熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法
2023-09-21 19:52:50
專利名稱：熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法
技術領域：
本發明屬於材料科學領域，涉及一種聚丙烯微孔膜的製備方法。
背景技術：
膜過程是近幾年新興的一種多學科交叉的高新技術。膜科學技術的發展與各學科的發展相輔相成。膜過程中的膜材料涉及高分子化學和無機化學，膜材料的研製是膜過程的關鍵技術。
反滲透、納濾、超濾、微濾均屬於壓力驅動型膜分離技術。從目前應用看，以微濾的應用面最廣。微孔濾膜的過濾技術，使過濾從一般只具有比較粗糙的相對性質，過渡到精密的絕對性質，由於其應用的廣泛性，對微濾膜及濾器的要求也越來越高。美國、英國、德國、日本等國都形成的自己獨立的生產微濾膜器的工業，並且頗具規模。近十幾年來，我國在微濾膜器的生產也有了長足的進步，但微濾膜研製開發仍具有較大的空間。
從疏水微孔濾膜的膜材料看，主要有有機含氟材料，如聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)以及聚烯烴中的聚丙烯(PP)。膜材料以聚丙烯最為便宜、成本低，並且具有很好的疏水性和化學穩定性，可耐酸、鹼和各種有機溶劑，研究開發及應用前景看好。
目前商品化的聚丙烯微孔濾膜主要有兩種聚丙烯拉伸式微孔膜和聚丙烯纖維式深層過濾膜。該兩種成膜方法的缺點是膜孔徑分布寬。從目前各研究報導中以溶劑致相分離形成的聚丙烯微孔濾膜的研究成果看，仍舊存在孔徑分布寬及膜過濾通量低的缺點。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法。
本發明的技術方案概述如下一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入質量百分比為20-40％的熔融指數為4-17g/10min的聚丙烯顆粒、質量百分比為58.5-78.5％的稀釋劑和質量百分比為0.1-1.5％的助劑，加熱至170-200℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡15-30分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於60-150℃的刮膜室內預熱0.5-1小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在190-230℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為400-600微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入0-50℃的自來水中萃冷0.5-10分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑在0.05-0.5Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；
(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
在步驟(1)中，聚丙烯顆粒的質量百分比以25-30％為宜，最好是27％，聚丙烯顆粒的熔融指數以8-16g/10min為宜，最好是16g/10min，稀釋劑的質量百分比以69.5-74.5％為宜，最好是72.5％，助劑的質量百分比以0.4-0.5％為宜，最好選0.5％，加熱溫度以170-190℃為宜，靜置脫泡時間以15-20分鐘為宜；在步驟(2)中，將刮刀、刮板及取樣器在刮膜室內的預熱溫度選80-120℃為宜；在步驟(3)中，將鑄膜液倒至的刮板的溫度以190-210℃為宜，最好選190℃；在步驟(4)中，自來水的溫度以20-30℃為宜，最好選20℃，萃冷時間以0.5-1分鐘為宜；在步驟(5)中，萃取壓力以0.1-0.2Mpa為宜。
所述稀釋劑為植物油或脂類。
所述植物油為大豆油或花生油或色拉油或蓖麻油，最好選用大豆油。
所述脂類為苯甲酸甲酯或苯甲酸乙酯。
所述助劑為苯甲酸或苯甲酸鈉或己二酸。
所述萃取劑為無水乙醇或石油醚或正己烷或汽油或氟裡昂。
採用本發明所製備的聚丙烯平板微孔濾膜，克服了目前聚丙烯微孔濾膜的不足，具有孔徑分布窄(0.05-0.5微米)、孔隙率高，通過實驗證明，本發明所製備的聚丙烯平板微孔濾膜疏水性能及化學穩定性好，應用前景廣闊。
圖1為本發明所製備的聚丙烯平板微孔膜TGA分析圖；圖2為本發明所製備的聚丙烯平板微孔膜放大500倍斷面結構；圖3為本發明所製備的聚丙烯平板微孔膜放大5000倍斷面結構。
具體實施例方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步地說明實施例1一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入27g，熔融指數為16g/10min的聚丙烯顆粒、72.5g的大豆油和0.5g的苯甲酸，加熱至180℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡20分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於100℃的刮膜室內預熱0.5小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在190℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為500微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入20℃的自來水中萃冷1分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑無水乙醇在0.1Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
實施例2用壓汞法表徵實施例1所製備的聚丙烯平板微孔膜的性能參數如下
(1)、膜的孔徑分布0.05-0.5微米，膜的平均孔徑為0.1微米；(2)、膜的孔隙率為60-70％；(3)、膜的彎曲因子為1.4；(4)、膜的比表面為70-90m2/g；(5)、膜的比孔容為1.5-2ml/g。
實施例3用材料機械強度測試儀測得實施例1所製備的聚丙烯平板微孔膜的機械性能參數如下(1)、膜的最大拉伸強度為2-5Mpa；(2)、膜的伸長率為4-8％。
實施例4用熱重分析儀(TGA)表徵實施例1所製備的聚丙烯平板微孔膜的熱分解溫度為350-400℃。如圖1所示。
在圖1中，橫坐標表示溫度，縱坐標表示聚丙烯平板微孔膜樣品質量。
實施例5用掃描電子顯微鏡(SEM)表徵實施例1所製備的聚丙烯平板微孔膜的微觀結構，如圖2、圖3所示。
實施例6實施例1製備的聚丙烯平板微孔膜可成功應用於膜蒸餾、膜吸收、膜萃取及控制釋放等新型膜分離過程。
效果驗證將實施例1製備的聚丙烯平板微孔膜用於純水通量測試(結果如表1所示)以及純水、濃度為0.5mol/L氯化鈉水溶液及天津市渤海灣預處理海水的真空膜蒸餾(VMD)過程(結果如表2所示)。氯化鈉水溶液及天津市渤海灣預處理海水的VMD過程產品水脫鹽率均達99.9％以上。
表1 純水通量測試結果
表2 真空膜蒸餾(VMD)過程測試結果膜後真空度0.08MPa
實施例7一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入25g，熔融指數為8g/10min的聚丙烯顆粒、74.5g的花生油和0.5g的苯甲酸鈉，加熱至190℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡15分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於120℃的刮膜室內預熱1小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在210℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為400微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入30℃的自來水中萃冷0.5分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑石油醚在0.2Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
實施例8一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入30g，熔融指數為4g/10min的聚丙烯顆粒、69.9g的色拉油和0.1g的己二酸，加熱至170℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡30分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於150℃的刮膜室內預熱1小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在230℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為600微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入0℃的自來水中萃冷10分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑正己烷在0.5Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
實施例9一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入20g，熔融指數為4g/10min的聚丙烯顆粒、78.5g的蓖麻油和1.5g的苯甲酸，加熱至200℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡20分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於60℃的刮膜室內預熱1小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在190℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為500微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入50℃的自來水中萃冷10分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑汽油在0.05Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
實施例10一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入40g，熔融指數為16g/10min的聚丙烯顆粒、58.5g的苯甲酸甲酯和1.5g的苯甲酸，加熱至200℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡20分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於80℃的刮膜室內預熱0.5小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在190℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為500微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入20℃的自來水中萃冷1分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑氟裡昂在0.1Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
實施例11一種熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入30.1g，熔融指數為16g/10min的聚丙烯顆粒、69.5g的苯甲酸乙酯和0.4g的苯甲酸，加熱至180℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡20分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於100℃的刮膜室內預熱0.5小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在190℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為500微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入20℃的自來水中萃冷1分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑無水乙醇在0.1Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
權利要求
1.熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是由如下步驟組成(1)在耐高溫容器中加入質量百分比為20-40％的熔融指數為4-17g/10min的聚丙烯顆粒、質量百分比為58.5-78.5％的稀釋劑和質量百分比為0.1-1.5％的助劑，加熱至170-200℃，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡15-30分鐘，製成鑄膜液；(2)將刮刀、刮板及取樣器放於60-150℃的刮膜室內預熱0.5-1小時；(3)將鑄膜液倒至溫度在190-230℃的刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為400-600微米的薄膜；(4)將帶有薄膜的刮板放入0-50℃的自來水中萃冷0.5-10分鐘；(5)取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑在0.05-0.5Mpa的壓力下萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜；(6)壓制聚丙烯平板微孔膜。
2.根據權利要求1所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述步驟(1)中，聚丙烯顆粒的質量百分比為25-30％，聚丙烯顆粒的熔融指數為8-16g/10min，稀釋劑的質量百分比為69.5-74.5％，助劑的質量百分比為0.4-0.5％，加熱溫度為170-190℃，靜置脫泡時間為15-20分鐘；所述步驟(2)中，所述將刮刀、刮板及取樣器在刮膜室內的預熱溫度為80-120℃；所述步驟(3)中，將鑄膜液倒至的刮板的溫度為190-210℃；在步驟(4)中，自來水的溫度為20-30℃，萃冷時間為0.5-1分鐘；在所述步驟(5)中，萃取壓力為0.1-0.2Mpa。
3.根據權利要求2所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述步驟(1)中聚丙烯顆粒的質量百分比為27％，稀釋劑的質量百分比為72.5％，助劑的質量百分比為0.5％。
4.根據權利要求2所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述步驟(3)中，將鑄膜液倒至的刮板的溫度為190℃，所述所述步驟(4)中，自來水的溫度為20℃。
5.根據權利要求1至4之一所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述稀釋劑為植物油或脂類。
6.根據權利要求5所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述植物油為大豆油或花生油或色拉油或蓖麻油。
7.根據權利要求6所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述植物油為大豆油。
8.根據權利要求5所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述脂類為苯甲酸甲酯或苯甲酸乙酯。
9.根據權利要求1至4之一所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述助劑為苯甲酸或苯甲酸鈉或己二酸。
10.根據權利要求1至4之一所述的熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，其特徵是所述萃取劑為無水乙醇或石油醚或正己烷或汽油或氟裡昂。
全文摘要
本發明公開了熱致相分離製備聚丙烯平板微孔膜的方法，由如下步驟組成在耐高溫容器中加入質量百分比為20－40％的聚丙烯顆粒、58.5－78.5％的稀釋劑和0.1－1.5％的助劑，加熱，充分攪拌，充氮氣，待溶液呈均一相，停止加熱，靜置脫泡，製成鑄膜液；將刮刀、刮板及取樣器預熱；將鑄膜液倒至刮板上，於刮膜室內用刮刀迅速刮取厚度為400－600微米的薄膜；將帶有薄膜的刮板放入自來水中萃冷；取下刮板上的薄膜，放入萃取裝置膜池中，用萃取劑萃取，即製成聚丙烯平板微孔膜，壓制聚丙烯平板微孔膜，採用本發明所製備的聚丙烯平板微孔濾膜，具有孔徑分布窄、孔隙率高，疏水性能及化學穩定性好，應用前景廣闊。
文檔編號B01D71/26GK1597073SQ20041002024
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月6日 優先權日2004年8月6日
發明者唐娜, 劉家祺, 李俊臺, 馬敬環 申請人:天津科技大學