[发明专利]一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法及装置

说明书

本发明公开了一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法及装置，所述方法包括以下步骤：1)凝胶的制备；2)将充分溶胀后的凝胶放到与凝胶不互溶的溶液中；3)制备铺展溶液，并将铺展溶液连续滴加到凝胶表面进行界面成膜反应，待反应完成后，即在凝胶表面得到功能性高分子膜；4)将反应后得到的功能性高分子膜根据铺展溶液的连续滴加速度及时转移出反应体系或转移到任意固体表面备用。本发明在制备功能性高分子膜方面具有简单高效、可控性强、能连续制备的特点，便于大规模生产。

技术领域

本发明属于高分子膜的制备技术领域，具体地，本发明主要涉及一种大面积连续制备功能性高分子膜及具有2D纳米片取向排列的高分子膜的方法及装置。

背景技术

随着工业和科技的发展，聚合物薄膜已经从最初的包装膜发展成为具有功能性的高分子膜。这些功能性的高分子膜在气体分离、海水淡化、污废处理、人工脏器制造等领域得到了广泛的应用。目前，聚合物薄膜的制备方法主要包括：流延法、吹胀法和拉伸法。但是这些制备方法通常存在高能耗的问题。实验室中制备功能性的聚合物薄膜的方法主要有涂覆法和界面聚合法。虽然这些方法能够实现一定条件下功能性聚合物薄膜的制备，但是目前还没有一种低能耗、简单高效的制备方法实现功能性的聚合物薄膜的连续化生产。

随着科学技术的快速发展，传统的聚合物薄膜功能单一、导电性差、热稳定性差等因素限制了膜工业的进一步应用及发展。而以聚合物为连续相，纳米材料为分散相的复合高分子复合膜由于优异的光学、电学、磁学、力学等性能受到了科学家的广泛关注。值得注意的是，纳米材料在聚合物中含量、分布及取向等极大地影响着复合薄膜的性能。目前已经发展了多种方法实现纳米材料在复合薄膜中的取向排列。例如LBL(layer-by-layer)组装的方法可以有效的控制纳米颗粒以及纳米片的分布及取向排列；真空抽滤可以实现二维纳米材料的取向排列；利用强磁场也可以实现纳米纤维和纳米片的取向排列。虽然这些方法都能在一定程度上实现纳米材料的取向排列，但是这些方法通常存在操作工艺复杂、耗时、需要特殊设备、无法连续制备等问题。

液体的铺展无论是在基本的浸润性问题研究方面还是在实际工业生产中都具有极其重要的作用。例如，喷墨打印、涂覆、微流体和液体运输等方面。为了实现液体在固体表面的完全铺展，通常采用增加固体表面的表面张力、降低目标液体的表面张力或者施加外力的方法来克服三相接触线处的钉扎效应，促进液体的铺展。但是使用这些方法有一定的局限性，要么得到的铺展液膜不均匀，要么得到的液膜被表面活性剂污染，而且在空气中随着溶剂的挥发，增加了铺展液膜的不稳定性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，该方法能够实现高分子薄膜的简单高效、连续制备，而且能够实现复合高分子膜中2D纳米片的取向排列。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，所述方法包括以下步骤：

1)凝胶的制备：

制备凝胶，并将所制备的凝胶在与其属性相匹配的溶液中进行充分溶胀；所述与其属性相匹配的溶液指的是，当凝胶为油凝胶时，与其属性相匹配的溶液为有机溶液；当凝胶为水凝胶时，与其属性相匹配的溶液为水或含界面成膜反应所需反应组分的水溶液；

2)将充分溶胀后的凝胶放到与凝胶不互溶的溶液中；

3)制备铺展溶液，并将铺展溶液连续滴加到凝胶表面进行界面成膜反应，待反应完成后，即在凝胶表面得到功能性高分子膜；

4)将反应后得到的功能性高分子膜根据铺展溶液的连续滴加速度及时转移出反应体系或转移到任意固体表面备用。

优选地，所述油凝胶为聚(甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸月桂酯)，与其属性相匹配的溶液为三氯甲烷。

优选地，所述水凝胶为聚丙烯酰胺。