无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜及其制备方法_2

文档序号:8235290阅读:来源:国知局
中,将上述温度为175?200°C的铸膜液经过滤器过滤。
[0031]另据本发明人研究发现,在凝固浴中添加纳米粒子可以提高纳米粒子在膜表面的嵌入,进而提闻I旲的未水性。
[0032]根据本发明,在步骤C中,所述凝固浴包括纳米粒子、溶剂和分散剂,其中纳米粒子的含量为0.lwt%? 5wt% ;所述溶剂为水、植物油、邻苯二甲酸酯中的一种或几种的混合物。
[0033]在本发明的一个实施例中,所述植物油为花生油、蓖麻油、大豆油或玉米油。
[0034]在本发明的另一个实施例中,所述邻苯二甲酸酯为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二戊酯、邻苯二甲酸二庚脂或邻苯二甲酸二辛脂。
[0035]根据本发明,所述分散剂为聚丙烯酸钠,其在凝固浴中的含量为0.5wt%?5wt%。
[0036]根据本发明,所述内芯液为植物油和/或邻苯二甲酸酯的混合物;优选内芯液为植物油和邻苯二甲酸酯的混合物。
[0037]当所述内芯液为所述植物油和邻苯二甲酸酯的混合物时,所述植物油的质量分数优选20%?80%。
[0038]根据本发明,所述喷丝头的温度为150?165°C。
[0039]在本发明的一个具体实施例方式中,将过滤后的铸膜液输送至150?165°C的中空喷丝头,然后将温度为20?90°C的内芯液引入到喷丝头中,与铸膜液一起经喷丝头挤出到O?20°C的凝固浴中,降温冷却至固化得到增强型聚丙烯中空纤维微孔膜前体。
[0040]在本发明的一个实施例中,在步骤D中,将步骤C得到的增强型聚丙烯中空纤维微孔膜前体经卷绕机收卷,经萃取剂萃取3?48h,制得增强型聚丙烯中空纤维微孔膜。
[0041 ] 本发明中,所述萃取剂为酮、醇或者烷烃。
[0042]本发明中,所述酮为丙酮;所述醇为甲醇、乙醇或异丙醇。所述烷烃为正己烷或环己烧。
[0043]在本发明的一个实施方式中,所述方法还包括将湿润的增强型聚丙烯中空纤维微孔膜干燥制备干燥的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜的步骤。
[0044]据本发明人研究,当添加纳米颗粒为纳米碳酸钙时,采用酸液处理,可以使纳米颗粒向微孔膜表面迁移。
[0045]根据本发明,所述方法还包括将无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜用酸液或碱液进行处理制备酸或碱改性的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜的步骤,所述酸液或碱液的浓度为I?5M,优选所述酸液或碱液的浓度为I?2M,更为优选的,所述酸液或碱液的浓度为1M。
[0046]在本发明的一个实施方式中,所述膜在酸液或碱液中的浸泡时间为I?4h。
[0047]本发明中,所述酸液为盐酸或硫酸水溶液。
[0048]本发明中,所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液。
[0049]同样的,据本发明人研究,当添加纳米颗粒为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛时,采用碱液处理,可以使纳米颗粒向微孔膜表面迁移。
[0050]根据本发明,所述方法还包括将无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜用含有lwt%?5wt%有机硅乳液的醇溶液或水溶液进行浸泡处理制备有机硅改性的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜的步骤。
[0051]根据本发明,所述方法还包括将酸或碱改性的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜用含有lwt%?5wt%有机娃乳液的醇溶液或水溶液进行浸泡处理制备酸或碱-有机硅改性的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜的步骤。
[0052]本发明中,所述有机硅乳液为非离子型,其包括聚氧乙烯醚有机硅共聚物、多元醇酯类有机硅共聚物、嵌段聚醚型有机硅共聚物、酰胺基有机硅共聚物、乙烯基聚硅氧烷共聚物。
[0053]本发明中的有机硅乳液含有亲水基团和疏水基团。疏水基团与聚丙烯表面相互作用,同时亲水基团与空气湿气相互作用,并与水分子结合以形成水的薄层,从而使膜呈现良好的亲水性。
[0054]根据本发明,所述方法还包括在采用酸液、碱液或有机硅乳液的醇溶液或水溶液处理后将所制得的增强型聚丙烯中空纤维微孔膜干燥的步骤。
[0055]本发明采用热致相分离法制备的无机纳米粒子增强聚丙烯中空纤维微孔膜。通过控制铸膜液的组成包括聚合物的浓度,混合稀释剂的组成及含量,纳米粒子的预处理及添加含量,以及热致相分离成膜条件包括挤出温度、冷却介质、冷却温度、萃取与处理条件得到亲水性较好的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维膜,克服现有技术中聚丙烯分离膜亲水性差、易老化、机械强度低等问题。
[0056]根据本发明方法将聚丙烯树脂、无机纳米粒子和稀释剂混合后制成铸膜液并过滤,然后与内芯液一起通过喷丝头挤出,再经冷却固化制得增强型聚丙烯中空纤维微孔膜前体,该前体用卷绕机收卷后,用萃取剂萃取制得增强型聚丙烯中空纤维微孔膜。该增强型聚丙烯中空纤维微孔膜经过酸液或碱液处理,或进一步用含有机硅乳液的醇溶液或水溶液进行浸泡处理可获得兼具较好亲水性、抗老化性和机械强度的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜。
[0057]本发明优选含有不饱和端双键的偶联剂,对纳米粒子进行表面处理,不饱和端双键与聚合物分子发生化学键结合,偶联剂分子中的烷氧基与无机纳米粒子表面的羟基发生反应,可使偶联剂分子以化学键的形式在纳米粒子表面结合。然后在聚丙烯树脂中加入处理后的无机纳米粒子、稀释剂进行熔融共混,制备增强型聚丙烯中空纤维膜。同时利用聚丙烯膜表面含有的纳米粒子的羟基官能团,提高了纳米粒子在膜表面的富集,最后采用有机硅乳液处理,制备出具有较好亲水性聚丙烯中空纤维膜。
[0058]采用无机纳米粒子共混制膜的方法为聚丙烯的增强增韧改性提供了一种全新的方法和途径。现有技术中对纳米改性聚丙烯复合材料的研究大多集中在将纳米材料填充到聚丙烯中制备成聚丙烯纳米复合材料,对聚丙烯材料的增强增韧、电性能、抗老化性能、阻燃性能、抗菌性能及结晶性能等均产生一定的改变。但是有效解决聚丙烯微孔膜亲水性的研究报道并不多见。周蕾等人(TIPS法iPP及iPP/nano-Si02中空纤维微孔膜制备及拉伸研究,天津大学[D],2009)采用热致相分离法制备纳米S12共混改性聚丙烯中空纤维膜可降低膜的接触角膜表面的亲水性得到改善,但是其膜的水接触角仍大于90°,具有较强的疏水性。
[0059]本发明与现有技术相比有以下改进,本发明通过采用热致相分离工艺制备增强型聚丙烯中空纤维膜,通过采用在聚丙烯树脂中加入处理后的无机纳米粒子、稀释剂进行熔融共混,形成均相溶液,降温冷却使铸膜液发生相分离,冷却后的膜再次经过萃取、干燥、处理制得亲水性增强型聚丙烯中空纤维膜,该制备方法简便,易于开展工业化实施,可解决无机纳米粒子因粒径小、比表面积大、表面能高造成的在聚合物中易团聚,分散不均的难题,提高了聚丙烯分离膜的机械性能。利用本发明方法制备的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维膜,纳米粒子与基体形成嵌状网络结构,结合牢固、持久稳定,制备出的聚丙烯中空纤维膜力学强度优,孔径分布均匀,亲水性较好。
【附图说明】
[0060]下面结合附图来对本发明作进一步详细说明:
[0061]附图1为实施例1制得的膜断面的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0062]为使本发明更加容易理解,下面将结合附图和实施例来详细说明本发明,这些实施例仅起说明性作用,并不局限于本发明的应用范围,下列实施例中未提及的具体实验方法,通常按照常规实验方法进行。
[0063]实施例
[0064]实施例1:
[0065]一种无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜,拉伸强度6.2MPa,弹性模量210MPa,水接触角为75°。采用Mw为5X 105、MI为5.0的聚丙烯树脂和硬脂酸酯处理的粒径为20nm的纳米碳酸钙制备。
[0066]其制备方法如下:
[0067](I)在带有搅拌装置的釜中加入25wt%的聚丙烯树脂和纳米碳酸钙(纳米碳酸钙以聚丙烯树脂计的含量为0.5wt%)以及75wt%豆油,加热至185°C,并在通氮气条件下搅拌3小时,停止搅拌后恒温静置脱泡2小时,得到铸膜液;
[0068](2)将温度为185°C的铸膜液经100目不锈钢过滤网过滤,采用齿轮式计量泵将铸膜液输送至内由豆油作为内芯液的中空喷丝头,喷丝头温度为150°C ;铸膜液经喷丝头挤出,经20°C豆油冷却,降温固化得到无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜前体。
[0069](3)无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜前体经过卷绕机收卷,再放入丙酮中萃取6小时;
[0070](4)萃取后获得的湿润的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜,置于通风橱室温经空气自然干燥12小时。
[0071](5)干燥后得到干燥的无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维微孔膜。
[0072](6)将步骤5)得到
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