动态法膜表面双向光接枝的方法及设备.pdf

本发明是用动态的方法进行气相引发液相反应的高分子表面光接枝改性。首先抽真空和加热引发剂溶液，使得引发剂以气态形式挥发，经紫外光照射后，在载气的带动下，引发剂分子被输送到膜表面，在膜表面产生表面自由基及其休眠种，之后将单体溶液在泵的抽吸作用下输送到膜表面进行光接枝反应。在此过程中分别实现了双向均匀的引发剂的引发和单体的接枝。即在气相双方向的引发情况下，再进行液相的双方向的均匀接枝，由四步完成光接枝反应。

1、  一种膜表面光接枝方法，其特征是利用动态的方法进行双向的气相引发液相反应的高分子表面光接枝改性。首先抽真空和加热引发剂溶液，使得引发剂以气态形式挥发，经紫外光照射后，在载气的带动下，引发剂分子被输送到膜表面，在膜表面产生表面自由基及其休眠种，之后将单体溶液在泵的抽吸作用下输送到膜表面进行光接枝反应。在此过程中分别实现了双向均匀的引发剂的引发和单体的接枝。即在气相双方向的引发情况下，再进行液相的双方向的均匀接枝，由四步完成光接枝反应。

2、  按权利要求1规定的方法，其特征在于：
(1)用抽真空和(或)加热的方法使引发剂从液相中挥发出来，用紫外灯照射时间为0-2小时；
(2)在气相引发过程中保持膜组件壳层的真空度为0.03Mpa，中空纤维膜内腔中的真空度为0.01Mpa。

3、  按权利要求1规定的方法，其特征是：动态法对膜组件的外表面双向光接枝的装置操作：利用紫外灯照射，并在氮气的通入下，调节相关的阀门[24]、[25]、[26]、[27]、[29]和[30]，实现沿着阀门[25]至阀门[29]的上向流方向对膜外表面的气相引发。经过设定的气相引发时间后，调节相关阀门[24]、[25]、[26]、[27]、[29]和[30]，实现沿着阀门[26]至[30]的下向流方向对膜外表面的气相引发。液相的接枝根据以上提到的上下流两向分别对膜外表面的进行单体接枝，由此保证气相引发和液相接枝的均匀性。同时，膜组件内表面的氮气保护由阀门[28]至阀门[27]至阀门[31]通路完成。

4、  按权利要求1规定的方法，其特征是：动态法对膜组件的内表面双向光接枝的装置操作：利用紫外灯照射，并在氮气的通入下，调节相关的阀门[24]、[27]、[28]、和[31]，实现沿着阀门[24]至[27]的上向流方向对膜内表面的气相引发。经过设定的气相引发时间后，调节阀门[24]、[25]、[26]、[27]、[28]和[31]，沿着阀门[27]至[31]的下向流方向对膜内表面的气相引发。液相的接枝根据以上提到的上下流两向分别进行单体的膜内表面的接枝，由此保证气相引发和液相接枝的均匀性。同时，膜组件外表面的氮气保护由阀门[29]至膜组件[11]至阀门[30]通路完成。

动态法膜表面双向光接枝的方法及设备
技术领域
本发明的技术领域涉及一种用动态的方法进行气相引发液相聚合的高分子表面光接枝和相关的装置的一体性的优化设计。
背景技术
目前膜表面紫外光接枝技术多数采用静态法，无论是单体还是引发剂都是与高分子相对静止的，在接枝整个过程中没有引发剂、单体等与高分子的相对运动，即没有引发剂与单体渗透、穿流过高分子膜的循环过程。该方法的缺点是针对中空纤维内部、内压管式高分子膜内部、卷式高分子膜内部及高分子的分离孔内部等紫外光照射不到的地方，无法用静态法进行表面光接枝。
针对传统静态法光接枝技术的缺点和不足，本发明提供了一种动态双向的膜表面光接枝的方法及设备，不仅实现了在紫外光照不到的地方进行紫外光接枝，同时实现了在膜内外表面的双向的引发剂引发和单体接枝，由此保证了动态法膜表面光接枝的均匀性。
发明内容
动态法膜表面双向光接枝利用抽真空和(或)加热的方法，让引发剂从液相中挥发出来，同时进行紫外光照射激发，在载气的带动下，引发剂经抽吸作用输送到高分子膜表面，形成表面自由基或休眠种，之后单体溶液在液泵的抽吸作用下输送到膜表面，在此过程中进行光接枝反应。在以上的过程中分别实现了双向的引发剂引发和单体接枝。即在气相双方向的引发情况下，再进行液相的双方向的均匀接枝，由气相上向流引发、气相下向流引发、液相上向流接枝和液相下向流接枝四步完成动态法膜表面的光接枝反应。下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明，附图说明及具体实施方式如下所述。
具体实施方式
1、动态法膜外表面双向光接枝的操作实施
首先进行动态法膜外表面的上向流方向的气相引发，即将石英玻璃盖板[2]与光敏引发剂气化室[4]进行密封，在三通阀[29]的真空装置接口接上真空泵。同时调节四通阀[24]和三通阀[25]使膜组件[11]与光敏剂气化室[4]沿着三通阀门[25]至三通阀[29]的上向流方向连通，并调节三通阀[27]、[28]、[31]使氮气通入膜丝。然后打开阀门[5]向氮气通入管[6]鼓入氮气，同步打开三通阀[29]的真空泵抽真空，利用真空压力表[19]、[22]、[23]上的示数控制气相引发条件，打开加热器[10]，加热使光敏引发剂池[8]中的光敏剂溶液[9]蒸发，同时打开紫外灯[1]，当体系受紫外光照射时，光敏剂蒸汽产生的自由基与溶剂蒸汽在氮气的带动下，经真空泵的抽吸作用输送到中空纤维膜[11]的外表面，在此过程中光敏剂与膜的外表面沿三通阀[25]至三通阀[29]的上向流方向发生反应产生表面自由基。经过设定气相引发时间后，进行动态法膜外表面下向流方向的气相引发，既调节三通阀[25]、[26]、[29]和[30]使得使膜组件[11]与光敏剂气化室[4]沿着三通阀[26]至三通阀[30]至三通阀[29]的下向流方向连通，并持续三通阀[27]、[28]、[31]方向上的氮气通入膜丝，重复以上的气相引发的过程，此时根据压力表[19][22][23]的示数控制反应条件，经过设定的气相引发时间候完成膜外表面的下向流方向的气相引发。此后进行液相的接枝反应，首先进行动态法膜外表面的上向流的液相接枝，即调节四通阀[24]和三通阀[25]使得单体液槽[4]和膜组件[11]沿着三通阀[25]至三通阀[29]的上向流方向连通，同时调节三通阀[29]、[30]连通膜组件[11]和单体液槽[12]。保持三通阀[27]、[28]、[31]方向上的氮气通入膜丝的条件，开启泵[18]使得单体溶液[13]沿上向流方向与膜外表面上已经存在的表面自由基发生接枝反应，最后通过三通阀[29]、[30]方向回流至单体液槽[12]。经过设定的液相接枝时间后，进行动态法膜外表面下向流方向的液相接枝，既调节三通阀[25]、[26]、[29]和[30]使得使膜组件[11]与光敏剂气化室[4]沿着三通阀[26]至三通阀[30]至单体液槽[12]的下向流方向连通，并持续三通阀[27]、[28]、[31]方向上的氮气通入膜丝，开启泵[18]使得单体溶液[13]沿下向流方向与膜外表面上已经存在的表面自由基发生接枝反应，经过设定的液相接枝时间候完成膜外表面的下向流方向的液相接枝。以上连续的四步操作即实现了动态法膜外表面的双向气相的引发和液相的接枝，保证了膜外表面的紫外光接枝的均匀性和一致性。
2、动态法膜内表面双向光接枝的操作实施
首先进行动态法膜内表面的上向流方向的气相引发，即将石英玻璃盖板[2]与光敏引发剂气化室[4]进行密封，在三通阀[28]的真空装置接口接上真空泵。同时调节四通阀[24]和三通阀[27]、[31]使膜组件[11]与光敏剂气化室[4]沿着四通阀门[24]至三通阀[27]、[28]的上向流方向连通，同时调节三通阀[29]和[30]，使氮气由三通阀[29]接入并沿三通阀[29]至三通阀[30]方向通入膜组件。然后打开阀门[5]向氮气通入管[6]鼓入氮气，同步打开三通阀[28]的真空泵抽真空，利用真空压力表[20]、[22]、[23]上的示数控制气相引发条件，打开加热器[10]，加热使光敏引发剂池[8]中的光敏剂溶液[9]蒸发，同时打开紫外灯[1]，当体系受紫外光照射时，光敏剂蒸汽产生的自由基与溶剂蒸汽在氮气的带动下，经真空泵的抽吸作用输送到中空纤维膜[11]的内表面，在此过程中光敏剂与膜的内表面沿四通阀[24]至三通阀[27]、[28]的上向流方向发生反应产生表面自由基。经过设定气相引发时间后，进行动态法膜内表面下向流方向的气相引发，既在三通阀[31]的真空装置接口接上真空泵，调节四通阀[24]和三通阀[25]、[26]、[27]、[28]和[31]使得使膜组件[11]与光敏剂气化室[4]沿着四通阀[24]至三通阀[37]至三通阀[31]的下向流方向连通，并持续沿三通阀[29]至三通阀[30]方向的氮气通入膜组件，然后打开阀门[5]向氮气通入管[6]鼓入氮气，同步打开三通阀[31]的真空泵抽真空，利用真空压力表[19]、[20]、[22]上的示数控制气相引发条件，打开加热器[10]，加热使光敏引发剂池[8]中的光敏剂溶液[9]蒸发，同时打开紫外灯[1]，当体系受紫外光照射时，光敏剂蒸汽产生的自由基与溶剂蒸汽在氮气的带动下，经真空泵的抽吸作用输送到中空纤维膜[11]的内表面，经过设定的气相引发时间候完成膜内表面的下向流方向的气相引发。此后进行液相的接枝反应，首先进行动态法膜内表面的上向流的液相接枝，即调节四通阀[24]和三通阀[27]、[31]使膜组件[11]与光敏剂气化室[4]沿着四通阀门[24]至三通阀[27]、[28]至单体液槽[12]的上向流方向连通，同时调节三通阀[29]和[30]，使氮气由三通阀[29]接入并沿三通阀[29]至三通阀[30]方向通入膜组件。开启泵[18]使得单体溶液[13]沿上向流方向与膜内表面上已经存在的表面自由基发生接枝反应，最后通过三通阀[27]、[28]方向回流至单体液槽[12]。经过设定的液相接枝时间后，进行动态法膜内表面下向流方向的液相接枝，既调节调节四通阀[24]和三通阀[25]、[26]、[27]、[28]和[31]使得使膜组件[11]与光敏剂气化室[4]沿着四通阀[24]至三通阀[37]至三通阀[31]的下向流方向连通，并持续沿三通阀[29]至三通阀[30]方向的氮气通入膜组件，开启泵[18]使得单体溶液[13]沿下向流方向与膜内表面上已经存在的表面自由基发生接枝反应，经过设定的液相接枝时间候完成膜内表面的下向流方向的液相接枝。以上连续的四步操作即实现了动态法膜内表面的双向气相的引发和液相的接枝，保证了膜内表面的紫外光接枝的均匀性和一致性。
附图说明
图1动态法膜表面双向光接枝的装置简图
附图标记
紫外灯[1]，石英玻璃盖板[2]，挡板[3]，气化室[4]，节流阀门[5]，氮气通入管[6]，气化室出口[7]，光敏引发剂池[8]，光敏引发剂溶液[9]，加热设备[10]，中空纤维膜[11]，单体液糟[12]，单体溶液[13]，单体溶液回流口[14]，单体溶液出口[15]，氮气通入口[16]，氮气出口[17]，泵[18]，压力表[19]、[20]、[21]、[22]、[23]，三通阀[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]，四通阀[24]。