂的体积比为5:1，分散介质溶剂的各组分构成如下(体积比)：
水(5)：75％乙醇(5)：90％DMSO:(2)
交联剂溶液以下组分物质按如下方法混合得到：
取1％浓度的柠檬酸溶液，加入纳米氧化锌(每100ml柠檬酸溶液加入0.5-1.0g纳米氧化锌)，持续超声15-20min，得到交联剂溶液。
实施例1：
一种PP膜的亲水性改进方法，包括以下步骤：
步骤一:取PP膜，取用75％浓度的乙醇溶剂浸润PP膜30min；
步骤二:取去离子水清洗并浸泡PP膜10min，取添加有分散介质溶剂的0.5％浓度的聚乙烯醇溶液，将PP膜浸泡在聚乙烯醇溶液中30min；
步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5min；
步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。
实施例2：
一种PP膜的亲水性改进方法，包括以下步骤：
步骤一:取PP膜，取用75％浓度的乙醇溶剂浸润PP膜30min；
步骤二:取去离子水清洗并浸泡PP膜10min，取添加有分散介质溶剂的1％浓度的聚乙烯醇溶液，将PP膜浸泡在聚乙烯醇溶液中30min；
步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5min；
步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。
实施例3：
一种PP膜的亲水性改进方法，包括以下步骤：
步骤一:取PP膜，取用75％浓度的乙醇溶剂浸润PP膜30min；
步骤二:取去离子水清洗并浸泡PP膜10min，取添加有分散介质溶剂的2％浓度的聚乙烯醇溶液，将PP膜浸泡在聚乙烯醇溶液中30min；
步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5min；
步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。
实施例4：
一种PP膜的亲水性改进方法，包括以下步骤：
步骤一:取PP膜，取用75％浓度的乙醇溶剂浸润PP膜30min；
步骤二:取去离子水清洗并浸泡PP膜10min，取添加有分散介质溶剂的4％浓度的聚乙烯醇溶液，将PP膜浸泡在聚乙烯醇溶液中30min；
步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5min；
步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。
实施例5：
一种PP膜的亲水性改进方法，包括以下步骤：
步骤一:取PP膜，取用75％浓度的乙醇溶剂浸润PP膜30min；
步骤二:取去离子水清洗并浸泡PP膜10min，取添加有分散介质溶剂的5％浓度的聚乙烯醇溶液，将PP膜浸泡在聚乙烯醇溶液中30min；
步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5min；
步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。
对比例1：通过化学接枝法对PP膜进行亲水性改进，得到亲水性改进PP膜。
对比例2：通过等离子体接枝法对PP膜进行亲水性改进，得到亲水性改进PP膜。
对比例3：通过高能辐射法对PP膜进行亲水性改进，得到亲水性改进PP膜。
试验例一：水通量测试试验
组别：实施例1至实施例5的亲水性改进PP膜；对比例1至对比例3制备得到的亲水性改进PP膜；
试验方法：
使用实验室规模的膜测试装置进行膜表征。取亲水性改进PP膜的有效面积为24cm2(即长度、宽度和高度分别为8、3和0.2cm)，选取去离子水为进料溶液，NaCl溶液为汲取溶液，且进料溶液和汲取溶液的初始体积分别为2.0L去离子水和0.5M NaCl，进料和汲取溶液的交叉流速用转子流量计监测并使其保持恒定在0.9L/min(或流速为0.25m/s)。
为了表征亲水性改进PP膜，连接到计算机的电子天平，记录渗透到汲取溶液中的水的重量增加。通过监测汲取溶液的重量变化来测量亲水性改进PP膜的水通量。
测试进行30分钟以评估水通量，水通量Jv基于在稳定条件下使用以下式在5分钟内的测量：
Figure BDA0003173395990000061
其中Δm、Δt、A m和ρdraw分别代表渗透水的质量、时间间隔、有效膜表面积和汲取溶液密度。
测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003173395990000062
由表1可知，在膜表征试验的水通量测试中，
实施例1至实施例5的亲水性改进PP膜在稳定条件下得到的水通量，能够达到现有技术的方法改进的亲水性改进PP膜在稳定条件下的水通量，即对比例1至对比例3制备得到的亲水性改进PP膜在稳定条件下的水通量，甚至略高于对比例1至对比例3制备得到的亲水性改进PP膜在稳定条件下的水通量；且本发明的改进方法工序更加简单，成本更加低廉。
试验例二：截盐率测试试验
组别：实施例1至实施例5的亲水性改进PP膜；对比例1至对比例3制备得到的亲水性改进PP膜；
试验方法：
将实施例1至实施例5的亲水性改进PP膜以及对比例1至对比例3制备得到的亲水性改进PP膜装入膜池中，在压力为0.5MPa下、温度为25℃条件下测得1h内初始浓度为1MNaCl溶液与透过液中NaCl溶液的浓度变化，并通过以下公式计算得到：
R＝(Cp-Cf)/Cp×100％，其中，R为截盐率，Cp为原液中NaCl的浓度，Cf为透过液中NaCl的浓度。
测试结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003173395990000071
由表2可知，在膜表征试验的截盐率测试中，
实施例1至实施例5的亲水性改进PP膜在稳定条件下得到的截盐率，能够达到现有技术的方法改进的亲水性改进PP膜在稳定条件下的截盐率，即对比例1至对比例3制备得到的亲水性改进PP膜在稳定条件下的截盐率，甚至略高于对比例1至对比例3制备得到的亲水性改进PP膜在稳定条件下的截盐率；且本发明的改进方法工序更加简单，成本更加低廉。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一:取PP膜，取有机溶剂浸润PP膜30min；
步骤二:取清水清洗并浸泡PP膜10min，取水溶性高分子聚合物溶液，将PP膜浸泡在水溶性高分子聚合物溶液中30-60min；
步骤三:将PP膜捞出，并将PP膜浸泡于交联剂溶液中5-10min；
步骤四:将PP膜捞出沥干表面的液体，得到亲水性改进PP膜。
2.根据权利要求1所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述步骤一中的有机溶剂为乙醇、异丙醇以及丙酮中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述步骤二中的水溶性高分子聚合物溶液为聚乙烯醇溶液、聚乙二醇溶液、聚氧化乙烯溶液以及聚乙烯吡咯烷酮溶液中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述步骤二中的水溶性高分子聚合物溶液为聚乙烯醇溶液，所述聚乙烯醇溶液的浓度为0.5～5％。
5.根据权利要求1所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述交联剂溶液的pH为5.9～6.5。
6.根据权利要求1所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述步骤三中的交联剂溶液为包括柠檬酸以及改性剂。
7.根据权利要求6所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述柠檬酸的浓度为1～2％，所述改性剂为纳米氧化锌，所述纳米氧化锌通过超声分散在柠檬酸中。
8.根据权利要求1所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述步骤二中的水溶性高分子聚合物溶液添加有分散介质溶剂，所述分散介质溶剂为水、乙醇以及DMSO的混合物。
9.根据权利要求8所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述乙醇的浓度为75％，所述DMSO的浓度为90％。
10.根据权利要求9所述的一种PP膜的亲水性改进方法，其特征在于：所述水、乙醇以及DMSO以体积比为(5-10):(5-10):(2-5)的比例混合。
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