一种持久亲水性聚丙烯隔网材料及制备方法
阅读说明：本技术 一种持久亲水性聚丙烯隔网材料及制备方法 (Durable hydrophilic polypropylene separation net material and preparation method thereof ) 是由 龙雪彬 熊一鸣 宋季岭 杜西兰 张凯 秦舒浩 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种持久亲水性聚丙烯隔网材料及制备方法,本发明将硫酸镁晶须增刚改性技术与亲水物质缓释牵引技术相结合,利用多巴胺的自聚合能力把亲水剂牵引到材料表面,形成均匀的亲水层,利用EAA钠盐等缓释剂的缓释和禁锢作用,锁住亲水物质,使隔网材料既具有良好的外观、挺度、耐溶剂性、机械综合性能,又具有永久的亲水性能和持久的抗污染性能。本发明方法简单、性能优异、效果明显,具有良好的工业化应用前景,制得的隔网材料支撑分流作用好,耐腐蚀,具有高效、持久的抗污染性能、易清洗的优点,并且可以极大的改善细小颗粒附着的问题,大幅度的提高流体处理部件的使用效率和寿命,本发明适用于与亲水流体密切接触需要隔离支撑和分流作用的流体处理部件。(The invention discloses a durable hydrophilic polypropylene barrier net material and a preparation method thereof, wherein a magnesium sulfate whisker stiffening modification technology is combined with a hydrophilic substance slow-release traction technology, a hydrophilic agent is pulled to the surface of the material by utilizing the self-polymerization capacity of dopamine to form a uniform hydrophilic layer, and the hydrophilic substance is locked by utilizing the slow-release and occlusion effects of sustained-release agents such as EAA sodium salt and the like, so that the barrier net material has good appearance, stiffness, solvent resistance and mechanical comprehensive performance, and also has permanent hydrophilic performance and durable anti-pollution performance. The method is simple, excellent in performance, obvious in effect and good in industrial application prospect, the prepared separation net material has the advantages of good supporting and shunting effects, corrosion resistance, high-efficiency and durable pollution resistance and easiness in cleaning, the problem of fine particle adhesion can be greatly improved, the service efficiency of the fluid treatment part is greatly improved, the service life of the fluid treatment part is greatly prolonged, and the method is suitable for the fluid treatment part which is in close contact with hydrophilic fluid and needs the supporting and shunting effects.)
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种持久亲水性聚丙烯隔网材料及制备方法。
背景技术
隔网是流体处理部件中的一个主要组成元件，其主要作用是分隔处理元件，在元件与元件之间建立流体通道进而快速分流的作用。在流体处理过程中，处理后符合要求的流体通过收集管道收集，剩下的是经过浓缩的不符合要求流体，其中含有大量的杂质、颗粒、微生物等物质，这些细小物质会附着、堵塞、滞留在隔网上，降低流体处理的通道面积，也会滋生有害细菌及其它微生物，影响流体处理部件的效果和效率，不易清洗。
随着流体处理技术的进步，流体处理元件的通量和抗污能力，尤其是后者，一直是科技工作者和生产商关注的问题，非常重视，但是隔网的抗污能力的研究和改善非常少。隔网的覆盖面积与关键处理元件的面积相当，并且隔网上存在大量的转角、缝隙，易形成死角和堵塞。隔网的流体通道不通畅，流体处理部件的效率和质量也会大打折扣，导致流体处理部件通量的衰减，产品质量下降，使用效果不好，寿命降低。
因此，寻找一种简单通用、改善隔网表面亲水性、赋予隔网材料永久抗污染性能的改性方法是流体处理工程中非常重要的环节之一。
硫酸镁晶须增强材料具有外观质量良好、强度高、密度低、耐热性好等特点，机械强度高、能弹性地承受较大的应变而无永久变形，在高温强度损失小，无疲劳效应，特别适合于超薄制件和微小制件的补强、增刚，应用前景广阔，是高性能复合材料的一个新的发展方向。
例如公开专利号为CN 201210147865.1的发明专利，公开了一种反渗透膜用浓水网材料，采用高密度聚乙烯及乙烯-辛烯共聚物弹性体对聚丙烯进行共混改性,并加入成核剂及抗菌剂；按重量份数计算,包括聚丙烯100份，高密度聚乙烯5～15份，乙烯-辛烯共聚物弹性体5～10份，成核剂0.1～0.5份以及抗菌剂0.2～0.8份。该专利采用弹性体与聚乙烯的改性聚丙烯，使材料的刚性降低，制成隔网后会偏软，易变形，不能更好的起到支撑和建立通道的作用，抗菌剂的使用可以起到抑菌的作用，但对阻隔细小颗粒的附着并没有起到改善作用。
例如申请专利号为201610781554.9的发明专利，公开了一种抗污染浓水流道网的制备方法及其用途、反渗透装置，采用在浓水流道网表面涂覆抗污处理液的方法，提高浓水流道网表面的亲水性以降低其对污染物的吸附能力。该专利采用涂覆的方法，存在涂覆不均，死角位置涂覆不到，涂覆后增加了隔网的厚度，而降低流道面积，影响效率，且长期浸泡在水环境里，涂覆层和隔网之间易发生脱落，颗粒堵塞流道，不能持续的产生抗污染效果。
名词解释： PP：聚丙烯，[ PE：聚乙烯，HDPE:高密度聚乙烯，EBS：乙撑双脂肪酸酰胺，TAF：改性乙撑双脂肪酸酰胺。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种持久亲水性聚丙烯隔网材料及制备方法。本发明将硫酸镁晶须增刚改性技术与亲水物质缓释牵引技术相结合，利用多巴胺的自聚合能力把亲水剂牵引到材料表面，形成均匀的亲水层，利用EAA钠盐的缓释和禁锢作用，锁住亲水物质，使隔网材料既具有良好的外观、挺度、机械综合性能，又具有永久的亲水性能和持久的抗污染性能。本发明方法简单、性能优异、效果明显，具有良好的工业化应用前景，制得的隔网材料支撑分流作用好、耐腐蚀性好，具有高效、持久的抗污染性能、易清洗，并且极大的改善细小颗粒附着的问题，可以大幅度的提高流体处理部件的处理效率和使用寿命。
为解决上述问题，本发明的技术方案是：
一种持久亲水性聚丙烯隔网材料，包括主料和辅料，主料包括聚丙烯（PP）树脂：73~95%、改性硫酸镁晶须：1~5%、丙烯酸共聚物：1~10%、亲水剂：0.2~1%、缓释剂：2~12%、牵引剂：0.1~5%；所述辅料为其他助剂，包括主料重量的0.2~0.6%的润滑剂、0.2~0.6%的抗氧剂。
进一步的改进，所述的聚丙烯树脂为均聚PP、共聚PP中的一种或二种以上。
进一步的改进，所述亲水剂为两亲性物质天然氨基酸、聚醚多元醇类化合物、乙烯-乙烯醇共聚物中一种或二种以上。
进一步的改进，所述缓释剂为EAA钠盐、羧甲基纤维素钠凝胶、乙酸纤维素缓释剂、乙酰氨基酚缓释剂中一种或二种以上。
进一步的改进，所述牵引剂为盐酸多巴胺。
进一步的改进，所述润滑剂为硬脂酸、乙撑双脂肪酸酰胺、硬脂酸钙、改性乙撑双脂肪酸酰胺中一种或二种以上；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫代二丙酸双酯、亚磷酸酯中的一种或二种以上。
进一步的改进，所述改性硫酸镁晶须的制作过程如下：
将硫酸镁晶须在干燥箱里80℃干燥2小时后，放入到低速搅拌机，温度80℃±5℃，搅拌速度50~150r/min，逐渐滴加加入表面处理剂，滴加完后搅拌1~3分钟，搅拌完成后，放入散热搅拌锅中降到40℃以下，放出，即得到改性硫酸镁晶须，所述表面处理剂的加入用量为硫酸镁晶须的质量的1~3%。
进一步的改进，述表面处理剂为聚（丙二醇）-硅烷 -聚（乙二醇）、聚[聚（甲基丙烯酸乙二醇酯）-b-聚（甲基丙烯酸甲酯）-b-聚[聚（乙二醇甲基丙烯酸酯]]、马来酸酐-苯乙烯-COONa/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）两亲性聚合物中的一种或二种以上。
一种持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1）将主料和辅料投入到低速搅拌锅中，搅拌2~5分钟，得到均匀混合料；所述主料和辅料，主料包括聚丙烯（PP）树脂：73~95%、丙烯酸共聚物：1~10%、亲水剂：0.2~1%、缓释剂：2~12%、牵引剂：0.1~5%；所述辅料为其他助剂，包括主料重量的0.2~0.6%的润滑剂、0.2~0.6%的抗氧剂。
步骤2）将均匀混合料投入双螺杆挤出机主喂料仓中，将改性硫酸镁晶须投入到侧喂料仓中，采用失重称计量的方式计量，均匀混合料下料比例为95~99%，改性硫酸镁晶须的下料比例为1~5%，挤出温度180～220℃，主机转速200～400rpm，经加热、熔融、混炼、拉条、冷却、切粒得到，制得持久亲水性聚丙烯隔网材料。
本发明具有如下有益效果
1.综合性能好，具有更好的刚性、平直度、尺寸稳定性等，本发明采用改性硫酸镁增强隔网材料，硫酸镁晶须具有优良的力学性能，机械强度高、能弹性地承受较大的应变而无永久变形，在高温强度损失小，无疲劳效应；微小特殊的单晶纤维结构，不影响复合材料成型流动性，接近于无填充物的树脂，在基体中分布均匀，使极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填充，特别适合于超薄制件和微小制件的补强、增刚，但是存在对水具有较强的亲和性，与聚丙烯复合时（聚丙烯具有疏水性），相容性不好，晶须易分散不均，导致复合材料性能降低的问题，本发明采用双亲性物质对硫酸镁晶须进行改性后，亲水基团一端与硫酸镁结合，疏水端与聚丙烯结合，有效增强了两相的相容性，比未改性的硫酸镁晶须具有更好的分散性以及与聚丙烯树脂的结合力。
2.具有更好的外观质量。粗糙的隔网表面，会对流体流动形成阻力，影响流体处理部件的处理效率；隔网表面的尖角会刮伤流体处理元件，且易藏污纳垢，降低流体处理部件的使用寿命和效果。本发明采用丙烯酸共聚物来改善复合材料的加工性，丙烯酸共聚物加入可以稳定流动，增加树脂的熔融张力，改善聚烯烃的熔融弹性，增加离模膨胀性，改善复合材料在挤出成型过程中熔体破裂、出丝不均匀等现象，避免隔网表面粗糙、尖角、丝径不均匀等缺陷，有效提高了流体处理部件的效率和使用寿命。
3.隔网表面具有很好的亲水性即可以加快亲水流体的流动，又可以减少污垢的附着，隔网要具有好的亲水性，需要在材料表面形成均匀的亲水层，才能达到较好的效果。本发明采用在材料里添加亲水物质的方法，改善材料亲水性，多巴胺具有自聚合的能力，利用多巴胺自聚合的能力将具有亲水性的物质引入到材料表面，形成均匀的亲水层，亲水物质的长期存在于材料表面，就可以达到持久、良好的亲水性效果。缓释剂具有延缓亲水物质移动的作用，能够使亲水物质在材料表面持久的保持，达到持久亲水的作用。涂覆亲水层方法存在涂覆不均，死角、转角、侧立面等位置容易涂覆不到，涂覆后增加了隔网的厚度，而降低流道面积，影响效率，且长期浸泡在水环境里，涂覆层和隔网之间易发生脱落，颗粒堵塞流道，不能持续的产生抗污染效果。与涂覆亲水层方法相比，本发明采用材料里添加的方式，可以全方位无死角的改善材料的亲水性，通过牵引和缓释作用，可以持久的保持隔网的亲水性和抗污染性能。
具体实施方式
本发明的实施例1：持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法，按质量分数计算，包含所述52%聚丙烯PPMM20-S、18%聚丙烯EPS30R、8%丙烯酸共聚物P1050、1%亲水剂、12%缓释剂、5%牵引剂、0.4%润滑剂、0.6%抗氧剂、3%改性硫酸镁晶须。所述亲水剂为两亲性物质天然氨基酸；所述缓释剂为EAA钠盐；所述牵引剂为盐酸多巴胺；所述润滑剂为硬脂酸；所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168，其添加比例为1：1；所述改性硫酸镁晶须为硫酸镁经表面处理制得，所述表面处理剂为聚（丙二醇）-硅烷 -聚（乙二醇），表面处理剂用量为硫酸镁晶须重量的1%。
持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法，包含以下步骤：
1）改性硫酸镁晶须的制备：将5kg硫酸镁晶须在干燥箱里80℃干燥2小时，放入到低速搅拌机，温度80℃±5℃，搅拌速度100r/min，逐渐滴加50g聚（丙二醇）-硅烷 -聚（乙二醇），滴加完后搅拌3分钟，搅拌完成后，放入散热搅拌锅中降到40℃以下，放出，得到改性硫酸镁晶须备用。
2）持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法：按照质量份数称取各原料，将称取所得的原料（不包含改性硫酸镁晶须）投入到低速搅拌锅中，搅拌5分钟，得到均匀混合料。将均匀混合料投入双螺杆挤出机主喂料仓中，将改性硫酸镁晶须投入到侧喂料仓中，采用失重称计量的方式计量，主喂料仓下料设置比例为97%，侧喂料仓下料设置比例为3%，挤出温度180～220℃，主机转速200rpm，下料频率设置350kg/h，启动挤出机，原料经加热、熔融、混炼、拉条、冷却、切粒，得到持久亲水性聚丙烯隔网材料。
对比单一牌号聚丙烯（T30S）隔网材料的拉伸强度达41.3MPa，弯曲强度37.1MPa，弯曲模量1382MPa，缺口冲击强度4.0kJ/m2，熔指3.3g/10min，水接触角103°，制成隔网后安装到流体处理部件中，用牛血清蛋白作为污染物，168小时后水通量保持率为52%，污染清洗后流体处理部件水通量恢复率为49%。本实施例经复合改性后隔网材料，拉伸强度42.0MPa，弯曲强度39.5MPa，弯曲模量1624MPa，缺口冲击强度10.0kJ/m2，熔指3.0g/10min，水接触角下降到51°，制成隔网后安装到流体处理部件中，用牛血清蛋白作为污染物，168小时后水通量保持率为82%，污染清洗后流体处理部件水通量恢复率为92%。
本发明的实施例2：持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法，按质量分数计算，包含所述94%聚丙烯T30S、1%丙烯酸共聚物P1050、0.2%亲水剂、3%缓释剂、0.1%牵引剂、0.5%润滑剂、0.2%抗氧剂、1%改性硫酸镁晶须。所述亲水剂为聚醚多元醇类化合物；所述缓释剂为乙酸纤维素缓释剂；所述牵引剂为盐酸多巴胺；所述润滑剂为EBS；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168比例为1：1；所述改性硫酸镁晶须为硫酸镁经表面处理制得，所述表面处理剂为马来酸酐-苯乙烯-COONa/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），表面处理剂用量为硫酸镁晶须重量的2%。
持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法，包含以下步骤：
2）改性硫酸镁晶须的制备：将5kg硫酸镁晶须在干燥箱里80℃干燥2小时，放入到低速搅拌机，温度80℃±5℃，搅拌速度100r/min，逐渐滴加100g马来酸酐-苯乙烯-COONa/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），滴加完后搅拌3分钟，搅拌完成后，放入散热搅拌锅中降到40℃以下，放出，得到改性硫酸镁晶须备用。
2）持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法：按照质量份数称取各原料，将称取所得的原料（不包含改性硫酸镁晶须）投入到低速搅拌锅中，搅拌5分钟，得到均匀混合料。将均匀混合料投入双螺杆挤出机主喂料仓中，将改性硫酸镁晶须投入到侧喂料仓中，采用失重称计量的方式计量，主喂料仓下料设置比例为99%，侧喂料仓下料设置比例为1%，挤出温度180～220℃，主机转速200rpm，下料频率设置350kg/h，启动挤出机，原料经加热、熔融、混炼、拉条、冷却、切粒，得到持久亲水性聚丙烯隔网材料。
对比单一牌号聚丙烯（T30S）隔网材料的拉伸强度达41.3MPa，弯曲强度37.1MPa，弯曲模量1382MPa，缺口冲击强度4kJ/m2，熔指3.3g/10min，水接触角103°，制成隔网后安装到流体处理部件中，用牛血清蛋白作为污染物，168小时后水通量保持率为52%，污染清洗后流体处理部件水通量恢复率为49%。本实施例经复合改性后隔网材料，拉伸强度42.1MPa，弯曲强度38.5MPa，弯曲模量1520MPa，缺口冲击强度4.0kJ/m2，熔指3.2g/10min，水接触角43°，制成隔网后安装到流体处理部件中，用牛血清蛋白作为污染物，168小时后水通量保持率为88%，污染清洗后流体处理部件水通量恢复率为94%。
本发明的实施例3：持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法，按质量分数计算，包含所述60%聚丙烯MM20-S、20%聚丙烯PPEPS30R、10%丙烯酸共聚物P1050、0.4%亲水剂、2%缓释剂、2%牵引剂、0.2%润滑剂、0.4%抗氧剂、5%改性硫酸镁晶须。所述亲水剂为乙烯-乙烯醇共聚物；所述缓释剂为羧甲基纤维素钠凝胶；所述牵引剂为盐酸多巴胺；所述润滑剂为TAF；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168比例为1：1；所述改性硫酸镁晶须为硫酸镁经表面处理制得，所述表面处理剂为马来酸酐-苯乙烯-COONa/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），表面处理剂用量为硫酸镁晶须重量的3%。
持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法，包含以下步骤：
3）改性硫酸镁晶须的制备：将5kg硫酸镁晶须在干燥箱里80℃干燥2小时，放入到低速搅拌机，温度80℃±5℃，搅拌速度100r/min，逐渐滴加150g马来酸酐-苯乙烯-COONa/N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），滴加完后搅拌3分钟，搅拌完成后，放入散热搅拌锅中降到40℃以下，放出，得到改性硫酸镁晶须备用。
2）持久亲水性聚丙烯隔网材料的制备方法：按照质量份数称取各原料，将称取所得的原料（不包含改性硫酸镁晶须）投入到低速搅拌锅中，搅拌5分钟，得到均匀混合料。将均匀混合料投入双螺杆挤出机主喂料仓中，将改性硫酸镁晶须投入到侧喂料仓中，采用失重称计量的方式计量，主喂料仓下料设置比例为95%，侧喂料仓下料设置比例为5%，挤出温度180～220℃，主机转速200rpm，下料频率设置350kg/h，启动挤出机，原料经加热、熔融、混炼、拉条、冷却、切粒，得到持久亲水性聚丙烯隔网材料。
对比单一牌号聚丙烯（T30S）隔网材料的拉伸强度达41.3MPa，弯曲强度37.1MPa，弯曲模量1382MPa，缺口冲击强度4kJ/m2，熔指3.3g/10min，水接触角103°，制成隔网后安装到流体处理部件中，用牛血清蛋白作为污染物，168小时后水通量保持率为52%，污染清洗后流体处理部件水通量恢复率为49%。本实施例经复合改性后隔网材料，拉伸强度44.0MPa，弯曲强度42.0MPa，弯曲模量1730MPa，缺口冲击强度8.0kJ/m2，熔指3.5g/10min，水接触角56°，制成隔网后安装到流体处理部件中，用牛血清蛋白作为污染物，168小时后水通量保持率为87%，污染清洗后流体处理部件水通量恢复率为97%。
采用本发明实施例1、实施例2、实施例3制备的持久亲水性聚丙烯隔网材料，经专用挤出模具成型，制得的隔网，挺度好，表面圆润、光滑、耐腐蚀性好，水接触角明显降低，具有长效的亲水性，装备成流体处理部件后水通量的保持率和恢复率有明显得提高。从实施例1、实施例2、实施例3可以明细看出，本发明的整体性能、亲水性能、持久耐污染性，明显优于单一牌号聚丙烯隔网材料，因此本发明具有优良的技术效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种吸波塑料及其制备方法