一种用于制备可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制备可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的方法。更具体地，本发明专利技术采用接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与微米级单分散聚苯乙烯微球在水中共沉淀组装的方法形成规则排列的复合粒子膜，然后用有机溶剂浸泡而除去该复合粒子膜中的聚苯乙烯微球，即得到本发明专利技术的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜。本发明专利技术的方法简单，且溶剂用量少，并且由于聚四氟乙烯优异的化学和热稳定性，本发明专利技术获得的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜可以广泛应用于催化、药物负载、光电器件和传感器等领域。而且，通过本发明专利技术方法获得的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜可以通过超声处理而被回收和再利用，由此可以大大节约能耗，对环境相对友好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的方法
本专利技术涉及高分子材料合成领域，更具体地，涉及一种可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的制备方法。
技术介绍
反蛋白石结构材料是一种具有三维有序大孔(3DOM)结构的新型材料，由于其孔洞结构规则、比表面积和孔隙率较大，因此在催化、药物负载、光电器件和传感器等领域均有广泛应用(A.Steinetal.，ChemicalSocietyReviews2013，42，2763，M.L.Hoaetal.，AdvancesinColloidandInterfaceScience2006，121，9.)。近年来很多研究表明，3DOM材料还可作为合成尺寸均一的有机或无机微球的模板材料，因为其中每个规则孔洞均可作为合成微球的微反应器(PJiangetal.，Science2001，291，453.)。但由于合成条件的限制，目前一般采用碳(W.C.Yoo，etal.，JournaloftheAmericanChemicalSociety，2009，131，12377.)、二氧化硅(X.Zhang，etal.，Polymer，2008，49，5446；Q.Wu，etal.，ChineseJournalofChemistry，2005，23，689.)等作为3DOM模板的骨架材料，因为这些材料不易被溶剂溶解且化学惰性较好。但这也带来一个问题，即这些3DOM模板一旦形成即无法回收利用，在其中合成的微球材料要么留在其中，要么破坏模板进行分离收集，比如二氧化硅通常采用氢氟酸溶解的方法来除去(Z.Zhouetal.，JournalofMaterialsChemistry2005，15，2569.)，碳材料一般采用高温灼烧的方法除去(W.C.Yoo，etal.，JournaloftheAmericanChemicalSociety2009，131，12377)。这些方法中，氢氟酸具有强腐蚀性，而大量使用溶剂或高温灼烧后产生的废气，都会对环境产生危害并增加生产的成本，对工业化生产尤为不利。如采用聚合物做3DOM材料的骨架，则相对于上述无机骨架材料容易进行后处理。但通常的聚合物材料一般难以承受苛刻的使用环境(如高温，化学溶剂等)。聚四氟乙烯(PTFE)由于其特定的分子结构，使得它的化学惰性、耐热和耐溶剂性能是所有聚合物中最好的。它几乎不被任何溶剂溶解，且耐热温度高达250℃以上。因而PTFE非常适合用作3DOM模板的骨架材料。但是由于其特殊的聚合方式和优良的化学惰性和耐溶剂性能，迄今为止，还未有合成3DOMPTFE材料的报道。与此同时，国内外的一些研究表明，两种尺寸相差较大的粒子可以通过共沉积，或者大粒子先组装后再填充小粒子的方法，形成规则排列的有序结构(P.Tessieretal.，AdvancedMaterials，2001，13，396，R.G.Shimminetal.，ChemistryofMaterials，2007，19，2102.)。专利技术人在前期研究中，将亚微米级的PTFE粒子与微米级的单分散聚苯乙烯微球从水中共沉淀形成复合粒子膜，将此复合粒子膜加热至400℃进行适当时间的热处理，首次得到了3DOMPTFE膜(Y.Wangetal.，Langmuir，2014，30，10804.)。遗憾的是，用此法合成的3DOMPTFE膜无法回收利用。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的制备方法。为此，本专利技术提供一种用于制备可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的方法，所述方法包括：将接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与微米级单分散聚苯乙烯微球分散在酸性水溶液中以形成分散液体系；将所获得的分散液体系烘干成膜以获得复合粒子膜，其中在所述烘干成膜的过程中，所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与所述微米级单分散聚苯乙烯微球通过沉淀白组装而形成所述复合粒子膜；将所获得的复合粒子膜用非极性有机溶剂浸泡以除去所述复合粒子膜中的聚苯乙烯微球，从而得到所述可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜。在一个优选实施方案中，所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒是通过将聚四氟乙烯乳液加入丙烯酸水溶液中，在阻聚剂存在下经由γ射线辐照引发所述丙烯酸在所述聚四氟乙烯乳胶粒上的接枝聚合反应而制得。在一个优选实施方案中，使用的丙烯酸水溶液中丙烯酸的含量为2～40wt％。在一个优选实施方案中，使用的阻聚剂是铜盐或亚铁盐，优选地，在接枝反应体系中Cu2+或Fe2+浓度控制在1～30mM。在一个优选实施方案中，使用的聚四氟乙烯乳液的固含量可为5～60wt％，并且所述聚四氟乙烯乳胶粒的直径小于500nm。在一个优选实施方案中，所述单分散聚苯乙烯微球的平均直径为1.5～5μm，并且质量为所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒的2～5倍。在一个优选实施方案中，所述酸性水溶液的pH为2～6，并且所述烘干成膜的温度为40～70℃。在一个优选实施方案中，将所获得的可回收反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜浸入极性溶剂中进行超声处理后，即可解体分散成所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒，从而被回收和再利用。在一个优选实施方案中，所述极性溶剂是水或四氢呋喃。在一个优选实施方案中，所述非极性有机溶剂是苯、甲苯、二甲苯及其同系物、四氯化碳和液态直链烷烃等聚苯乙烯的良溶剂。本专利技术的方法相对于已有的无机或有机三维大孔膜的制备方法简单，且可以减少溶剂的用量，并且由于聚四氟乙烯优异的化学和热稳定性，本专利技术获得的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜可以广泛应用于催化、药物负载、光电器件和传感器等领域。而且，通过本专利技术方法获得的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜可以在水或其他极性溶剂(如四氢呋喃)中通过超声处理而解体成构成膜的接枝聚丙烯酸PTFE乳胶粒原料，可全部回收并再利用，由此可以大大节约原料与能耗，对环境相对友好。附图说明图1是SEM照片，其中图1(a)示出了根据本专利技术一个实施例合成的平均直径为约2μm的单分散聚苯乙烯(PS)微球；图1(b)示出了根据本专利技术一个实施例制备的聚丙烯酸接枝的聚四氟乙烯乳胶粒；图1(c)示出了根据本专利技术一个实施例制备的复合粒子膜。图2是根据本专利技术一个实施例制备的处于不同放大倍数((a)×1000，(b)×10000)的可回收的反蛋白石型三维大孔PTFE膜的SEM照片图3是根据本专利技术一个实施例获得的回收聚丙烯酸接枝的聚四氟乙烯乳胶粒。具体实施方式本专利技术提供一种制备具有反蛋白石结构的聚四氟乙烯多孔膜的方法，其中将接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与微米级单分散聚苯乙烯微球分散在酸性水溶液中以形成分散液体系；将所获得的分散液体系烘干成膜以获得复合粒子膜，其中在所述烘干成膜的过程中，所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与所述微米级单分散聚苯乙烯微球通过沉淀自组装而形成所述复合粒子膜；将所获得的复合粒子膜用非极性有机溶剂浸泡以除去所述复合粒子膜中的聚苯乙烯微球，从而得到所述可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜。用这种方法制备的聚四氟乙烯多孔膜只需在水或其他极性溶剂中经超声处理，即可解体分散成原料聚四氟乙烯乳胶粒子，从而进行回收再利用。本专利技术具有操作简单，低毒和环境友好的特点。在本专利技术的方法中，作为原料使用的接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的方法，所述方法包括：将接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与微米级单分散聚苯乙烯微球分散在酸性水溶液中以形成分散液体系；将所获得的分散液体系烘干成膜以获得复合粒子膜，其中在所述烘干成膜的过程中，所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与所述微米级单分散聚苯乙烯微球通过沉淀自组装而形成所述复合粒子膜；将所获得的复合粒子膜用非极性有机溶剂浸泡以除去所述复合粒子膜中的聚苯乙烯微球，从而得到所述可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜的方法，所述方法包括：将接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与微米级单分散聚苯乙烯微球分散在酸性水溶液中以形成分散液体系；将所获得的分散液体系烘干成膜以获得复合粒子膜，其中在所述烘干成膜的过程中，所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒与所述微米级单分散聚苯乙烯微球通过沉淀自组装而形成所述复合粒子膜；将所获得的复合粒子膜用非极性有机溶剂浸泡以除去所述复合粒子膜中的聚苯乙烯微球，从而得到所述可回收的反蛋白石型聚四氟乙烯多孔膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接枝聚丙烯酸的聚四氟乙烯乳胶粒是通过将聚四氟乙烯乳液加入丙烯酸水溶液中，在阻聚剂存在下经由γ射线辐照引发所述丙烯酸在所述聚四氟乙烯乳胶粒上的接枝聚合反应而制得。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用的丙烯酸水溶液中丙烯酸的含量为2～40wt％。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用的阻聚剂是铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛学武，王运龙，汪谟贞，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34