[发明专利]一种亲水性聚丙烯中空纤维微孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子膜材料领域，具体涉及一种高分子分离膜及其制备方法，更具体地涉及一种亲水性聚丙烯中空纤维微孔膜及其制备方法。

背景技术

聚丙烯是以丙烯单体为主聚合而成的一种高度结晶热塑性树脂，由于具有化学稳定性好，耐热，耐酸碱，机械强度高，价格低廉等优点，是一种性能优良的高分子合成材料，作为制备微孔膜的膜材料具有很大优势，因此聚丙烯制备微孔膜受到人们广泛研究，并在医疗、电子、食品、化工、能源、市政以及污水处理等行业得到广泛推广应用。

众所周知，聚丙烯材料的特点是具有很强的疏水性，可用于膜蒸馏过程，但在应用于微滤、超滤以及膜生物反应器（MBR）为代表的污水处理过程中时，由于聚丙烯微孔膜的强疏水性，使得水透过需要较高的压力，动力能耗高，膜通量也低。同时在使用过程中，由于膜的疏水性容易引起有机物和胶体在膜表面和膜孔内吸附，如蛋白质吸附，造成膜污染。为了使膜分离过程正常进行，需要提高压力或进行频繁清洗，使得操作能耗和清洗费用提高，限制了聚丙烯微孔膜的进一步广泛应用，有效的解决方法是对聚丙烯微孔膜进行亲水改性，实现膜的亲水化。对于使用人员来说，非常希望能得到一种亲水性能持久稳定、水通量较高的微孔膜，对于本领域的发明人员则希望亲水性微孔膜的制备方法有效、简单、便于工业化实施。

高分子分离膜常用的制备方法有熔融拉伸法、热致相分离法、溶剂相转化法。由于聚丙烯在常温下无合适的溶剂，本技术领域制备聚丙烯微孔膜的方法主要有熔融拉伸法和热致相分离法。熔融拉伸法制备的聚丙烯微孔膜其缺点是膜的强度差，膜孔径分布宽，膜过滤精度差。而采用热致相分离法制备微孔膜可通过选择合适的稀释剂、调整制膜过程和成膜条件来制得孔径可控的微孔膜。热致相分离法是指将聚合物与高沸点、低挥发性的、低分子量的溶剂在高温时，该高温一般高于聚合物的熔点，形成均相溶液，然后降温冷却使溶液发生相分离，再将溶剂萃取脱除，溶剂占据的体积成为微孔，就成为聚合物微孔膜。现有技术中，采用热致相分离法制备聚丙烯微孔膜的公开技术如专利CN 1356410A、CN 1718627A、CN 1597073A、CN101862601，但是均没有提到解决聚丙烯微孔膜亲水性问题的方法。

本技术领域内提高聚丙烯微孔膜亲水性常用的方法有：一是在制膜前对制膜材料进行本体改性；二是在制膜过程中通过共混两亲性聚合物、亲水性聚合物进行共混改性；三是制备成微孔膜后再对膜进行亲水改性。目前直接采用聚丙烯本体改性材料制备聚丙烯微孔膜的报道并不多见。采用将聚丙烯本体改性材料与聚丙烯进行共混改性的公开技术有专利CN 101829507A和CN 101966430A，它们的共同特征都是先通过化学反应、高分子合成工艺制备聚乙二醇-聚丙烯接枝聚合物，再将所制备的聚丙烯-聚乙二醇与聚丙烯进行共混，通过熔融拉伸纺丝，制得含聚乙二醇聚丙烯分离膜。虽然亲水性得到提高，但存在合成反应复杂、不利于工业实施等缺点。

专利CN 101011644、CN 101011645、CN 101601974采用制备成微孔膜后再对膜进行表面亲水改性，共同特征是以两亲性分子为亲水改性剂，将聚丙烯多孔膜浸渍于有机溶剂中进行溶胀处理或浸渍于溶有两亲性分子及光敏引发剂的溶胀剂中进行处理。这种对聚丙烯多孔膜表面的亲水化改性方法虽然简单，但是由于两亲性分子或表面活性剂仅通过吸附富集在膜表面，在使用过程中，很容易流失，从而使得亲水时效性短，难以稳定长久保持。专利CN 1792419对已制备的聚烯烃类中空纤维微滤膜，采用醇类或表面活性剂浸泡处理后，采用含有醛类、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮的制膜液死端过滤或错流过滤处理，再使聚乙烯醇与醛类发生交联反应，固定在聚合物膜的表面，但如果对制膜液浓度、流动时间等控制不当，则容易导致膜孔上的聚乙烯醇积聚过多，纯水通量低。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种亲水性效果较好、持久稳定的聚丙烯中空纤维膜产品，该产品的制备方法简便，易于开展工业化实施。

一种亲水性聚丙烯中空纤维微孔膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1）将聚丙烯树脂、高分子相容剂、亲水性聚合物以及稀释剂加入带有搅拌装置的釜中，加热至175~200℃，在通氮气条件下，搅拌0.5～3h，停止搅拌后，恒温静置脱泡0.5～2h，得到铸膜液；其中，各组分的含量为

聚丙烯树脂25～35wt％；

高分子相容剂0.5～10 wt %；

亲水性聚合物0.5～5.0 wt %；

稀释剂50～74wt％；