[发明专利]高通量的亲水化改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，尤其是一种高通量的亲水化改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法。

背景技术

近年来，膜技术以其高效、清洁的优势已成为国内外瞩目的先进技术，在水处理、食品饮料、电子工业、医药卫生及生物制品等行业得到了广泛的应用。开发高通量、高强度、稳定性好、价格低廉的膜，是膜技术发展的方向。在制膜研究领域，聚丙烯作为膜材料备受关注。聚丙烯具有常温下不溶于任何有机溶剂，耐酸碱性及耐生物腐蚀性好，耐温性能好且价格低廉，是一种性价比很高的制膜材料。但聚丙烯呈现强烈的疏水性，由于这种疏水性的存在，降低了膜对分离液的浸润性，这对分离液在膜组件中的流动十分不利，增加了分离过程的动力消耗，限制了聚丙烯膜的应用。

亲水化改性是提高聚合物膜使用寿命的重要方法，通过亲水化改性，可以提高膜通量和分离选择性，改善膜的抗污染性能。针对聚合物膜的亲水化改性方法，可大致分为共混、共聚两类。共混是物理改性方法，通过适当的方式将疏水性的组分和亲水性组分混合，使其亲水性得到改善，但通过这种混合方式得到的聚合物膜中各组分之间的相容性较差，在使用过程中，亲水性会逐渐下降。共聚包括无规共聚、嵌段共聚和接枝共聚。无规共聚是通过直接引入亲水性的单元提高亲水性，嵌段共聚操作过程复杂，接枝共聚是通过各种方式在其聚合物链上引发接枝反应，实现膜的亲水化改性。对于疏水性较强的聚丙烯直接与亲水性单元聚合有一定的难度，且共聚后对聚丙烯材料的性能改变较大。而接枝改性后亲水性增强，通量明显增大，而且仍能保持聚丙烯优良的性能。因此，采用接枝的方式进行亲水化改性是一项有效的手段。

申请公告号为CN101966430A的中国专利公开了一种高效亲水改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法，该方法采用单体聚合制备嵌段共聚物的方法进行亲水改性，其方法不适合使用现有产品化的聚丙烯，难以产业化，和本发明专利申请的亲水改性理念完全不同。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高通量的亲水化改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法，它使得聚丙烯中空纤维膜的亲水性明显改善且可长期保持、水通量大、截留率高，不易产生污染，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：高通量的亲水化改性聚丙烯中空纤维膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）聚丙烯的接枝改性：按质量份数计算，将1-10份接枝单体与0.1-10份引发剂加入有机溶剂中，使接枝单体与引发剂完全溶解，获得稀释的混合物A；再将稀释的混合物A添加到100份聚丙烯中，获得混合物B；然后将混合物B通风放置，直至其中的有机溶剂挥发完全，获得混合物C；再将0.1-10份抗氧剂、0.1-10份自由基稳定剂与混合物C混合均匀后，在长径比大于40的双螺杆挤出机中，温度为150-230℃的条件下挤出造粒，获得接枝聚丙烯；

（2）热致相分离方法制备聚丙烯中空纤维膜：将45-75份极性低的酯类稀释剂、0-30份极性高的酯类非稀释剂、20-40份接枝聚丙烯、0.1-0.5份抗氧剂及0.1-0.8份成核剂加入反应釜内，在140℃-200℃、80-160rpm的条件下搅拌2-6小时，成均一溶液；然后在5-20rpm下搅拌真空脱泡1-5小时，成均一的铸膜液；将铸膜液加入双螺杆挤出机，挤出温度为140-200℃，挤出后通过喷丝板纺中空纤维，通芯液温度为40-130℃，再经凝固浴0-25℃分相成形，经90-130℃热牵伸、牵伸比为1/1.5-1/3；然后在90-130℃下热处理30-60min，获得中空纤维；将制备的中空纤维用质量百分比为90%以上的乙醇溶液萃取8-24小时，最后在90-130℃下热定型30-60分钟后，获得聚丙烯中空纤维膜。

还有一种优选方案，具体是，在所述的步骤（2）中，向用于对中空纤维进行萃取的乙醇溶液中加入盐酸，调节PH值为3-4，并加入占乙醇溶液总质量的1-5%的引发剂。在这种乙醇溶液中浸泡2-5小时后，会使接枝单体上的烷氧基水解为羟基，使其具有优异的亲水性能，同时接枝单体会发生部分水交联，使得膜丝强度明显提高，此程与萃取过程同时进行，如果接枝基团不需要水解，则可以不用调制PH值。    

所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，或含有支链的高熔体强度均聚聚丙烯、其熔融指数为0.3-4。

所述的接枝单体为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或硅烷偶联剂KH570中的一种或几种的任意组合。

所述的引发剂为DCP或双二五。

所述的自由基稳定剂为秋兰母、二乙烯基苯、三梨酸乙酯中的一种或几种的任意组合。