[发明专利]一种超薄聚合物分离膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子分离膜技术领域，具体涉及一种利用静电喷涂技术制备超薄聚合物分离膜的方法。

背景技术

与传统分离技术相比，膜分离技术由于其具有分离效率高、能耗低、过程简单、操作方便及便于与其他技术集成等优点，引起了世界各国的高度重视。近年来，膜分离技术已广泛而有效的应用于石油化工、制药、生化、环境、能源、电子、冶金、航天、海水及苦咸水淡化等领域，形成了独立的高新技术产业。

现有的分离膜结构主要为复合膜结构，即复合膜由微孔基膜和致密分离皮层构成。其中，基膜主要起支撑作用，而分离皮层对复合膜的分离性能及效率起决定性作用，所以，如何制备具有优良分离性能及分离效率的分离皮层，是得到高性能的复合膜关键。现有的制备分离皮层的方法有涂敷法、界面聚合法、原位聚合法和等离子体聚合法等方法。

其中使用较多的有涂敷法和界面聚合法，其中涂敷法将铸膜液直接刮涂到基膜上或把基膜浸入到含有聚合物、预聚物或单体的涂膜液中，再借外力将铸膜液轻轻压入基膜的大孔中，然后用相转换法成膜。该方法的关键是选择和基膜相匹配的涂膜液，并调节工艺条件以形成纳米级孔径。虽然涂敷是一种简单易行的制备功能分离皮层的方法，但用涂敷法对表层厚度的控制比较难以实现，而较厚的功能分离皮层则会降低分离效率。而界面聚合法是利用两种反应活性很高的单体或预聚物在两个互不相容的两相界面处发生聚合反应，从而在多孔支撑体上形成一薄层。一般操作方法是将支撑体（通常是微滤或超滤膜）浸入水溶液中，该水溶液中含有活泼单体或预聚物（最常用的是胺类），然后将此膜浸入含有另一种活泼单体（通常是酰氯）的与水不溶的溶剂中，则两种活泼单体（即胺和酰氯）会互相反应，形成致密的聚合物皮层。通常还需要进行热处理，使界面反应完全，并使水溶性单体或预聚物交联。界面聚合法的优点是反应具有自抑制性，可以制成极薄的膜，但是界面聚合法对材料的可选择性范围较小，仅能形成聚酰胺材料的分离皮层。

发明内容

本发明的目的和任务是要突破现有技术中的局限，可以制备得到既可以广泛选择聚合物材料，又可以对厚度进行控制的超薄聚合物分离膜。

本发明的构思是利用静电喷涂技术，将聚合物溶液均匀喷涂在收集装置表面，得到超薄聚合物涂层，并通过一定的物理、化学或两者结合的方法对其结构进行控制，得到超薄聚合物分离膜，并且满足其进行膜分离的参数要求。

本发明提供的一种超薄聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：

第一步，均一、稳定的聚合物溶液的配制

在将一定的聚合物溶解于溶剂中，在常温下静置脱泡，得到均一、稳定的聚合物溶液，质量百分比浓度范围0.01-10%；

第二步，超薄聚合物涂层的制备

将上述聚合物溶液置于静电喷涂装置中，进行静电喷涂，得到超薄聚合物涂层的厚度为0.05-50μm；静电喷涂的过程在温度10℃-50℃下进行；

第三步，超薄聚合物分离膜的制备

将制备好的超薄聚合物涂层，直接利用其进行分离使用；或者通过物理或化学手段或二者相结合的方法对结构进行控制，制备得到具有分离性能的超薄聚合物分离膜。

聚合物溶液中的聚合物材料采用纤维素衍生类、乙烯类聚合物、含硅聚合物和甲壳素类高分子膜材料的一种或几种，聚合物溶液中的溶剂采用单一溶剂或复合溶剂。

超薄聚合物涂层在不同的无孔材料表面单独制备或者在具有过滤作用的支撑基膜上制备形成复合分离膜。

该超薄聚合物分离膜用于制药、环境、能源、轻工或海水（苦咸水）淡化等领域。

该方法同时具备涂敷法和界面聚合法的优点，既可以精确控制分离膜的厚度，又可以选取不同的聚合物材料。

附图说明

下面结合附图对本发明的细节做进一步的说明：

图1是采用本发明制得的超薄聚合物分离膜的表面形貌图

图中的照片是在以铝箔作为收集装置，制备得到超薄聚合物分离膜，用Hitach S4700扫描电子显微镜放大5000倍，观察到的超薄聚合物分离膜表面形貌图。

图中还显示，超薄聚合物分离膜是光滑的、均匀的。

图2是采用常规涂敷法和静电喷涂法得到的聚合物分离膜的广角X射线衍射图

图中数据表明，相较于常规涂敷法，静电喷涂法制备的聚合物涂层具有更高的无定形结构，从而可以增大聚合物分离膜的分离性能和分离效率。

图3是采用本发明制得的聚合物分复合膜微观形貌图