Способ получения положительно заряженной мембраны для фильтрации жидкостей
Авторы патента:
Использование: производство заряженных материалов для фильтрации жидких смесей. Сущность изобретения: смесь полимера и водонерастворимого алкилированного аддукта первичного или вторичного диамина и диановой эпоксидной смолы растворяют до образования гомогенного раствора. Фильтруют его, обезвоздушивают, поливают на подложку и отверждают в виде пленки. Аддукт можно использовать в виде раствора в органическом растворителе, полученного непосредственно при синтезе аддукта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способу получения заряженных материалов для фильтрации жидких смесей, а более точно касается изготовления положительно заряженных полимерных полупроницаемых мембран для фильтрации жидкостей.
Известен способ получения положительно заряженной микрофильтрационной мембраны на основе поливинилиденфторида /1/ путем поверхностной обработки микрофильтрационной мембраны на основе поливинилиденфторида с размером пор 0,2 мкм 2% раствором смолы R 4308 (продукт взаимодействия полиаллилметиламиновой смолы с эпихлоргидрином) в смеси изопропиловый спирт вода 20 80, сушки при температуре 75oC в течение 2ч, последующей обработки 0,23% раствором полиэтиленполиамина в изопропиловом спирте и сушки полученной мембраны для отверждения смолы R 4308. Готовая мембрана приобретает положительный заряд благодаря группам соли четвертичного аммониевого основания, содержащемся в сшитой смоле R 4308, находящейся на поверхности мембраны. Указанному способу присуща многостадийность процесса, использование нестабильной, сильно реакционноспособной смолы R 4308, существующей только в виде разбавленных растворов (до 5% мас.) в воде, а также токсичного полиэтиленполиамина. Наслоение на мембрану последовательно смолы, а затем полиэтиленполиамина требует сложного оборудования, при этом возможно повреждение непрочной в механическом отношении мембраны, блокирование пор мембраны смолой и отсутствие в некоторых порах сшивки смолы полиэтиленполиамином, так как они представляют собою вязкие жидкости с ограниченной степенью диффузии. Кроме того, из-за высокой вязкости указанных веществ затруднено также нанесение их в поры малого размера, в результате положительный заряд будет иметь не вся смоченная поверхность мембраны. Процесс отверждения смолы R 4308 полиэтиленполиамином осуществляется медленно при повышенной температуре. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ /2/ получения положительно заряженной мембраны для фильтрации, включающий растворение при сильном механическом перемешивании и температуре 49 55oC полиамида 66 (продукт взаимодействия гексаметилендиамина и адипиновой кислоты), 5% водного раствора смолы R 4308, муравьиной кислоты и воды до образования гомогенного формовочного раствора, фильтрование, обезвоздушивание, полив при температуре 49 55oC полученного формовочного раствора на ткань из сложного полиэфира, отверждение полимеров в осадительной ванне в отлитой жидкой пленке формовочного раствора, отмывку полученной мембраны от муравьиной кислоты и сушку ее в течение нескольких минут при температуре 140oC. Указанный способ позволяет более равномерно распределить модифицирующий агент (смолы R 4308) по всей смоченной поверхности мембраны, предотвратить закупорку ее пор, упростить процесс за счет уменьшения стадий, упростить аппаратурное оформление процесса. Однако этот способ обладает рядом существенных недостатков: а). Очень узок ассортимент мембранообразующих полимеров, пригодных для изготовления мембран по известному способу. Это связано с тем, что такие полимеры должны содержать очень реакционноспособные группы (у полиамида 66 такими являются -NH- и -COOH группы), вступающие в химическое взаимодействие при сравнительно мягких условиях с реакционными группами модифицирующего агента (эпоксидные группы в смоле R 4308) с образованием нерастворимого в воде соединения. Кроме того, такие полимеры должны растворяться в комбинированных растворителях, содержащих большую концентрацию воды, чтобы совместиться с модифицирующим агентом (смолой R 4308), нестабильным при хранении, а поэтому существующим только в виде разбавленных в воде растворов. Процесс осуществляется в присутствии катализаторов, какими являются амидные, карбоксилсодержащие или другие соединения. б). Требуется очень жесткий контроль дозировки и выдерживания технологических параметров на всех стадиях процесса изготовления мембраны. При несоответствии пропорций компонентов формовочного раствора, температурных или временных характеристик процесса, при неэффективном перемешивании компонентов формовочного раствора (из-за сильной поперечной сшивки полиамида 66 и смолы R 4308) последний желатинизируется и становится непригодным для получения мембраны. При недостаточной сшивке смолы R 4308 с полиамидом 66 на стадиях поучения формовочного раствора смола R 4308 вымывается в осадительной ванне, следствием чего является необеспечение требуемых свойств получаемой мембране, то-есть процесс получения положительно заряженной мембраны по данному способу является ненадежным. в). Сушка мембраны при температуре 140oC на последней стадии ее получения с целью завершения сложного комплекса химических превращений мембранообразующего полимера и смолы R 4308, кроме больших затрат на теплоноситель, чревата порчей мембраны, так как при высоких температурах легко происходит контрактация (слипание, закрывание) пор мембраны и разрушение солей четвертичных аммониевых оснований, то-есть необратимое ухудшение ее свойств. г). Получаемая мембрана из трехмерносшитых полимеров не растворима, поэтому создаются трудности ее удаления в случае утилизации бракованных и бывших в употреблении мембран фильтрующих элементов (например, регенерация дорогостоящих открытопористых трубок из трубчатых мембранных фильтрующих элементов). В основу настоящего изобретения была положена задача разработки такого способа получения положительно заряженной мембраны для фильтрации жидкостей, в котором отпала бы необходимость химического взаимодействия между мембранообразующим полимером и модифицирующим агентом, содержащим группы солей четвертичного аммониевого основания, что позволило бы расширить ассортимент полимеров для получения положительно заряженных мембран, упростить процесс их получения и сделать его более надежным, обеспечить возможность лучей утилизации бракованных и бывших в употреблении мембранных фильтрующих элементов с положительно заряженной мембраной. Указанная цель достигается тем, что в способе получения положительно заряженной мембраны для фильтрации жидкостей, включающем растворение смеси полимеров, по крайней мере, один из которых содержит группы четвертичного аммониевого основания, до образования гомогенного формовочного раствора, фильтрование, обезвоздушивания, полив полученного формовочного раствора и отверждение в нем полимеров с образованием пленки, согласно изобретению, в качестве полимера, содержащего группы солей четвертичного аммониевого основания, применяют водонерастворимый алкилированный аддукт первичного или вторичного диамина и диановой эпоксидной смолы, в том числе в виде раствора в органическом растворителе, получаемом в процессе синтеза аддукта. Принципиальное отличие предлагаемого способа получения положительно заряженной мембраны для фильтрования жидкостей от известного заключается в том, что формирование структуры мембраны и придание ей положительного заряда осуществляется в отсутствии химических взаимодействий между мембранообразующим полимером и веществом-модификатором, содержащим группы солей четвертичного аммониевого основания. Путем простого механического смешения до образования гомогенного раствора мембранообразующего полимера и нерастворимого в воде, инертного по отношению к мембранообразующему полимеру лакилированного аддукта первичного или вторичного диамина и диановой эпоксидной смолы получают гомогенный формовочный раствор, его фильтруют, обезвоживают, поливают тонким слоем и осаждают в нем полимеры с образованием пленки (мембраны) в отсутствии катализаторов и нагрева. В целях удешевления продукции алкилированный аддукт первичного или вторичного диамина и диановой эпоксидной смолы может использоваться в виде раствора в органическом растворителе, получаемом в процессе синтеза аддукта. Используемый в предлагаемом способе алкилированный аддукт первичного или вторичного диамина и диановой эпоксидной смолы получают в виде 50 70% мас. растворов, например, а диметилацетамиде. Для этого к раствору диановой эпоксидной смолы в диметилацетамиде добавляют эквимолярное количество вторичного диамина, преимущественно пиперазина. При использовании первичного амина, например метафенилендиамина, молярное соотношение диановой эпоксидной смолы и мета-фенилендиамина 2 1. После завершения реакции между диамином и диановой эпоксидной смолой к полученному раствору добавляют галоидалкил, например йодистый метил (молярное соотношение галоидалкила и диамина 2 1). После завершения реакции полученный раствор используют как добавку в формовочный раствор для придания мембране положительного заряда. Алкилированный аддукт может быть высажены в воду, отмыт от растворителя и затем использован в сухом виде для приготовления формовочного раствора. Однако более целесообразен первый вариант. Использование алкилированного аддукта в виде раствора в органическом растворителе не является необходимым непосредственно для достижения положительного эффекта. Однако оно усиливает получаемый эффект, обеспечивая более быстрое приготовление формовочного раствора, экономию органических растворителей, сокращение стадий процесса. В отличие от известного /2/ в предлагаемом способе не требуется наличия реакционноспособных групп в мембранообразующем полимере и модифицирующем агенте и растворимости в комбинированных растворителях, содержащих в большой концентрации воду. Это позволяет значительно расширить ассортимент мембранообразующих полимеров для получения положительно заряженных мембран. Для получения положительно заряженной мембраны для фильтрации жидкостей может быть использован любой полимер, совместимый с алкилированным аддуктом в формовочном растворе и дающий после осаждения прочную открытопористую пленку (мембрану). Установлено, что такими мембранообразующими полимерами являются, например, ароматический полисульфон, ароматический полисульфонамид, полиамид 66, поливинилхлорид, ацетат целлюлозы, сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида и другие, то-есть полимеры, содержащие и несодержащие реакционноспособные группы. Кстати, последние в прилагаемом способе не вступают в химические взаимодействия с модифицирующей добавкой, содержащей группы солей четвертичных аммониевых оснований или солей третичных аминов, придающих мембране положительный заряд. За счет инертности и стабильности свойств аддукта не требуется такого жесткого регламентирования условий процесса изготовления мембраны, как в известном способе. Отсутствует возможность необратимого ухудшения свойств и превращения в негодное состояние формовочного раствора из-за чрезмерной поперечной сшивки макромолекул. Из-за нерастворимости аддукта в воде невозможно его вымывание из мембраны в ванне осаждения, в то время как в известном способе при несоблюдении условий термообработки в результате недостаточной сшивки водорастворимая смолы R 4308, содержащая группы солей четвертичного аммониевого основания, может вымываться водой, что изменяет состав и свойства мембраны. В предлагаемом способе в противоположность известному не требуется интенсивного перемешивания формовочного раствора (число оборотов мешалки порядка 4000 в минуту), его подогрева для осуществления химических реакций амидных и эпоксидных групп и перевода водорастворимой смолы R 4308 в связанное состояние с целью предотвратить ее вымывание на стадии высаждения мембраны водой из формовочного раствора. В предлагаемом способе не требуется сушка и подогрев мембраны до 140oC на заключительной стадии ее получения для завершения химических превращений реакционноспособных групп. Отсюда устраняется возможность необратимого ухудшения свойств мембраны за счет контракции пор и разложения относительно нестойких к высокотемпературным воздействиям солей четвертичных аммониевых оснований, придающих мембране положительный заряд. В предлагаемом способе, по сравнению с известным, уменьшается число операций (ликвидация подогрева формовочного раствора и сушки при температуре 140oC на заключительно стадии получения мембраны), не требуется интенсивного перемешивания компонентов формовочного раствора; жесткого регламентирования условий проведения процесса на различных стадиях его осуществления, так как нет химических взаимодействий, могущих привести к порче формовочного раствора или ухудшению качества получаемой из него мембраны. Это упрощает процесс изготовления положительно заряженной мембраны для фильтрации жидкостей, делает его более надежным в осуществлении. Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое изобретение отличается новизной технического решения. Условием выполнения действий, характеризующих предлагаемый способ получения положительно заряженной мембраны для фильтрации жидких смесей, является использование соли алкилированного аддукта первичных или вторичных диаминов и диановой эпоксидной смолы в твердом виде или в виде раствора в органическом растворителе. Несмотря на известность использования солей четвертичных аммониевых оснований как легирующих добавок для придания положительного заряда фильтрующим материалам, в производстве положительно заряженных мембран для фильтрации жидкостей применение соли алкилированного аддукта первичных или вторичных диаминов и диановой эпоксидной смолы является новым и не простым использованием известного приема в технике. Найденные экспериментальным путем новые совокупности свойств солей алкилированных аддуктов первичных или вторичных диаминов и диановой эпоксидной смолы при хранении в твердом виде или в виде концентрированных растворов в воде и спиртах позволяют расширить ассортимент мембранообразующих полимеров для получения положительно заряженных мембран для фильтрации жидких смесей, уменьшить число стадий процесса, упростить технологическое и аппаратурное осуществление процесса, сделать его более надежным с точки зрения получения качественной продукции. Новые совокупности условий проведения процесса являются решающими факторами целенаправленных мероприятий для обеспечения процесса получения положительно заряженной мембраны для фильтрации жидкостей, т.е. предопределяют результат. Без этого теряет практический смысл осуществление процесса. Такие эффекты не проявлялись в известных способах получения положительно заряженных мембран для фильтрации жидких смесей и неизвестны из других источников. Несовпадение технических свойств с точки зрения положительного эффекта заявляемого и известных объектов свидетельствуют о том, что в результате налицо новая совокупность признаков решения, приводящая к возникновению нового явления (свойства), обеспечивающего достижение положительного эффекта, что позволяет признать предложенный способ соответствующим критерию, существенные отличия". Заявляемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. 24,9 г Поливинилхлорида марки С по ГОСТ 14332-78 перемешивали (однолопастная мешалка 40 оборотов в минуту) с 207,3 г диметилацетамида по ТУ 3810-220-79 до полного растворения. К полученному раствору добавляли 67,8 г раствора, содержащего 33,9 г обработанного йодистым метилом аддукта пиперазина и диановой эпоксидной смолы марки ЭД-20 по ГОСТ 10587-84 и 33,9 г диметилацетамида. Полученную смесь перемешивали 1 ч, фильтровали, обезвоздушивали, затем полученный формовочный раствор с помощью самоцентрирующегося формователя с диаметром 13,1 мм наносили со скоростью 2 см/с на внутреннюю поверхность открытопористой стеклопластиковой трубки длиной 2 м и внутренним диаметром 13,5 мм. Трубку с нанесенным раствором в течение 1 мин вращали на воздухе, затем опускали в воду при температуре 20oC. Выдерживали в ней 15 мин, затем свежими порциями воды отмывали полученный с трубчатый мембранный фильтрующий элемент от растворителя и испытывали на водопроницаемость по обессоленной воде при давлении 0,2 МПа и температуре 25oC. Она составляла 600 л/(м2











Формула изобретения
1. Способ получения положительно заряженной мембраны для фильтрации жидкостей, включающий растворение смеси полимеров, по крайней мере один из которых содержит группы солей четвертичного аммониевого основания, до образования гомогенного формовочного раствора, фильтрование, обезвоздушивание, полив формовочного раствора и отверждение в нем полимеров с образованием пленки, отличающийся тем, что в качестве полимера, содержащего группы солей четвертичного аммониевого основания, применяют водонерастворимый алкилированный аддукт первичного или вторичного диамина и диановой эпоксидной смолы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приготовление формовочного раствора ведут с использованием раствора в органическом растворителе алкилированного аддукта первичного или вторичного диамина и диановой эпоксидной смолы, получаемого в процессе синтеза аддукта.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты: