一种紫外辐照聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法技术

本发明专利技术涉及一种紫外辐照聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法。紫外辐照聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法是：(1)常温下，按一定的摩尔比配制光敏剂二苯甲酮溶液和接枝单体丙烯酸溶液，将清洗并干燥过的聚丙烯中空纤维膜在二苯甲酮溶液中浸泡一定时间后自然干燥；(2)含有光敏剂的聚丙烯中空纤维膜，放入一定浓度的AA单体溶液中，通氮气条件下紫外照射接枝反应一定时间；(3)获得的接枝聚丙烯中空纤维膜用丙酮反复超声洗涤48小时，除去均聚物、未反应的单体以及光敏剂等，得到亲水性聚丙烯中空纤维膜。所制备的改性膜的纯水通量≥75L/m2·h·0.1MPa牛血清蛋白(BSA，分子量6.7kDa)，截留率≥96％，润湿角由82.5°降低为72.1°。本发明专利技术产品通过表面接枝改性提高了膜的亲水性和抗污染能力，且工艺简单，所用有机溶剂少，节约能耗，环保性好，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚丙烯中空纤维膜领域，具体涉及一种聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法。
技术介绍
聚丙烯中空纤维膜具有比表面积大、组件无需支撑体、设备小型化、结构简单等优点，广泛应用于水处理、食品加工和医药产品分离领域。但由于聚丙烯表面能较低，表现出强烈的疏水性，导致其在使用过程中易吸附蛋白质或血小板，造成膜污染，影响膜分离过程，降低渗透速率，增加清洗成本，降低膜的使用寿命。为了改善聚丙烯中空纤维膜的抗污染性，需要对其进行亲水化改性，采用反应挤出改性技术对聚丙烯进行硅烷接枝，接枝后的改性聚丙烯再与高沸点酯类和添加剂进行混合制备铸膜液，并纺丝获得亲水性聚丙烯中空纤维膜，获得膜亲水性稳定，水通量大，但存在生产流程长，工序繁多，且反应挤出过程中不能有效避免聚丙烯的降解的局限性；采用亲水性聚合物与聚丙烯熔融共混并进行热致相分离或熔融纺丝获得亲水性中空纤维膜的方法。采用无机纳米粒子增强聚丙烯中空纤维膜的方法，经过偶联剂处理的无机纳米粒子加入膜中在增强的同时也获得了较好的亲水性。这些都是对铸膜液成分进行改性，不可避免会影响材料的整体性能。表面改性不仅可以使材料官能化，而且不影响材料的整体性质，对聚丙烯中空纤维膜进行表面功能化，提高表面亲水性成为现在的研究热点之一。常用的表面功能化的方法包括物理改性、化学处理改性，等离子体改性，臭氧处理改性、紫外光处理改性，高能量射线照射处理改性等。紫外光处理诱导产生表面接枝聚合，由于紫外光的穿透能力较低，改性可以更多的控制于材料的表面，对材料本体力学性能影响较小，且具有设备和工艺成本低等优点。改性过程中用到多种的有机溶剂，不利于工业化生产中的环保要求。由于聚丙烯中空纤维膜的本体材料聚丙烯分子链上具有易于失去的活泼的α次甲基氢原子,在紫外辐照作用下形成叔碳自由基,在具有反应活性的接枝单体存在条件下可以引发接枝聚合，从而具备良好的接枝改性条件，可以通过接枝聚合反应引入亲水化基团，提高材料表面的亲水性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法，具体包括亲水化改性溶液的配制、聚丙烯中空纤维膜的预处理和紫外辐照诱导聚丙烯中空纤维膜接枝改性方法。本专利技术通过表面接枝改性提高了聚丙烯中空纤维膜的亲水性和抗污染能力，且工艺简单，所用有机溶剂少，节约能耗，环保性好，适合工业化生产。所述亲水化改性溶液的配制：(1)光敏剂溶液：常温下，采用光敏剂二苯甲酮、无水乙醇、去离子水按一定的摩尔比配制光敏剂溶液。(2)单体溶液：接枝单体丙烯酸进行减压蒸馏，在常温下按照一定的摩尔比配制丙烯酸水溶液。所述引发剂二苯甲酮溶液的浓度范围为0.04-0.07mol/L。所述单体丙烯酸溶液的浓度范围为1.00-5.00mol/L。聚丙烯中空纤维膜的预处理：(1)将聚丙烯中空纤维膜丙酮中浸泡24小时后超声洗涤48小时；(2)将(1)中洗涤好的聚丙烯中空纤维膜置于50℃真空干燥箱中干燥1500min；(3)将(2)中获得的聚丙烯中空纤维膜在一定浓度的光敏剂二苯甲酮溶液中浸泡2-10小时；(4)将(3)中获得的聚丙烯中空纤维膜样品自然干燥2个小时。所述紫外辐照诱导聚丙烯中空纤维膜接枝改性方法：(1)将前述获得的含有光敏剂的聚丙烯中空纤维膜，放入一定浓度的丙烯酸单体溶液中，通氮气10min充分去除系统中的氧气；(2)对系统进行紫外照射接枝反应一定时间，整个过程保持系统通氮气；(3)将(2)中获得的接枝聚丙烯中空纤维膜用丙酮反复超声洗涤48小时，除去接枝过程中产生的均聚物、未反应的单体以及光敏剂二苯甲酮等；(4)将(3)获得的接枝聚丙烯中空纤维膜于50℃下真空干燥1500min。所述紫外照射条件为光强1800w，以365nm为中心，波长范围为200-450nm。通过改变紫外光照强度和光照时间、光敏剂和单体的浓度获得不同的接枝率以及改性效果。本专利技术的有效效果：利用紫外光辐照诱导产生丙烯酸接枝聚合反应，在聚丙烯中空纤维膜表面产生具有亲水化作用的羧酸基团聚丙烯酸聚合物刷，不仅能够通过接枝改变中空纤维膜微孔的孔径提高截留率，同时也能够由于亲水性的提高获得较强的抗污染能力，可进一步扩大聚丙烯纤维膜的应用领域及提高膜的分离性能。说明书附图图1为改性前后的聚丙烯中空纤维膜的红外光谱图。其中，a为改性前试样，b为改性后试样。图2为接枝改性前后聚丙烯中空纤维膜的纯水接触角。其中，a为未改性试样，b接枝改性后试样。图3为接枝改性前后聚丙烯中空纤维膜的SEM照片。其中，a为为接枝试样，b、c、d为接枝后试样，其接枝率分别为4.233％、7.059％、8.302％。图4为亲水化改性后接枝率对聚丙烯中空纤维膜水通量J和截留率R的影响。具体实施方式亲水化改性溶液的配制：(1)光引发剂溶液：常温下，采用光敏剂二苯甲酮、无水乙醇、去离子水按一定的摩尔比配制二苯甲酮溶液。(2)单体溶液：接枝单体丙烯酸进行减压蒸馏，在常温下按照一定的摩尔比配制丙烯酸水溶液。光敏剂二苯甲酮溶液的浓度范围为0.04-0.07mol/L。单体丙烯酸溶液的浓度范围为1.00-5.00mol/L。聚丙烯中空纤维膜的预处理：(1)将聚丙烯中空纤维膜丙酮中浸泡24小时后超声洗涤48小时；(2)将(1)中洗涤好的中空纤维膜置于50℃真空干燥箱中干燥1500min；(3)将(2)中获得的聚丙烯中空纤维膜在一定浓度的光敏剂二苯甲酮溶液中浸泡2-10小时；(4)将(3)中获得的聚丙烯中空纤维膜样品自然干燥2个小时。所述紫外辐照诱导聚丙烯中空纤维膜接枝改性方法：(1)将前述获得的含有光敏剂的聚丙烯中空纤维膜，放入一定浓度的丙烯酸单体溶液中，通氮气10min充分去除系统中的氧气；(2)对系统进行紫外照射接枝反应一定时间，整个过程保持系统通氮气；(3)将(2)中获得的接枝聚丙烯中空纤维膜用丙酮反复超声洗涤48小时，除去接枝过程中产生的均聚物、未反应的单体以及光敏剂二苯甲酮等；(4)将(3)获得的接枝聚丙烯中空纤维膜于50℃下真空干燥1500min。紫外照射条件为光强1800w，以365nm为中心，波长范围为200-450nm，照射时间为0-30min。通过改变紫外光照强度和光照时间、光敏剂和单体的浓度获得不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外辐照聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法，其特征是，通过紫外光辐照诱导接枝聚合方法在聚丙烯中空纤维膜表面接枝具有羧酸基团的丙烯酸聚合物刷，可以通过调节改性剂浓度和光照条件控制所需要的接枝率。

【技术特征摘要】
1.一种紫外辐照聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法，其特征
是，通过紫外光辐照诱导接枝聚合方法在聚丙烯中空纤维膜表面接枝
具有羧酸基团的丙烯酸聚合物刷，可以通过调节改性剂浓度和光照条
件控制所需要的接枝率。
2.根据权利要求1所述的一种紫外辐照聚丙烯中空纤维膜的亲
水化改性方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1)亲水化改性溶液的配制，常温下，采用光敏剂二苯甲酮、
无水乙醇、去离子水按一定的摩尔比配制二苯甲酮溶液；接枝单体丙
烯酸进行减压蒸馏，在常温下按照一定的摩尔比配制丙烯酸水溶液；
(2)聚丙烯中空纤维膜的预处理，将清洗干净的聚丙烯中空纤
维膜在一定浓度的光敏剂二苯甲酮溶液中浸泡2-10小时，将获得的
含有光敏剂的聚丙烯中空纤维膜样品自然干燥2个小时；
(3)紫外辐照诱导聚丙烯中空纤维膜接枝改性，将前述获得的
含有光敏剂的聚丙烯中空纤维膜，放入一定浓度的AA单体溶液中，通
氮气10min充分去除系统中的氧气，对系统进行紫外照射接枝反应一
定时间，整个过程保持系统通氮气，通过改变紫外光照强度和光照时
间、光敏剂和单体的浓度获得不同的接枝率以及改性效果；
(4)将获得的接枝聚丙烯中空纤维膜清洗，除去接枝过程中产
生的均聚物、未反应的单体以及光敏剂等；真空干燥获...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淑静，丛海林，于冰，刘群，季亚藤，陈新，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37