[发明专利]一种聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合膜制备的技术领域，涉及一种对聚偏氟乙烯介孔膜的制备方法。

背景技术

聚偏氟乙烯（PVDF）是一种应用广泛的高分子分离膜材料，与聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等相比，具有化学稳定性好、机械强度高、耐酸碱等特点。聚偏氟乙烯（PVDF）膜制备方便，成本低廉，在一定温度和受压下仍能保持良好的强度，具有较好的抗紫外线和耐气候老化性，其薄膜在室外放置一、二十年也不变脆龟裂。另外，在室温下不被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，脂肪烃、醇、醛等有机溶剂对它也无影响。这些优势使得聚偏氟乙烯（PVDF）膜在化工、冶金、医药、纺织以及食品等领域得到了广泛的应用，但是，聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面能极低，可润湿性极差，疏水性极强，分离时需要较大的驱动力，能耗大，通量小。此外，利用聚偏氟乙烯（PVDF）膜处理蛋白质或活性生物体溶液时，极易出现吸附污染，缩短了膜的使用寿命，增加了分离成本。

为了解决聚偏氟乙烯（PVDF）膜亲水性差，抗污染能力弱等缺点，国内外研究人员对聚偏氟乙烯（PVDF）膜改性做了大量研究，其中改性方法主要分为膜本体的改性和膜表面改性。膜本体改性包括物理改性和化学改性。物理改性一般将膜材料与亲水性的高分子材料或者小分子无机颗粒共混，制成铸膜液；化学改性是使用化学方法，如共聚、接枝，赋予膜材料某种功能基团，从而达到改性。膜表面改性也包括物理改性和化学改性。物理改性主要是通过氢键、交联等作用方式在膜表面引入一层超薄的亲水皮层，但是亲水皮层较易脱落，改性效果持久性差。化学改性一般包括表面磺化与化学改性、紫外辐照改性、γ射线辐照接枝聚合改性、等离子体表面聚合改性等。

目前，有机无机共混是解决上述问题比较有效的方法，且制作工艺简单、操作方便、成本适中。其中，微米或纳米级的氧化铝（Al₂O₃）、二氧化钛（TiO₂）、氧化锆（ZrO₂）和氧化硅（SiO₂）都是较常用的无机材料。专利CN 102240510 A《一种超亲水聚偏氟乙烯膜的制备方法》采用共混和相转化成膜的方法将活性基团引入到膜材料中，然后将膜材料浸入含有氨基硅烷的溶液中进行反应改性，形成具有一定亲水组分和纳米结构的有机无机杂化膜表面，该方法虽然工艺简单，超亲水性能稳定，但是改性的效率并不高且局限于膜表面的改性。中国专利CN 101319081 A《一种亲水性PVDF材料及其制备方法》将不同配比的原料在熔融状态下进行共混，选择高岭土作为无机材料，此方法制备的聚偏氟乙烯（PVDF）膜可使水接触角降低至70度左右，大大提高了亲水性，但是，高岭土的孔径不均一，也不可调，在污染物的处理应用中具有一定的局限性。中国专利CN 1724586 A《纳米氧化铝改性聚偏氟乙烯膜及其制备方法和应用》通过有机无机共混的方法得到铸膜液，并采用沉浸凝胶相转化法（L-S相转化法）制成膜，该方法可以增强膜的亲水性，提高膜的强度并延长其寿命，但是此方法对无机颗粒要求较高，而且氧化铝作为碱性物质，在现有技术中，大量的使用将弊大于利。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种聚偏氟乙烯复合介孔膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明将介孔二氧化硅（SBA-15）与聚偏氟乙烯（PVDF）共混，制备具有高亲水能力和水通量的聚偏氟乙烯复合膜。与其他无机材料相比，介孔二氧化硅（SBA-15）比表面大，孔道直径大且分布均一，有利于物质在孔道内的运输，另外，介孔二氧化硅（SBA-15）孔径可调变，壁厚且水热稳定性很高。这些特点使得聚偏氟乙烯复合膜在水处理中具有良好的应用前景。

一种聚偏氟乙烯复合膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将聚偏氟乙烯（PVDF）粉末溶解于有机溶剂中，并加入致孔剂中，搅拌均匀制成聚偏氟乙烯铸膜液；

（2）将SBA-15加入至步骤（1）制得的聚偏氟乙烯铸膜液得到混合液，加热并机械搅拌混合液，制成聚偏氟乙烯-二氧化硅铸膜液（PVDF-SBA-15铸膜液）；

（3）用封口膜将步骤（2）制得的聚偏氟乙烯-二氧化硅铸膜液密封，静置脱泡；

（4）用自动涂膜机将步骤（3）制得的聚偏氟乙烯-二氧化硅铸膜液在玻璃基材上涂膜，并浸于凝固液，得到聚偏氟乙烯-二氧化硅复合膜（PVDF-SBA-15复合膜）。

所述的步骤（1）中的聚偏氟乙烯粉末，在使用之前需置于105℃烘箱烘烤4h。