[发明专利]一种高强度聚合物膜、制备方法和稀释剂的应用

说明书

本发明涉及一种高强度聚合物膜、制备方法和一种稀释剂的新应用，采用热致相分离法，同时采用毒性较低且含有碳碳双键的稀释剂，在聚合物加工成型过程中作为增塑剂，并与聚合物发生熔融接枝反应，少量稀释剂接枝到聚合物链中，使制得聚合物多孔膜具有很高的强度和柔韧性。因此所制得的平板膜或者中空纤维膜具有较高的机械性能，其拉伸强度可达到10MPa，纯水通量1000L/(m²×h)以上。

技术领域

本发明主要涉及聚偏氟乙烯多孔膜的制备技术，特别是采用热致相分离法制备聚偏氟乙烯高强度多孔膜的方法。

背景技术

随着当前世界经济的迅速发展，水资源短缺和水环境污染已成为制约我国国民经济可持续发展和人民生活水平提高的重要因素。将污水收集处理再资源化利用是缓解水状况的最有效最经济的途径。以膜作为核心组件的分离技术在海水淡化、工业废水处理、生活污水处理等水处理领域具有广泛的应用，其中包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等。

聚偏氟乙烯（PVDF）为一种白色粉末半结晶性聚合物，熔点为172℃，热变形温度112℃~145℃，长期使用温度为-40℃~150℃，聚偏氟乙烯具有优异的力学强度、强疏水性、化学稳定性、耐辐射性、耐热性等特点，在极端环境中仍然具有很高的抗褪色性与抗紫外线性能，在面对恶劣的水环境条件下能有很好的抗性，因此逐渐被广泛应用于水处理领域。

分离膜的制备方法一般是由膜材料的性质和所需的膜结构性能共同决定的。例如有机材料和无机材料作为膜材料时，由于他们的性能相差悬殊，所制备出来的膜在结构和性能上存在巨大的差异，因此采用制膜方法有很大的不同，所采用的制膜方法也有差别，目前聚偏氟乙烯膜的制备方法主要有以下几种。

浸没沉淀法又称非溶剂致相分离法（NIPS），是目前制膜方法中应用较多的，NIPS法可以简单归纳为以下几个步骤：首先称取一定量的聚合物和溶剂搅拌成均匀的铸膜液，再将铸膜液刮涂在支撑板上或者通过喷丝头喷出，然后将铸膜液浸入非溶剂中，使铸膜液中的溶剂与凝固浴中的非溶剂发生相互扩散，体系发生相分离形成多孔平板膜或者中空纤维膜。NIPS法的影响因素很多，主要有铸膜液组成，凝固浴组成，空气停留时间等，且得到的膜结构种类也很多，像双连续结构、海绵状结构、树枝状结构、指状孔等，尤其是指状孔，会大大降低膜的机械性能和分离性能。

热致相分离法（TIPS）是由温度诱导铸膜液体系发生相分离的，该法是将聚合物与某些高沸点、低分子量的化合物混合，在高温下搅拌，使混合物互相溶解以形成均相铸膜液，然后把铸膜液通过模具形成不同的形状，并浸入冷却浴中，再降低温度，使铸膜液发生固-液或液-液相分离，然后用溶剂萃取等方法将稀释剂脱除后形成多孔膜，其中膜孔是稀释剂被除去后由其原先占有的位置形成的。影响TIPS法制备的聚合物膜性能的因素主要有聚合物浓度，冷却速度以及聚合物与稀释剂之间相互作用力，并且TIPS法是通过控制铸膜液体系的热量交换发生相分离，与NIPS法控制溶剂与非溶剂之间物质交换发生相分离相比，热量交换更加迅速，从而可以精确控制膜的形态结构。

通过TIPS法制备的聚合物多孔膜主要优点在于：第一，扩大了稀释剂的选择范围。一些稀释剂由于和高分子聚合物作用比较小，从而溶解性差，在常温或者较低温时不能溶解，无法采用NIPS法制备。但是，当加热到一定温度，聚合物/稀释剂体系就会形成均相溶液，降温后发生相分离，经萃取稀释剂后即可制得多孔膜。第二，膜结构的可控性提高。TIPS法制膜影响因素比较少，通过控制聚合物含量、稀释剂、凝固浴种类或降温速率，可以制取不同种类的膜（微滤膜，超滤膜），膜结构形貌也可以实现多样性（双连续网状，球状结晶，海绵状等）。第三，膜结构比较完整。通过TIPS法制备的多孔膜结构比较完整，膜结构中没有指状孔较少，孔径分布均匀且机械性能良好。