一种采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法技术

一种采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法，涉及采用离子液体为稀释剂，利用热致相分离法制备聚合物多孔膜的方法，其步骤如下：在耐高温容器中加入质量百分比为15～70 wt%的聚合物和质量百分比为85～30 wt%的离子液体作为稀释剂，搅拌加热升温并静置脱泡后或采用双螺杆挤出机混合后，制成聚合物均相铸膜液；将铸膜液刮涂成平板状或通过喷丝头纺制成中空纤维状，然后浸入冷却液中淬冷，固化成膜；将形成的膜浸入萃取剂中，将稀释剂离子液体萃取出来，晾干后即制得聚合物多孔膜。本发明专利技术的特点是采用离子液体作为稀释剂制备聚合物多孔膜，制备工艺简单，过程绿色环保，制得的聚合物膜通量大，强度高，机械性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利属于高分子材料、有机膜制备领域，涉及一种采用环保稀释剂，使用热致相分离法制备聚合物膜的方法。
技术介绍
随着人们对环境污染和节能减排的目益关注，如何在经济发展和生产过程中尽可能减少污染物排放，做到可持续发展，已经成为了21世纪的技术发展重点之一。与先污染后治理或单纯对废弃物做无害化处理的传统生产方式不同，20世纪90年代兴起的绿色化学和绿色生产的理念提出了旨在从根本上减少甚至杜绝化学污染源的生产方式，使在生产过程中既能充分利用资源，又能防止污染环境。膜分离技术以其节能、高效、设备简单、操作方便、无污染等优点而倍受关注，并已成为替代传统分离方法的有效技术。膜材料的研制是膜分离技术中关键的因素，因此大力加强膜材料的研究与膜制备方法的开发具有十分重要的意义。常见的聚合物膜的材料包括有：偏氟乙烯（PVDF）均聚物或者偏氟乙烯与其他单体的共聚物、聚丙烯（PP)、醋酸纤维素(CA)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）等结晶或半结晶聚合物。其中，聚偏氟乙烯的化学结构以氟-碳化合键结合，这种具有短键性质的结构与氢离子形成稳定牢固的结合，因而聚偏氟乙烯材料具有特异的物理化学性能，不但有很强的耐磨性和抗冲击性能，而且在极端严酷与恶劣的环境中有很高的抗褪色性与抗紫外线性能。它兼具氟树脂和通用树脂的特性，是一种热塑性半结晶高聚物，是被公认的优异的膜材料。聚偏氟乙烯膜在近年来的膜分离技术中逐渐得到人们的重视，尤其是在污水净化处理和生化制药行业得到了很好的应用。聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，按甲基排列位置的不同分为等规聚丙烯（iPP）、无规聚丙烯（aPP）和间规聚丙烯（sPP）三种，也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。聚丙烯通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，具有优良的力学性能。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒。聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。聚丙烯分离膜具有良好的化学稳定性、耐有机溶剂和微生物侵蚀，而且孔隙率高，机械强度大，在污水处理中长期使用性能稳定、不易降解。醋酸纤维素是指在醋酸作为溶剂，醋酐作为乙酰化剂，在催化剂作用下进行酯化，而得到的一种热塑性树脂。是纤维素分子中羟基用醋酸酯化后得到的一种化学改性的天然高聚物。根据产品的不同可以分为二醋纺丝级醋酸纤维素、二醋塑料级醋酸纤维素、三醋酸纤维素。二醋纺丝级醋酸纤维素产品是国际公认并且至今未找到可替代材料的无毒、无害的产品，它最重要、最主要的用途是用作过滤器材，特别是用作医用过滤器材，如血液过滤器材等。醋酸纤维素有良好的成膜性，被作为膜材料广泛应用于各种膜的制备与分离研究，如反渗透膜、中空纤维膜、分子印迹膜等。其作为多孔膜材料，具有选择性高、透水量大、加工简单等特点。乙烯-三氟氯乙烯共聚物树脂是乙烯和三氟氯乙烯1:1的交替共聚物。其薄膜是目前氟聚合物膜中耐磨性最好、拉伸强度高、密度低的一种薄膜。具有优异的抗化学药物的性能,实际上几乎不受工业上一般常见的侵蚀性化学药物的侵蚀。能耐强的无机酸、氧化性酸、火碱、金属腐蚀剂、液态氧,特别是有机溶剂的侵蚀。从低温到330℃的性能良好，其强度、耐磨性、抗蠕变性大大高于聚四氟乙烯（PTEE）、氟乙烯丙烯共聚物（FEP）和可溶性聚四氟乙烯（PFA）。薄膜有极好的机械适应性能,其中包括耐磨性、拉伸强度以及抗割裂强度，在膜分离领域具有良好的应用前景。聚合物多孔膜制备方法主要有浸没沉淀法（NIPS）和热致相分离法（TIPS）等。浸没沉淀法又称为非溶剂诱导相分离法，是目前制备聚合物多孔膜的常用方法。NIPS法的步骤可以简单归纳为以下几点：首先将聚合物和溶剂混合搅拌，制备均相铸膜液，然后将铸膜液用刮刀或者喷丝头制成平板膜或中空纤维膜，将制成的膜置于凝固浴中，膜液中溶剂和凝胶浴（非溶剂)相互扩散，经过一段时间后，膜液体系固化，然后，采用萃取剂将溶剂萃取出来，晾干后即制成聚合物多孔膜。NIPS法的影响因素很多，主要有聚合物的种类、溶剂与非溶剂的种类、铸膜液的组成、凝胶浴的组成、聚合物的凝胶化和结晶化特性、液-液分相区的位置、膜液和凝胶浴的温度、蒸发时间等。因此通过浸没沉淀法制备的膜结构种类很多，像双连续网状、球粒结晶、海绵状孔、树枝状等。由于NIPS法影响因素比较多，在制膜过程中要求就比较严格，膜的重复性也比较差,膜孔径分布较宽，强度较低。TIPS法是20世纪90年代兴起的制备聚合物多孔膜的方法，主要通过聚合物与稀释剂高温相容、低温分相的原理，通过降温造成聚合物与稀释剂相分离，形成孔结构。TIPS法制备多孔膜的步骤如下：首先使聚合物和小分子量的稀释剂混合成为铸膜液，铸膜液通过模具形成平板、管式或者中空纤维膜。其次把成型后的膜放入冷却浴中发生相分离，稀释剂被萃取剂萃取。最后让萃取剂蒸发脱除，从而得到多孔膜。和其他制膜方法相比，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、凝胶浴种类或降温速率，可以制取不同种类的膜（微滤膜，超滤膜，纳滤膜），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制备的多孔膜结构比较完整，膜结构中大空腔较少，孔径分布均匀且强度高。TIPS法制备聚合物多孔膜，通常使用的稀释剂有邻苯二甲酸酯类如邻苯二甲酸二甲酯或邻苯二甲酸二辛酯等、环己酮、1,4一丁内酯等。但是，通常使用的溶剂大部分都是有毒的，甚至致癌。例如邻苯二甲酸二甲酯是一种被广泛应用的稀释剂，但它对环境是有害的，而且有较强的致癌性。N，N一二甲基乙酰胺系有毒易燃液体，挥发性较强，吸入有毒（毒性比二甲基甲酰胺强），研究表明，大鼠吸入一定量时，急性中毒表现为活动减少，四肢无力，侧卧，呼吸急促。严重时出现四肢震颤性抽动。皮肤染毒局部发红，并出现烧灼现象。尸检见肺明显淤血和灶性出血。肝细胞浊肿变性和大块坏死，并伴有灶性巨细胞及蓝染物质的浸润。还可见有睾丸病理损害。分解产物会被皮肤吸收，对眼、皮肤和粘膜有强刺激性，对中枢神经系统、肝功能有损害。欧美国家正在立法禁止采用这种苯环类稀释剂。因此在未来绿色化学化工发展中制膜用稀释剂的选择显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用离子液体制备聚合物多孔膜的方法，该方法绿色环保，为有机膜的制备提供了一种清洁生产新思路。一种采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法，包括如下步骤：第1步，将聚合物与稀释剂相混合，升温至第一温度下使聚合物溶解于稀释剂中，并混合均匀；所述的稀释剂中包括有离子液体；第2步，将第1步得到的混合物刮涂成平板状或通过喷丝头纺制成中空纤维状，浸入冷却液中淬冷至第二温度；第3步，再使用溶剂将第2步中得到的膜中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，将聚合物与稀释剂相混合，升温至第一温度下使聚合物溶解于稀释剂中，并混合均匀；所述的稀释剂中包括有离子液体；第2步，将第1步得到的混合物刮涂成平板状或通过喷丝头纺制成中空纤维状，浸入冷却液中淬冷至第二温度；第3步，再使用溶剂将第2步中得到的膜中将离子液体萃取出，干燥后即得聚合物膜；其中，聚合物在第一温度下在稀释剂中的溶解度大于在第二温度下的溶解度。

【技术特征摘要】
2016.03.25 CN 20161018000181.一种采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步，将聚合物与稀释剂相混合，升温至第一温度下使聚合物溶解于稀释剂中，并混合均匀；所述的稀释剂中包括有离子液体；第2步，将第1步得到的混合物刮涂成平板状或通过喷丝头纺制成中空纤维状，浸入冷却液中淬冷至第二温度；第3步，再使用溶剂将第2步中得到的膜中将离子液体萃取出，干燥后即得聚合物膜；其中，聚合物在第一温度下在稀释剂中的溶解度大于在第二温度下的溶解度。2.根据权利要求1所述的采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法，其特征在于：所述的第一温度范围是130～250℃；所述的第二温度范围是0～100℃。3.根据权利要求1所述的采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法，其特征在于：所述的第1步中，聚合物在两者的混合物中所占的重量百分比范围是15～70%，稀释剂在两者的混合物中所占的重量百分比范围是30～85wt%。4.根据权利要求1所述的采用环保稀释剂制备聚合物膜的方法，其特征在于：所述的第1步中，稀释剂中还包括有高温下能够溶解聚合物的非溶剂；稀释剂中还包括有功能添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔朝亮，汪朝晖，汪效祖，岳娟，邢卫红，范益群，徐南平，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32