[发明专利]纤维粉体改性聚合物微孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子分离微孔膜及其制备方法，特别涉及一种性能改良的纤维粉体/聚合物共混微孔膜的制备方法。

背景技术

膜分离过程作为一门新型的高分离、浓缩及净化技术，在近20年发展迅速，已在各工业领域和科学研究中得到广泛的应用，它已成为工业上气体分离、水溶液分离、化学产品和生化产品的分离与纯化的重要过程。分离膜是膜分离技术的起点和核心，也是膜分离技术研究和发展的方向和重点。分离膜材料多为聚合物，主要有聚酰胺类、纤维素、聚烯烃、聚砜类、聚偏氟乙烯及其含氟共聚物、聚酯、丙烯酸共聚物等，由这些聚合物制备的微孔膜在液体的微滤、超滤、纳滤和反渗透处理膜过程中，在气体分离与净化过程以及其他衍生膜分离过程中占有主导地位。

目前的聚合物膜的制备方法有相转化法(浸没沉淀法、热致相分离法等)、熔融拉伸法、核径迹蚀刻法。其中浸没沉淀相转化法制备工艺简单，并且具有更多的工艺可变性，能够根据膜的应用更好的调节膜的结构和性能，于是成为制备聚合物微孔膜的主要方法。浸没沉淀法的基本原理是向聚合物-良性溶剂体系的溶液中加入非溶剂时，聚合物将凝胶固化，以固体形式沉析出来；其过程一般是将聚合物溶液先流延于增强材料上(平板膜)或从喷丝口挤出(中空纤维膜)，然后浸入凝固浴(非溶剂)中，发生聚合物溶液内溶剂将向凝固浴中扩散、凝固浴中的非溶剂也将向聚合物溶液内扩散的双扩散过程，随着这个过程的不断进行，体系发生热力学液-液分相，聚合物沉析固化形成不同结构形态和性能的膜。

采用浸没沉淀法制备的聚合物微孔膜虽然有制备成本低、工艺可控性强的优点，但是这类聚合物微孔膜存在强度低、表面性能难控制的问题。如对于在生化制药、食品饮料和水体净化等水相体系中的应用，要求聚合物微孔膜具有良好的亲水性，然而聚合物微孔膜一般亲水性差，使得聚合物微孔膜在使用过程中容易污染、易断裂破损，使用寿命短，这极大地限制了微孔膜的应用范围；又如，对于膜蒸馏过程，却要求聚合物微孔膜要具有良好的疏水性。又如，对于医用膜材料，要求膜表面具有优良的生物相容性。因此，为了聚合物微孔膜具有更广泛的应用范围和更长的使用寿命，对聚合物进行强度和亲水性改性具有重要的实际意义，这已称为研究热点之一。

目前，对于聚合物性微孔膜改性的方法可分为两类：一类是对聚合物的本体改性，即通过物理共混或化学共聚的方法，改变材料本体的性质而达到改性微孔膜的目的；另一类是对聚合物微孔膜的表面改性，即在不改变材料本体性质的同时，改善微孔膜表面的亲水性、粘接性、生物相容性等，这类改性方法包括表面涂覆、表面化学处理及各类表面接枝反应等。这些改性方法中中，物理共混相对来说是一种最简单的改性方法，目前共混改性的主要是选择另外一种性能互补的聚合物来与本体聚合物进行共混，如对于聚偏氟乙烯微孔膜，要改善的他的亲水性，一般选择亲水性能良好的PMMA、SPSf、PV等与之进行共溶涂膜。无机纳米颗粒共混的改性方法也逐渐受到重视，主要是无机纳米粒子的加入一方面提高膜的机械性能，另一方面改善膜的亲水性，但是无机纳米粒子容易发生团聚。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺过程简单、低生产成本、性能优良的聚合物微孔膜的制备方法。其技术解决方案为：纤维粉体的表面清洗→纤维粉体的表面刻蚀→制膜液的配制→相转化法刮膜→膜的后处理。就是将不同性质的纤维粉体添加到制膜液中，采用浸没沉淀相转化法制备纤维粉体/聚合物共混微孔膜。纤维粉体的存在对制膜液的热力学性质以及在成膜过程中的动力学各组分相互扩散传质速度有一定的影响，即对膜形成过程中的微观相分离行为有影响，最终对膜的微观结构形态有一定的影响。但是对聚合物微孔膜的宏观性能影响较大，尤其是膜的强度、亲疏水性能及其水通量和截留率。本发明的特点就是，纤维具有品种多、强度高、来源充足、价格低的优势，根据对所制备膜的亲水疏水要求，选择吸水率高低不同的聚合物纤维作为制膜材料。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下优点：

1)制备工艺过程简单、成熟，很容易实现；

2)膜的亲疏水性能可以通过加入的纤维粉体的亲疏水性得到调控，铸膜液加入亲水性良好的纤维粉体时，制备的微孔膜的表面亲水性能将提高，反之，如果选用疏水性的纤维粉体，所制备的膜的亲水性得不到改善，依然表现出本体聚合物的亲疏水性能；

3)纤维粉体的加入增加了膜的空间联系，膜在受力时，这些纤维粉体起到物理交联点的作用，使得聚合物微孔膜的强度大大提高，延长了膜的使用寿命；

4)纤维粉体的加入使得聚合物微孔膜的膜通量大大增加；