专利名称：一种聚氯乙烯分离膜的制备方法
技术领域：
:本发明涉及一种可用于渗透汽化法分离苯酚/水混合物中的水的聚氯乙烯膜及其共混改性膜的制备方法，属于渗透汽化膜分离技术领域。
背景技术：
:聚氯乙烯(PVC)树脂是世界上最早实现工业化生产的塑料品种，是五大通用塑料之一，其需求量在通用塑料中仅次于聚乙烯位居第二位，其电绝缘性优，除少数有机溶剂夕卜,常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50 60%的硝酸及20%以下的烧碱，对于盐类亦相当稳定，具有难燃、耐磨、价格低廉、耐微生物侵蚀、耐酸碱、化学稳定性好，机械强度较高，良好的成膜性，是一种值得推广的膜材料。在工业、农业、建筑、日用品、包装以及电力等方面具有广泛的应用。由于PVC树脂是以上结构的聚集，所以PVC分子链之间的作用力大，阻碍分子间的相对滑移，塑化时的熔体粘度大，其复杂的结构导致PVC受热容易分解。此外，亲水性和膜韧性也不足，凝胶膜容易自发收缩起皱，成膜性能不甚理想，因此针对这些缺陷的改性研究一直是膜科技工作者的方向。利用弹性体增韧PVC，能有效改善其韧性。其中备受人们青睐的抗冲改性剂丁腈橡胶(NBR)与PVC相容性好，提高了 PVC制品的压延工艺性,改善制品的柔软性、弹性、耐磨损性压缩永久变型性,提高耐油性能、耐化学性、抗老化性能，延长使用寿命。渗透汽化(Pervaporation, PV )是在液体混合物组分的蒸汽压差推动下,利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现组分分离的过程。它是一种非常有前景的膜分离技术，而且被公认为能替代传统分离方法如蒸馏和液液萃取的节能高效技术，可应用于有机溶剂脱水、水中除去有机物(如芳香族化合物)、极性/非极性分离(如醇/脂肪族化合物)、饱和/不饱和分离(如环己烷/苯)、异构体分离(如二甲苯异构体)等方面，被学术界认为是21世纪化工领域最有前途的高新技术之一。相对于传统方法，渗透汽化膜分离技术具有投资少、操作费用低、分离·效率高、易于规模化、可扩充性好、便于控制、易更换等显著优点，已经在水中有机物回收领域显示出了良好的经济优势。由于涉及到了渗透物与膜、渗透物组分之间的复杂相互作用，以溶解-扩散模型来描述渗透汽化传质过程最为普遍。评价渗透汽化膜的性能主要有两个指标，即膜的渗透通量和选择性。渗透汽化膜分离的关键在于膜材料。渗透蒸发脱水膜材料主要为亲水性材料。早期研究的脱水膜材料主要是天然高分子衍生物，如纤维素及其衍生物；随后是聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PNA)、尼龙66等合成高分子材料，主要研究体系为乙醇脱水。在GFT公司开发出高通量、高选择性的商业化PVA/PAN复合膜后，人们转向了更多其它亲水性材料，包括海藻酸钠(Na-Alg)、壳聚糖(Cs)、聚乙烯亚胺(PEI)、磺化纤维素、合成沸石等。基于膜材料的性质，渗透蒸发膜可以分为三类:有机高分子膜、无机膜及有机一无机杂化膜。有机高分子膜材料具有柔韧性好、透气性高、密度低、成膜性好、选择性高、价格低廉等优点，广泛用于有机物渗透蒸发脱水。膜的分离性能依赖于高分子分子间和分子内结构的高吸附选择性和扩散选择性，因而渗透蒸发脱水膜材料一般采用具有刚性链且能与水形成离子一偶极作用或氢键的强亲水性高分子。然而，绝大多数亲水性高分子膜易压密，机械强度，耐溶剂，耐腐蚀，耐热性较差，对一些体系不能提供足够的选择性和渗透通量。特别是亲水性高分子膜在水溶液中易溶胀，而PVC膜的溶胀度很低，且其渗透通量较高，适合做为脱水的膜材料，目前国内很少将脱水膜用在苯酚/水体系中
发明内容
:本发明的目的在于制备一种可以实现苯酚/水混合物脱水的聚氯乙烯渗透汽化膜，并探索改性剂对其渗透汽化分离性能的影响。制备出的膜，具有难燃、耐磨、价格低廉、耐微生物侵蚀、耐酸碱、化学稳定性好，机械强度较高。并且采用橡胶对PVC膜进行改性，能有较好的韧性和较高强度，大大拓宽PVC材料的应用领域，在膜分离领域具有更大的实用价值。此外，材料合成的原料成本低廉，制膜过程也相对比较简单，在膜分离领域有工业化应用的潜力和价值。本发明的一种聚氯乙烯分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:I)聚氯乙烯或者粉末橡胶共混的聚氯乙烯的溶解在常温下，将聚氯乙烯PVC或者粉末橡胶共混的聚氯乙烯搅拌溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，得到总固含量为7%-10%的均匀混合凝胶状溶液；2)聚氯乙烯或者粉末橡胶共混的聚氯乙烯膜的制备将I)中得到的凝胶状溶液在聚四氟乙烯板上流延成膜并在60-80°C烘箱中热处理10-15小时即可得到聚氯乙烯或者粉末橡胶共混的聚氯乙烯膜。所述步骤 I)中的聚氯乙烯聚合度处于845-2250之间。所述步骤I)中的粉末橡胶是丁腈粉末橡胶或丙烯酸酯橡胶中的一种，粉末橡胶的用量为PVC质量的10%。所制备得到的聚氯乙烯膜及橡胶填充改性的聚氯乙烯膜在温和的操作条件下，SP可达到较高的渗透通量。对于苯酚的质量百分比为0.5%的苯酚/水混合物，聚氯乙烯膜在操作温度为60-80°C时渗透通量为0.89-5.37 kg.μ ι^πΤ 1，而橡胶填充改性的聚氯乙烯膜在操作温度为60-80°C时的渗透通量为11.58-36.30 kg.μ
具体实施例方式下面通过实例对本发明进行具体描述。有必要指出的是实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。实施例1I)聚氯乙烯的溶解在常温下，将8克聚合度为2250的聚氯乙烯(日本信越，TK2500)搅拌溶解在120mlN, N- 二甲基甲酰胺中得到总固含量约为7%的混合溶液，抽真空搅拌至混合溶液变为均匀凝胶状。2)聚氯乙烯膜的制备将I)中得到的无气泡混合凝胶状溶液在聚四氟乙烯板上流延成膜并在80°C烘箱中热处理10小时即可得到透明的聚氯乙烯膜。将该膜从聚四氟乙烯板上剥离，测得平均膜厚度为68.6微米。采用上述方法制备得到的聚氯乙烯膜，测试其苯酚/水渗透汽化分离性能，进料采用苯酚的质量含量为0.5%的苯酚/水混合物，下游侧透过物中均未检出苯酚。不同温度下的分离性能如表1:表I聚氯乙烯膜对苯酚/水体系的渗透通量
权利要求
1.一种聚氯乙烯分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 I)聚氯乙烯或者掺杂粉末橡胶的聚氯乙烯的溶解和混合 将聚氯乙烯PVC或者掺混了粉末橡胶的聚氯乙烯搅拌溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，得到总固含量为7%-10%的均匀混合凝胶状溶液； 2)聚氯乙烯或者掺杂粉末橡胶的聚氯乙烯膜的制备 将I)中得到的凝胶状溶液在聚四氟乙烯板上流延成膜并在60-80°C烘箱中热处理I O-15小时得到聚氯乙烯或者掺杂粉末橡胶的聚氯乙烯膜。
2.根据权利要求I的制备方法，其特征在于所述步骤I)中的聚氯乙烯聚合度处于845-2250 之间。
3.根据权利要求I的制备方法，其特征在于所述步骤I)中的粉末橡胶是丁腈粉末橡胶或丙烯酸酯橡胶中的一种，粉末橡胶的用量为PVC质量的10%。
全文摘要
一种聚氯乙烯分离膜的制备方法属于渗透汽化膜分离技术领域。将聚氯乙烯或者掺杂粉末橡胶的聚氯乙烯搅拌溶解，得到总固含量为7%-10%的混合溶液，抽真空搅拌至混合溶液变为均匀凝胶状，并在聚四氟乙烯板上流延成膜，在60-80℃烘箱中热处理10-15小时即可得到聚氯乙烯膜。本发明过程简单，所制得的膜难燃、耐磨、价格低廉、耐微生物浸蚀、耐酸碱、化学稳定性好，在膜分离领域，对于苯酚和水混合液中的水表现出很高的分离选择性，综合分离性能良好，具有工业应用的潜力。得到的聚氯乙烯膜在温和的操作条件下，即可达到较高的渗透通量。对于苯酚的质量百分比为0.5%的苯酚/水混合物，聚氯乙烯膜在操作温度为60-80℃时渗透通量为0.89-36.30 kg μm m-2 h-1。下游侧透过物中均未检出苯酚。
文档编号B01D67/00GK103252171SQ20131019935
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月26日 优先权日2013年5月26日
发明者叶宏, 陈晓培, 夏艳, 张彤 申请人:北京工商大学