一种发泡聚苯乙烯过滤材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种过滤材料，尤其涉及一种发泡聚苯乙烯过滤材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]过滤膜根据微孔孔径的大小分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)四种形式，微滤膜一般指过滤孔径在0.1-1微米之间的过滤膜。微滤膜根据成膜材料分为无机膜和有机高分子膜，无机膜又分为陶瓷膜和金属膜，有机高分子膜又分为天然高分子膜和合成高分子膜；应用较广的应该属于有机高分子中空纤维膜，主要的微滤膜品种有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等。
[0003]目前全球淡水资源日益枯竭，膜分离技术被认为是最有发展潜力的水处理方法，它已在海水淡化、污水处理、超纯水制备等水处理行业得到广泛应用。目前，商业膜所使用的材料主要是聚砜和醋酸纤维素等，其成本较高，并不适合作为块状分离材料的基体在尾矿废水处理中应用，故使用新的廉价材料来进行水处理是亟待解决的一个问题。
[0004]普通聚苯乙稀属于无定形高分子聚合物，聚苯乙稀大分子链的侧基为苯环，大体积侧基苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高、刚度大、玻璃化温度高、性脆等。发泡聚苯乙烯(EPS)是聚苯乙烯(PS)的硬质蜂窝状泡沫物，有良好隔热性和震动吸收作用，高压缩强度，轻重量和抗湿性，其用途包括建筑物隔热和隔音，侧墙和内墙壁的覆盖，包装材料和一次性包装容器。
[0005]普通的发泡聚苯乙烯内部具有闭孔结构，原则上并不能作为过滤材料，但它具有无毒、廉价的优点，如果对其闭孔结构进行改造，形成通孔后则有望制成过滤材料。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种发泡聚苯乙烯过滤材料的制备方法，解决了现有微滤材料成本高的问题。
[0007]一种发泡聚苯乙烯过滤材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)将聚苯乙烯、分散剂、发泡剂、致孔剂混合密炼，密炼后置于模具中发泡成型，获得发泡聚苯乙烯；
[0009](2)将发泡聚苯乙烯置于水中浸泡，去除致孔剂，获得发泡聚苯乙烯过滤材料。
[0010]本发明在原料当中添加了致孔剂，该致孔剂在发泡过程中不会融化、分解，但又易溶于水，并且具有一定粒径大小，在浸泡过程中会溶于水，聚苯乙烯泡沫内部在致孔剂完全溶解后会形成通孔，因此可以作为过滤材料，因此价格低廉，所以过滤制造成本低。
[0011]以100重量份聚苯乙烯计，分散剂为1-10份、发泡剂为5-20份、致孔剂为5_20份。
[0012]密炼的目的是让各组分混合均匀，密炼温度一般选择为120°C?180°C。
[0013]发泡成型可以让泡沫内部形成孔隙，成型温度控制在90 °C?220 °C，压力为5MPa?lOMpa，保持时间一般为1s?60s。
[0014]所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、N，N- 二亚硝基五亚甲基四胺中或两者的混合物。
[0015]所述分散剂为碳酸钙、二氧化硅或两者的混合物。
[0016]所述致孔剂可以是水溶性盐或水溶性聚合物，优选是氯化钠、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的至少一种，最优选为氯化钠，因其来源广泛，价格低廉。
[0017]所述致孔剂应当具有一定的粒径，优选在10 μπι?100 μπι。
[0018]浸泡的主要目的是为了让致孔剂溶解，因此时间越长，效果越佳，考虑生产成本的问题，所述浸泡的时间优选为5h-12h，浸泡温度为1 °C?50 °C。
[0019]本发明还提供所述制备方法制得的发泡聚苯乙烯过滤材料。
[0020]所述发泡聚苯乙烯过滤材料的最大孔径达到10?80 μπι。
[0021]所述发泡聚苯乙稀过滤材料的厚度为0.5mm-10mm。
[0022]本发明还提供所述的发泡聚苯乙烯过滤材料在海水淡化、处理污水中的应用。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0024]本发明通过在原料中添加致孔剂，并在发泡完成后对泡沫进行浸泡，溶解致孔剂，使得泡沫内部形成通孔，可以作为微滤材料和纳滤材料的支撑层使用，因聚苯乙烯来源广，价格低，显著降低了微滤材料的制造成本。本发明聚苯乙烯泡沫对水溶液中的细菌或者微粒有较高的截留率，可以用于海水淡化、污水处理、制备超纯水等。
【具体实施方式】
[0025]实施例1
[0026]步骤一，称取聚苯乙烯500g、碳酸钙5g、偶氮二甲酰胺50g、氯化钠60g。在密炼机中以160°C温度搅拌I小时，配制成均匀分散的复合物；
[0027]步骤二，发泡并热压成型:将密炼机开炼得到的复合物置于模具中热压成型，热压温度为200°C，压力为5MPa，保压时间为60s。
[0028]步骤三，蒸馏水浸泡:将热压成型后的材料置于25°C蒸馏水中8小时后取出，即得到发泡聚苯乙烯过滤材料。
[0029]以实施例1所制得样品作为测试样。在I个大气压的作用下，纯水通量为0.4L/min，利用泡点压力制备法测得，过滤材料的最大孔径为40 μπι。
[0030]将实例I制得的材料裁切成厚度为1mm，其截留性能的检测:以牛血清蛋白为溶质，去离子水作为溶剂，配制成0.5g/L溶液，经过该过滤材料过滤后，截留率为10%。
[0031]实施例2
[0032]步骤一，称取聚苯乙稀500g、二氧化娃5g、N，N- 二亚硝基五亚甲基四胺30g、聚乙烯吡咯烷酮5克，氯化钠50g。在密炼机中以160°C温度搅拌I小时，配制成均匀分散的复合物；
[0033]步骤二，发泡并热压成型:将密炼机开炼得到的复合物置于模具中热压成型，热压温度为200°C，压力为5MPa，保压时间为60s。
[0034]步骤三，蒸馏水浸泡:将热压成型后的材料置于25°C蒸馏水中8小时后取出，即得到发泡聚苯乙烯过滤材料。
[0035]以实施例2所制得样品作为测试样。在I个大气压的作用下，纯水通量为0.3L/min，利用泡点压力制备法测得，过滤材料的最大孔径为30 μπι。
[0036]将实例2制得的材料裁切成厚度为1mm，其截留性能的检测:以牛血清蛋白为溶质，去离子水作为溶剂，配制成0.5g/L溶液，经过该过滤材料过滤后，截留率为15%。
[0037]实施例3
[0038]步骤一，称取聚苯乙烯500g、二氧化硅10g、偶氮二甲酰胺80g、聚乙二醇10克，氯化钠70g。在密炼机中以160°C温度搅拌I小时，配制成均匀分散的复合物；
[0039]步骤二，发泡并热压成型:将密炼机开炼得到的复合物置于模具中热压成型，热压温度为200°C，压力为5MPa，保压时间为60s。
[0040]步骤三，蒸馏水浸泡:将热压成型后的材料置于25°C蒸馏水中8小时后取出，即得到发泡聚苯乙烯过滤材料。
[0041]以实施例3所制得样品作为测试样。在I个大气压的作用下，纯水通量为0.5L/min，利用泡点压力制备法测得，过滤材料的最大孔径为45 μπι。将实例3制得的材料裁切成厚度为1mm，其截留性能的检测:以牛血清蛋白为溶质，去离子水作为溶剂，配制成0.5g/L溶液，经过该过滤材料过滤后，截留率为8%。
【主权项】
1.一种发泡聚苯乙烯过滤材料的制备方法，包括以下步骤: (1)将聚苯乙烯、分散剂、发泡剂、致孔剂混合密炼，密炼后置于模具中发泡成型，获得发泡聚苯乙烯； (2)将发泡聚苯乙烯置于水中浸泡，除去致孔剂，获得发泡聚苯乙烯过滤材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以100重量份聚苯乙烯计，分散剂为1-10份、发泡剂为5-20份、致孔剂为5-20份。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述致孔剂为氯化钠、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述致孔剂为氯化钠。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述致孔剂的粒径为10μπι-100 μπι。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为5h-12h。
7.如权利要求1-6任一所述的制备方法制得的发泡聚苯乙烯过滤材料。
8.如权利要求7所述的发泡聚苯乙烯过滤材料，其特征在于，最大孔径为10 μ m-80 μ m。
9.如权利要求7所述的发泡聚苯乙稀过滤材料，其特征在于，厚度为0.5mm-10mm。
10.如权利要求7所述的发泡聚苯乙烯过滤材料在海水淡化、处理污水中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种发泡聚苯乙烯过滤材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将聚苯乙烯、分散剂、发泡剂、致孔剂混合密炼，密炼后置于模具中发泡成型，获得发泡聚苯乙烯；(2)将发泡聚苯乙烯置于水中浸泡，去除致孔剂，获得发泡聚苯乙烯过滤材料。本发明通过在原料中添加致孔剂，并在发泡完成后对泡沫进行浸泡，溶解致孔剂，使得泡沫内部形成通孔，可以作为微滤材料和纳滤材料的支撑层使用，因聚苯乙烯来源广，价格低，显著降低了微滤材料的制造成本。本发明聚苯乙烯泡沫对水溶液中的细菌或者微粒有较高的截留率，可以用于海水淡化、污水处理、制备超纯水等。
【IPC分类】B01D39-16
【公开号】CN104623979
【申请号】CN201410853079
【发明人】王红梅, 陆筑凤, 周大鹏, 连媛, 刘丹
【申请人】嘉兴学院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月31日