一種高強度聚偏氟乙烯超濾膜絲製備工藝的製作方法
2023-10-05 10:21:04
本發明屬於高分子材料科學技術領域，涉及一種製備高強度聚偏氟乙烯超濾膜膜絲的方法，特別是通過將聚偏氟乙烯的高溫熔融態與添加劑按一定比例混合形成混合物，通過造粒、擠出、拉伸等工序而製備環保、高強度、高孔隙率、高純水通量的聚偏氟乙烯超濾膜膜絲的方法。
背景技術：
隨著我國經濟社會的發展，傳統的水淨化工藝如氯化、絮凝沉澱、離子交換等處理方法已不能滿足低投資、低運行成本、高水質和穩定性可靠的要求，新技術、新產品的開發顯得尤為重要。
膜分離技術是一種有效的分離技術，具有能耗低、裝置體積小、易操作、效率高、不產生二次汙染等特點。由於分離膜在應用過程中需要經受強氧化性、強酸鹼性化學物質清洗，因此需要膜材料具有優異的化學穩定性。聚偏氟乙烯是由一種熱塑性半結晶高聚物，由偏氟乙烯均聚或偏氟乙烯與六氟丙烯共聚而成，其分子鏈規整容易結晶。聚偏氟乙烯具有優良的熱穩定性、耐腐蝕性、不燃性、抗紫外線老化等性能，並具有高強度和耐磨性，因此近年來在分離膜領域引起了廣泛的重視。在膜製備方面，聚偏氟乙烯一直作為優異的膜材料。
現有的傳統的制膜方法-相轉化法，需要將聚偏氟乙烯溶解在一定的溶劑中，通過加入有機致孔劑，表面活性等物質製備多孔膜。這種制膜過程的最大缺點是需要用大量的溶劑，對環境有一定的汙染，且製備膜必須保存在溶劑中，運輸不便。為改善這個缺點，淘汰溶劑採用高溫熔融的方法製備鑄膜液，通過拉伸成孔。現有聚偏氟乙烯制膜技術存在膜內的孔結構不均勻，呈現鬆散的球粒堆積結構，有很多的大空洞缺陷，膜的使用性能和力學強度都不理想。為了改善膜內鬆散球狀結構而在該體系中摻混了無機添加劑，通過無機粒子造孔，抑制了球狀結構間不均一空洞的形成，在一定程度上改善了膜的通透性。並且在制膜絲的過程中採用造粒、擠出、拉伸等工序，其中造粒可以使配方進一步均勻，使膜的強度更高，膜孔的分布更均勻，孔隙率更大。
技術實現要素：
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種製備高強度、高孔隙率、環保的高強度聚偏氟乙烯超濾膜絲製備工藝。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是：
一種高強度聚偏氟乙烯超濾膜絲製備工藝，包括如下步驟：
1)將重均分子量在200000到700000之間的聚偏氟乙烯與添加劑混合，其中聚偏氟乙烯的質量百分比為30％-50％，添加劑相應的質量百分比為70％-50％，其中添加劑為納米碳酸鈣、蓖麻油、二苯甲酮、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯、1,2-碳酸丙二醇酯、己二酸二辛酯、鄰苯二甲酸二辛酯中的一種或幾種；
2)將步驟1)中的混合物放入攪拌釜中，升溫至180℃-240℃，形成鑄膜液；
3)將步驟2)中的鑄膜液通過雙螺杆擠出機、切粒機造粒，將顆粒投入擠出機中擠出膜絲，在100-150℃下放置10-60min,得到熱處理膜；
4)將步驟3)中的膜絲在配有溫控箱的電子萬能試驗機上進行冷熱拉伸；拉伸過程分兩步：首先在20—30℃下以200mm/min的拉伸速率拉伸40％；升溫至110-120℃再以20mm/min的拉伸速度拉伸40％，形成膜孔；
5)將步驟4)中的膜絲在120-130℃下以夾持狀態熱定形20min；
6)將步驟5)中的膜絲放在乙醇、鹽酸混合溶液中浸泡4小時，進一步形成膜孔，保證膜的穩定性；
7)將步驟6)中的膜絲放入50％的甘油中浸泡12小時，保持膜的親水性、孔的穩定性。
本發明具有的優點和積極效果是：本發明利用高溫熔融的方法製備鑄膜液，不僅解決了有機溶劑毒性大的問題而且節省了制膜成本；制膜工藝簡單且易操作；另一方面，本發明在鑄膜液中加入無機添加劑，然後通過造粒、擠出、拉伸的工序彌補了孔結構不均勻、有很多的大空洞的缺陷，並且增強膜的強度、提高膜的孔隙率、改善膜的通透性能。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並詳細說明如下：
一種高強度聚偏氟乙烯超濾膜絲製備工藝，包括如下步驟：
1)將重均分子量在200000到700000之間的聚偏氟乙烯與添加劑混合，其中聚偏氟乙烯的質量百分比為30％-50％，添加劑相應的質量百分比為70％-50％，其中添加劑為納米碳酸鈣、蓖麻油、二苯甲酮、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯、1,2-碳酸丙二醇酯、己二酸二辛酯、鄰苯二甲酸二辛酯中的一種或幾種；
2)將步驟1)中的混合物放入攪拌釜中，升溫至180℃-240℃，形成鑄膜液；
3)將步驟2)中的鑄膜液通過雙螺杆擠出機、切粒機造粒，將顆粒投入擠出機中擠出膜絲，在100-150℃下放置10-60min,得到熱處理膜；
4)將步驟3)中的膜絲在配有溫控箱的電子萬能試驗機上進行冷熱拉伸；拉伸過程分兩步：首先在20—30℃下以200mm/min的拉伸速率拉伸40％；升溫至110-120℃再以20mm/min的拉伸速度拉伸40％，形成膜孔；
5)將步驟4)中的膜絲在120-130℃下以夾持狀態熱定形20min；
6)將步驟5)中的膜絲放在乙醇、鹽酸混合溶液中浸泡4小時，進一步形成膜孔，保證膜的穩定性；
7)將步驟6)中的膜絲放入50％的甘油中浸泡12小時，保持膜的親水性、孔的穩定性。本發明利用高溫熔融的方法製備鑄膜液，不僅解決了有機溶劑毒性大的問題而且節省了制膜成本；制膜工藝簡單且易操作；
另一方面，本發明在鑄膜液中加入無機添加劑，然後通過造粒、擠出、拉伸的工序彌補了孔結構不均勻、有很多的大空洞的缺陷，並且增強膜的強度、提高膜的孔隙率、改善膜的通透性能。
實施例1：將質量百分比為30％，重均分子量為200000的聚偏氟乙烯，質量百分比為70％的添加劑(添加劑中納米碳酸鈣質量百分比為20％，鄰苯二甲酸二甲酯80％)放入攪拌釜中加熱升溫至180℃，攪拌混合形成鑄膜液。將此鑄膜液通過雙螺旋杆擠出機、切粒機造粒，將顆粒投入擠出機中擠出膜絲，在100℃下放置10min。將得到的膜絲在20℃下以200mm/min的拉伸速率拉伸40％；升溫至110℃再以20mm/min的拉伸速率拉伸40％，得到的膜絲在120℃下以夾持狀態熱定形20min,將定形的膜絲先放在乙醇、鹽酸混合溶液中浸泡4小時，再放到50％的甘油中浸泡12小時後取出乾燥。
製成的聚偏氟乙烯膜絲的性能參數：膜孔隙率為73％，膜斷裂強度4.8Mpa，斷裂伸長率30％，純水通量2878L/(m2·.hr.·0.1Mpa)。
實施例2：將質量百分比為40％，重均分子量為400000的聚偏氟乙烯，質量百分比為60％的添加劑(添加劑中納米碳酸鈣質量百分比為25％，鄰苯二甲酸二丁酯75％)放入攪拌釜中加熱升溫至200℃，攪拌混合形成鑄膜液。將此鑄膜液通過雙螺旋杆擠出機、切粒機造粒，將顆粒投入擠出機中擠出膜絲，在120℃下放置30min。將得到的膜絲在25℃下以200mm/min的拉伸速率拉伸40％；升溫至115℃再以20mm/min的拉伸速率拉伸40％，得到的膜絲在125℃下以夾持狀態熱定形20min,將定形的膜絲先放在乙醇、鹽酸混合溶液中浸泡4小時，再放到50％的甘油中浸泡12小時後取出乾燥。
製成的聚偏氟乙烯膜絲的性能參數：膜孔隙率為68％，膜斷裂強度7.9Mpa，斷裂伸長率48％，純水通量2434/(m2·.hr.·0.1Mpa)。
實施例3：將質量百分比為50％，重均分子量為700000的聚偏氟乙烯，質量百分比為50％的添加劑(添加劑中納米碳酸鈣質量百分比為30％，二苯甲酮70％)放入攪拌釜中加熱升溫至240℃，攪拌混合形成鑄膜液。將此鑄膜液通過雙螺旋杆擠出機、切粒機造粒，將顆粒投入擠出機中擠出膜絲，在150℃下放置60min。將得到的膜絲在30℃下以200mm/min的拉伸速率拉伸40％；升溫至120℃再以20mm/min的拉伸速率拉伸40％，得到的膜絲在130℃下以夾持狀態熱定形20min,將定形的膜絲先放在乙醇、鹽酸混合溶液中浸泡4小時，再放到50％的甘油中浸泡12小時後取出乾燥。
製成的聚偏氟乙烯膜絲的性能參數：膜孔隙率為57％，膜斷裂強度5.6Mpa，斷裂伸長率35％，純水通量725L/(m2·.hr.·0.1Mpa)。
以上所述僅是對本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的範圍內。