一种聚偏氟乙烯膜亲水改性的方法技术

本发明专利技术涉及一种聚偏氟乙烯膜亲水改性的方法，其工艺为：１．制备铸膜液：按下述质量浓度配方制备共混液：聚偏氟乙烯１０－１８％；聚乙烯醇２－１０％；二甲基亚砜８０％，将所述共混液置于９８℃水浴中，搅拌６小时后，静置脱泡，即得到均匀铸膜液；２．制备膜：将所述铸膜液于室温下刮制平板膜或湿法纺制中空纤维膜后，立即浸入凝固浴中，保持２４ｈ固化成形；所述的凝固浴为水、质量浓度为２０％的乙醇水溶液或５ｍｏｌ／Ｌ氯化钠水溶液中的一种；成形的膜用清水冲洗后，再浸泡在质量浓度为６０％甘油水溶液中１２ｈ，取出于空气中自然干燥，即可制成亲水性良好的聚偏氟乙烯平板膜或中空纤维膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膜产品的改性技术，具体为一种旨在提高聚偏氟乙烯膜亲水性的方法，国际专利分类号拟为Int. C1.C08J7/12 (2006.01)1。技术背景聚偏氟乙烯是一种半结晶型聚合物。由于其OF键长短，键能强 (486kJ/mol)，故而耐热、耐腐蚀、耐辐射、并且强度高、韧性好，是制备膜 的优选材料。然而，其强疏水性会导致两个问题:一是分离过程需要较大的 驱动力；二是容易产生吸附污染，使膜通量和截留率两项主要分离指标下降， 膜的使用寿命縮短，制约了其在生化制药、食品饮料和水体净化等水相体系 中的应用。因此，聚偏氟乙烯膜的亲水化改性具有重要的实际意义。制备亲水性高分子材料时，可以采用以下三种方法(1).将具有亲水基 团的小分子经过聚合反应得到亲水性高分子；(2).对不含有亲水基团的高聚 物骨架进行亲水化反应，使高分子链悬挂上亲水基团；(3).对普通高分子材 料进行物理改性，使其具有亲水性。比较常用的亲水改性方法有表面改性、 共混、接枝、共聚和交联等。比较以上三种方法，第一种实现起来最为困 难，因为它要经过复杂的有机合成反应和单体的聚合反应，逐步得到最终产 物，其间可能还需要功能团的保护和解保护过程；第二种方法较第一种方法 实现起来虽容易一些，但高分子的亲水化反应也存在着许多难以解决的技术 问题，而且该方法得到的功能性材料存在着功能团分布不均匀、达不到理论 含量的缺陷；而所述的第三种方法比前两种方法无论在研究上还是在工业应 用上都较容易实现。许多研究都表明，共混制膜是一种在现有材料基础上取长补短改善膜性 能的简便方法。将一种聚合物与其它聚合物共混，可以综合均衡各聚合物组 分的性能，取长补短，消除各单一聚合物组分性能上的弱点，而且，通过共 混还可以改善聚合物的加工性能，对某些性能卓越但价格昂贵的工程塑料，在不影响使用要求条件下，通过共混可降低原材料成本。目前针对聚偏氟乙烯制备膜材料常用的共混体系有聚偏氟乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯(参见s. P.Nunes，等，PVDF/PMMA共混超滤膜，膜科学杂志.73 (1992) 25)，聚偏氟乙 烯/聚丙烯腈(参见于志辉等，聚偏氟乙烯/聚丙烯腈共混超滤膜的研究，膜 科学与技术.20 (2000)10)，聚偏氟乙烯/磺化聚砜(参见孙漓青等，聚偏氟 乙烯做化聚砜共混相容性及超滤膜研究，膜科学与技术.21(2001) l)以及聚 偏氟乙烯/聚醋酸乙烯酯(参见F. M. Ksei等，制备多孔膜的方法.US Patent 4,772,440， 1998)等。上述技术文献只单纯从亲水角度讨论对膜性能的作 用，而忽略了界面孔结构对膜性能的影响。聚乙烯醇是一种良好的亲水性聚合物，将其作为共混组分，用于改善聚 偏氟乙烯膜的界面孔结构，并与亲水改性结合研究的报道，迄今尚未见到。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种聚偏氟乙 烯膜亲水改性的方法，该方法采用湿法相转化法来制备聚偏氟乙烯/聚乙烯 醇二元共混膜，可有效地提高聚偏氟乙烯膜的亲水性，同时利用聚合物共混 界面相分离原理丰富了膜的孔结构，并具有工艺简单，对设备条件无特殊要 求，成本较低，便于工业化应用的特点。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是设计一种聚偏氟乙烯膜亲水改 性的方法，其工艺如下1. 制备铸膜液按下述质量浓度配方制备共混液聚偏氟乙烯 10 — 18%;聚乙烯醇 2 — 10% ;二甲基亚砜 80%,将所述共混液置于98X:水浴中，搅拌6小时后，静置脱泡，即得到均 匀铸膜液；2. 制备膜将所述铸膜液于室温下刮制平板膜或湿法纺制中空纤维膜 后，立即浸入凝固浴中，保持24h固化成形；所述的凝固浴为水、质量浓度 为20%的乙醇水溶液或5mol/L氯化钠水溶液中的一种；成形的膜用清水冲洗后，再浸泡在质量浓度为60%甘油水溶液中12h，取出于空气中自然干 燥，即可制成亲水性良好的聚偏氟乙烯平板膜或中空纤维膜。与现有技术相比，本专利技术方法首次将亲水改性与界面孔结构相结合，研 究其对膜亲水性能的影响，不仅可有效地提高聚偏氟乙烯膜的亲水性，还利 用界面相分离原理丰富了膜的孔结构，且工艺简单，对设备条件无特殊要 求，成本较低，便于工业化应用。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的阐述本专利技术设计(以下简称方法)，其工 艺如下1. 制备铸膜液按下述质量浓度配方制备共混液聚偏氟乙烯 10 — 18%;聚乙烯醇 2_10% ;二甲基亚砜 80%，将所述共混液置于98'C水浴中，搅拌6小时后，静置脱泡，即得到均 匀铸膜液；2. 制备膜将所述铸膜液于室温下刮制平板膜或湿法纺制中空纤维后， 立即浸入凝固浴中，保持24h固化成形；所述的凝固浴为水、质量浓度为 20%的乙醇水溶液或5mol/L氯化钠水溶液中的一种；成形的膜用清水冲洗 后，再浸泡在质量浓度为60%甘油水溶液中12h，取出于空气中自然干燥， 即可制成亲水性良好的聚偏氟乙烯平板膜或中空纤维膜。本专利技术方法所述膜的基膜材料或基质相是聚偏氟乙烯。 本专利技术聚偏氟乙烯膜包括平板膜和中空纤维膜。其亲水改性的方法一 个关键技术是合理选择一种亲水性物质与之共混。其选择依据是:①与基质 相聚偏氟乙烯为非热力学相容或部分相容；②与聚偏氟乙烯共混后，铸膜液 具有良好的薄膜或纤维成型及加工性能；③对最终所得膜无物理损伤或化学 损害。据此，本专利技术所述膜的共混组分选择了与聚偏氟乙烯部分相容或不相 容的亲水性物质——聚乙烯醇。试验表明，本专利技术所述配方中，在一定范围内，随聚乙烯醇含量的增加，所得共混膜的水通量先增大后减小，对卵清蛋 白截留率则先降低后升高。研究表明，在所述共混液中的聚乙烯醇质量浓度配比虽然可为2 — 10%，但优选3—5%，效果比较理想。为进一步增加膜的通量，或者为满足不同用途的要求，本专利技术方法的进 一步特征是可以在所述共混液配方中加入第三组分或添加剂。本专利技术所述第 三组分的选择依据是:①与所述聚偏氟乙烯/聚乙烯醇配制共混铸膜液后，应 具有良好的薄膜或纤维成型及加工性能；②在成膜后可被除去，使膜形成多 孔结构；③对最终成型膜无物理损伤和化学损害。本专利技术所述共混液配方中 所述的第三组分或添加剂为聚乙二醇600。加入第三组分后，所述共混液的 质量浓度配方调整为聚偏氟乙烯 10 — 18%;聚乙烯醇 2 — 10% ;聚乙二醇600 3 — 15%二甲基亚砜 65 — 77 %，所述共混液中添加剂的质量浓度配比尽管为3 — 15%，但一般优选3 — 10 %，过高的添加剂质量浓度配比将会影响铸膜液的粘度。需要说明是，尽管本专利技术所述的配方中可以加入所述的添加剂以增加所 得膜的水通量，但其非必需。本专利技术在制膜过程中完全可以不添加任何其它 组分，即可解决本专利技术所要解决的技术问题。本专利技术方法考察了聚偏氟乙烯/聚乙烯醇共混比、固含量、添加剂浓 度、凝固条件以及后处理等工艺条件或参数对膜亲水性能的影响。研究表 明，所述共混液的质量浓度配方如下设计时，所制得的膜综合性能比较理 想聚偏氟乙烯/聚乙烯醇的质量比为80/20、质量浓度配比为20%，聚乙 二醇600质量浓度配比为6%， 二甲基亚砜质量浓度配比为74%，凝固浴为 2CTC的水。研究还表明，所制得的膜用40。C的水处理10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚偏氟乙烯膜亲水改性的方法，其工艺如下：（１）．制备铸膜液：按下述质量浓度配方制备共混液：聚偏氟乙烯１０－１８％；聚乙烯醇２－１０％；二甲基亚砜８０％，将上述共混液置于９８℃水浴中，搅 拌６小时后，静置脱泡，即得到均匀铸膜液；（２）．制备膜：将所述铸膜液于室温下刮制平板膜或湿法纺制中空纤维膜后，立即浸入凝固浴中，保持２４ｈ固化成形；所述的凝固浴为水、质量浓度为２０％的乙醇水溶液或５ｍｏｌ／Ｌ氯化钠水溶液中的一种；成 形的膜用清水冲洗后，再浸泡在质量浓度为６０％甘油水溶液中１２ｈ，取出于空气中自然干燥，即可制成亲水性良好的聚偏氟乙烯平板膜或中空纤维膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖长发，李娜娜，安树林，胡晓宇，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]