[发明专利]一种支撑层表面接枝交联剂的硅橡胶复合膜以及制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种支撑层表面接枝交联剂的硅橡胶复合膜以及制备方法和用途，所述硅橡胶复合膜包括分离层和支撑层，所述分离层为聚二甲基硅氧烷膜，所述支撑层为表面接枝交联剂聚甲基氢基硅氧烷的超滤膜，分离层和支撑层之间存在硅氢化交联反应。本发明利用交联剂聚甲基氢基硅氧烷含有大量活性硅氢键的特点，将该交联剂接枝到超滤膜支撑层表面，交联剂链段上未反应的活性硅氢键参与到PDMS分离层的交联反应中，从而通过共价键将PDMS分离层和超滤膜支撑层连接起来，进而获得界面非常稳定的硅橡胶复合膜。所述复合膜浸泡在有机溶剂中依然能够保持完整的结构；用于渗透汽化过程中具有较好的分离选择性和较高的通量。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，涉及一种硅橡胶复合膜以及制备方法和用途，尤其涉及一种支撑层表面接枝交联剂的硅橡胶复合膜以及制备方法和用途。

背景技术

渗透汽化是一种新型高效的膜分离技术，它利用混合物中各组分在膜中溶解扩散的差异实现物质的分离。在有机溶剂脱水、水中微量有机物回收以及恒沸物分离等方面显示出了明显的技术和经济优势。近年来，受“生物乙醇”和环境问题的影响，疏水渗透汽化膜得到了越来越多的关注。其中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)以其较高的疏水性、较大的自由体积、较好的热化学稳定性以及成膜性成为目前应用最为广泛的疏水高分子膜材料。但是，PDMS的均质膜通量很低，为满足工业需求，商业化的PDMS膜多为复合膜结构。涂覆法是目前最常用的复合膜制备技术，该方法直接将PDMS铸膜液涂覆在多孔支撑层上，具有操作简单、易于工业化、且能够对分离层和支撑层分别进行优化等优点。

常用于复合膜制备的支撑层有聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯(PE)超滤膜等。由于PDMS表面能低，大多数聚合物支撑层与其表面涂覆的PDMS层的粘合性较差。另外，PDMS对有机物的亲和性强，容易被有机溶剂溶胀，而支撑层不易被有机溶剂溶胀。两者溶胀性能的差异在界面处产生较大的剪切应力，导致PDMS层容易与支撑层分离，复合膜的结构被破坏，膜的运行稳定性降低。因此，需要研发一种新的界面粘附性强的硅橡胶复合膜来克服实际运行过程中可能出现的PDMS层剥落现象。

通过对支撑层或者分离层改性可以有效的提高硅橡胶复合膜的界面粘附性。CN104772044A公开了一种改性支撑层以提高硅橡胶复合膜界面粘附性的方法，将陶瓷支撑层浸泡于硅烷偶联剂中，高温下交联得到硅烷改性支撑层，然后将PDMS铸膜液涂覆在硅烷改性支撑层上得到复合膜。CN103285751A和C Chang等人(Performance enhancement ofsilicone/PVDF composite membranes for pervaporation by reducing cross-linkingdensity of the active silicone layer.C Chang,et al.Desalination,192(2006):241-245.)则通过在PVDF支撑层上等离子体聚合一层硅橡胶层来提高硅橡胶复合膜的界面稳定性。

上述两种方法都是利用支撑层上的硅橡胶或者硅橡胶类似物与PDMS层有较好的相容性来提高复合膜的界面粘附性。H Wu等人(Enhancing the interfacial stabilityand solvent-resistant property of PDMS/PES composite membrane by introducinga bifunctional aminosilane.H Wu,et al.Journal of Membrane Science,337(2009):61-69.)以氨丙基三甲氧基硅烷为交联剂制备PDMS分离层，利用分离层中的氨基与支撑层PES上砜基的氢键作用来提高复合膜的界面粘附性。然而，界面聚合物的相容性或者氢键作用都是较弱的作用力，利用这些作用力提高复合膜的界面粘附性有一定的限度，在渗透汽化分离有机混合物时，PDMS分离层被高度溶胀很容易与支撑层分离。