[发明专利]具有高连通孔结构的聚合物膜及其制备方法

说明书

一种具有高连通孔结构的聚合物膜及其制备方法，该制备方法包括：将经干燥除湿后的结晶或半结晶聚合物和添加剂、有机溶剂恒温搅拌至混合均匀后，恒温静置脱泡，形成均一铸膜液；将所得铸膜液刮制成平板膜或纺丝成中空纤维膜，并使平板膜在40‑80℃下恒温加热一段时间，或使中空纤维膜经一定长度的温度为40‑80℃的空气浴，以使溶剂不完全蒸发；将所得初生膜浸没于以水为主体的凝固浴中，浸泡一段时间后晾干。制得的该膜具有高度连通性的表面及断面结构，在膜过程中可提供更多传质通道，实现更高产水通量；且该膜没有明显的大孔层，具有更高的机械强度并保证更高的膜寿命，在膜制备与应用领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，涉及一种具有高连通孔结构的聚合物膜及其制备方法。

背景技术

近几十年来膜分离技术得到了快速的发展，膜分离作为一种高效的分离手段，在水处理、气体分离、生物医药、食品等行业实现了广泛的应用并取得了良好的社会、环境与经济效应。但对于膜过程而言，膜通量是分离过程的一个限制性因素。为进一步提高膜通量，目前主要采取的策略包括新型高通量膜制备、新型膜反应器设计与结构优化、膜污染防治与控制策略研究等，取得了一定的进展和成果。

膜是膜分离过程的核心，是传质与选择性截留的控制因素，因此通过新型膜的制备来实现膜过程效率的进一步提升是一种非常有效的手段。相比无机膜，聚合物膜在制备、膜结构优化等方面具有显著的优势，因此在膜分离领域得到了非常广泛的关注。

聚合物膜孔结构在传质过程中起着决定性的作用，表面膜孔结构决定膜截留性能以及膜抗污染性能，而内部孔结构则决定膜的渗透性能并与膜机械强度相关。一般而言，目前对于膜孔结构的评价主要通过测试孔隙率、孔尺寸及孔径分布并结合电镜图片来进行分析。但是孔隙率通常会传递一些不完整的信息，因为盲孔或连通性较差的孔实际上在传质过程中并不能提供有效的传质通道。而高度连通的孔结构在膜过程中可以提供有效的通道，以保障膜传质过程。因此，为在保障膜截留性能的前提下实现膜渗透传质性能的提高，具有连通性膜孔结构的构筑是非常行之有效的手段。

目前相转化法是聚合物膜制备的一种重要方法，其成膜过程受多种因素的影响。特别是对于结晶或半结晶聚合物而言，固液相转化和液液相转化同时出现于相转化过程，其竞争过程最终决定膜形貌与结构。通过相转化的途径和速率的调整可以实现膜形貌和结构的优化，进而制备具有理想性能的膜。目前而言，通过制膜体系的调整如溶剂的选择和添加剂/混合添加剂的投加；环境条件的调整如湿度和温度的控制；凝固浴组成和温度的优化等方式可以实现成膜过程中相转化过程的控制。一般而言，快速相转化一般形成具有表面层、大孔层和海绵层的非对称孔结构，同时由于固化速率快，膜孔连通性较差。而针对结晶/半结晶聚合物而言，慢的相转化速率有利于聚合物结晶分相，形成晶粒累积状孔结构，但是膜机械性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有高连通性孔结构的聚合物膜及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一方面，提供一种具有高连通性孔结构的聚合物膜的制备方法，该制备方法为两步相转化法，包含如下步骤：

1)将经干燥除湿后的结晶或半结晶聚合物和添加剂、有机溶剂在25-70℃下恒温搅拌至混合均匀后，再在该温度范围下恒温静置脱泡，形成均一的铸膜液，按重量百分比计，所述的铸膜液的组成成分为：聚合物8-25％、添加剂0-10％、有机溶剂70-92％；

2)将步骤1)中的铸膜液刮制成平板膜或纺丝成中空纤维膜，并使平板膜在40-80℃下恒温加热一段时间，或使中空纤维膜通过一定距离的温度为40-80℃的空气浴以使溶剂蒸发实现部分相转化；

3)将步骤2)中经蒸发后的初生膜浸没于以水为主体的凝固浴中，浸泡一段时间后晾干得到所述聚合物膜。