一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法及装置，所述方法包括以下步骤：1)凝胶的制备；2)将充分溶胀后的凝胶放到与凝胶不互溶的溶液中；3)制备铺展溶液，并将铺展溶液连续滴加到凝胶表面进行界面成膜反应，待反应完成后，即在凝胶表面得到功能性高分子膜；4)将反应后得到的功能性高分子膜根据铺展溶液的连续滴加速度及时转移出反应体系或转移到任意固体表面备用。本发明专利技术在制备功能性高分子膜方面具有简单高效、可控性强、能连续制备的特点，便于大规模生产。

A Method and Device for Continuous Preparation of Functional Polymer Membranes in Large Area

The invention discloses a method and a device for continuously preparing functional polymer membranes in large areas. The method comprises the following steps: 1) preparation of gel; 2) placing sufficient swelling of the gel in the solution which is not mutually soluble with the gel; 3) preparing the spreading solution and continuously spreading the spreading solution onto the surface of the gel to form a film-forming interface. After the reaction is completed, the functional polymer membrane is obtained on the gel surface. 4) the functional polymer membrane after reaction is transferred out of the reaction system or transferred to any solid surface in time according to the continuous dripping acceleration of the spreading solution. The invention has the characteristics of simple, high efficiency, strong controllability and continuous preparation in the preparation of functional polymer membranes, and is convenient for large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法及装置
本专利技术属于高分子膜的制备
，具体地，本专利技术主要涉及一种大面积连续制备功能性高分子膜及具有2D纳米片取向排列的高分子膜的方法及装置。
技术介绍
随着工业和科技的发展，聚合物薄膜已经从最初的包装膜发展成为具有功能性的高分子膜。这些功能性的高分子膜在气体分离、海水淡化、污废处理、人工脏器制造等领域得到了广泛的应用。目前，聚合物薄膜的制备方法主要包括：流延法、吹胀法和拉伸法。但是这些制备方法通常存在高能耗的问题。实验室中制备功能性的聚合物薄膜的方法主要有涂覆法和界面聚合法。虽然这些方法能够实现一定条件下功能性聚合物薄膜的制备，但是目前还没有一种低能耗、简单高效的制备方法实现功能性的聚合物薄膜的连续化生产。随着科学技术的快速发展，传统的聚合物薄膜功能单一、导电性差、热稳定性差等因素限制了膜工业的进一步应用及发展。而以聚合物为连续相，纳米材料为分散相的复合高分子复合膜由于优异的光学、电学、磁学、力学等性能受到了科学家的广泛关注。值得注意的是，纳米材料在聚合物中含量、分布及取向等极大地影响着复合薄膜的性能。目前已经发展了多种方法实现纳米材料在复合薄膜中的取向排列。例如LBL(layer-by-layer)组装的方法可以有效的控制纳米颗粒以及纳米片的分布及取向排列；真空抽滤可以实现二维纳米材料的取向排列；利用强磁场也可以实现纳米纤维和纳米片的取向排列。虽然这些方法都能在一定程度上实现纳米材料的取向排列，但是这些方法通常存在操作工艺复杂、耗时、需要特殊设备、无法连续制备等问题。液体的铺展无论是在基本的浸润性问题研究方面还是在实际工业生产中都具有极其重要的作用。例如，喷墨打印、涂覆、微流体和液体运输等方面。为了实现液体在固体表面的完全铺展，通常采用增加固体表面的表面张力、降低目标液体的表面张力或者施加外力的方法来克服三相接触线处的钉扎效应，促进液体的铺展。但是使用这些方法有一定的局限性，要么得到的铺展液膜不均匀，要么得到的液膜被表面活性剂污染，而且在空气中随着溶剂的挥发，增加了铺展液膜的不稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，该方法能够实现高分子薄膜的简单高效、连续制备，而且能够实现复合高分子膜中2D纳米片的取向排列。为达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，所述方法包括以下步骤：1)凝胶的制备：制备凝胶，并将所制备的凝胶在与其属性相匹配的溶液中进行充分溶胀；所述与其属性相匹配的溶液指的是，当凝胶为油凝胶时，与其属性相匹配的溶液为有机溶液；当凝胶为水凝胶时，与其属性相匹配的溶液为水或含界面成膜反应所需反应组分的水溶液；2)将充分溶胀后的凝胶放到与凝胶不互溶的溶液中；3)制备铺展溶液，并将铺展溶液连续滴加到凝胶表面进行界面成膜反应，待反应完成后，即在凝胶表面得到功能性高分子膜；4)将反应后得到的功能性高分子膜根据铺展溶液的连续滴加速度及时转移出反应体系或转移到任意固体表面备用。优选地，所述油凝胶为聚(甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸月桂酯)，与其属性相匹配的溶液为三氯甲烷。优选地，所述水凝胶为聚丙烯酰胺。优选地，当凝胶为油凝胶时，与凝胶不互溶的溶液为去离子水、过硫酸铵水溶液或间苯二胺水溶液；当凝胶为水凝胶时，与凝胶不互溶的溶液为硅油。优选地，当凝胶为油凝胶时，铺展溶液为吡咯单体的三氯甲烷溶液、均苯三甲酰氯的三氯甲烷溶液或聚氨酯丙烯酸酯寡聚体及其光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮的混合三氯甲烷溶液。当凝胶为水凝胶时，铺展溶液为聚丙烯酸接枝聚偏氟乙烯的NMP溶液或聚偏氟乙烯的NMP溶液，或者为DMA、聚乙烯醇、戊二醛、海藻酸钠、罗丹明B、丙烯酸、丙烯酰胺中一种或多种聚合物的水溶液。更进一步地，在所述铺展溶液中添加二维纳米片。优选地，所述二维纳米片选自氧化石墨烯、无机黏土纳米片、二氧化钛纳米片、三氧化二钴、氧化锌、二硫化钼、氮化硼和还原石墨烯中的一种或多种。优选地，所述含界面成膜反应所需反应组分的水溶液中的反应组分为过硫酸铵、CaCl2或N,N,N',N'-四甲基乙二胺中的一种或多种。本专利技术还提供了一种大面积连续制备功能性高分子膜的装置，所述装置包括液体连续滴加装置1、功能性高分子膜收集装置2、传送装置3、反应容器4和凝胶界面反应平台5；其中，所述液体连续滴加装置1包括若干个注射泵和若干个液体滴加注射口；所述功能性高分子膜收集装置2用于收集连续制备的功能性高分子膜；所述传送装置3用于驱动凝胶界面反应平台5并将在凝胶界面反应平台上界面成膜反应生成的功能性高分子膜运送到功能性高分子膜收集装置2；所述反应容器4用于放置与凝胶不互溶溶液、凝胶界面反应平台和传送装置；所述凝胶界面反应平台5由凝胶制备，并放置于与凝胶不互溶溶液中。优选地，所述若干个液体滴加注射口的排列方式为呈一排排列。用于制备功能性高分子膜的铺展溶液经过所述的连续滴加装置连续地滴加到液相下的凝胶表面，铺展溶液在凝胶表面快速而完全的铺展，形成均匀连续的液膜，液膜内的成分与液相或凝胶中的溶解的反应物发生反应，生成功能性高分子膜或具有2D纳米片取向排列的功能性高分子膜。本专利技术中，液体连续滴加装置中的若干个液体滴加注射口可同时滴加，也可以进行先后滴加及不同注射口间隔交替滴加。本专利技术中，铺展溶液可以为单一的混合溶液进行滴加，也可以为含有不同组分的几种铺展溶液进行先后及间隔交替滴加。本专利技术中，液体连续滴加装置还可包括必要的机械装置，用于实现液体滴加注射口的可控随意移动。本专利技术中传送装置可以为传送带，也可以为传送轮。本专利技术也可将传送装置改为固定装置，相应地，液体连续滴加装置变为可移动的装置。本专利技术还适用于液相下的凝胶基底为多网络复合凝胶及纳米片增强的复合凝胶的情况。本专利技术中，当采用的凝胶是油凝胶时，形成的是油溶性铺展溶液，向其中添加的二维纳米片是油溶性纳米片；当采用的凝胶时水凝胶时，向其中添加的二维纳米片是水溶性纳米片。本专利技术的铺展溶液是寡聚体时对寡聚体的分子量没有限制。本专利技术所述的凝胶表面还能进行图案化设计，制备厚度从纳米尺度到微米尺度可控的高分子薄膜，以及其它功能化图案的高分子薄膜及复合膜。本专利技术界面成膜反应时，可以在反应容器的周围施加必要的温度、电场、磁场、光照等条件，激发或促进成膜反应。更为具体地，本专利技术可以将上述方法分为采用油凝胶和水凝胶的两种方法。比如，当采用油凝胶时，在水下油凝胶表面制备高分子薄膜，所述方法包括如下步骤：(1)制备油凝胶并在相匹配的有机溶液中进行充分溶胀；(2)将充分溶胀后油凝胶放到水相中；(3)将铺展溶液(油溶性待反应溶液)在水相下滴加到油凝胶表面；(4)通过添加适当的反应条件，待反应溶液反应完成后，即可在油凝胶表面得到高分子薄膜；(5)将反应后得到的高分子膜转移出反应体系或转移到任意固体表面备用。优选地，所述油凝胶为聚(甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸月桂酯)，P(BMA-co-LMA)，溶胀有机溶剂为三氯甲烷。优选地，步骤(2)中所述水相可以为去离子水，或者步骤(3)中所述待反应溶液所必需的反应组分、交联剂或催化剂的水溶液。优选地，当步骤(3)中所述油溶性待反应溶液为吡咯单体的三氯甲烷溶液或者均苯三甲酰胺的三氯甲烷溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，所述方法包括以下步骤：1)凝胶的制备：制备凝胶，并将所制备的凝胶在与其属性相匹配的溶液中进行充分溶胀；所述与其属性相匹配的溶液指的是，当凝胶为油凝胶时，与其属性相匹配的溶液为有机溶液；当凝胶为水凝胶时，与其属性相匹配的溶液为水或含界面成膜反应所需反应组分的水溶液；2)将充分溶胀后的凝胶放到与凝胶不互溶的溶液中；3)制备铺展溶液，并将铺展溶液连续滴加到凝胶表面进行界面成膜反应，待反应完成后，即在凝胶表面得到功能性高分子膜；4)将反应后得到的功能性高分子膜根据铺展溶液的连续滴加速度及时转移出反应体系或转移到任意固体表面备用。

【技术特征摘要】
1.一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，所述方法包括以下步骤：1)凝胶的制备：制备凝胶，并将所制备的凝胶在与其属性相匹配的溶液中进行充分溶胀；所述与其属性相匹配的溶液指的是，当凝胶为油凝胶时，与其属性相匹配的溶液为有机溶液；当凝胶为水凝胶时，与其属性相匹配的溶液为水或含界面成膜反应所需反应组分的水溶液；2)将充分溶胀后的凝胶放到与凝胶不互溶的溶液中；3)制备铺展溶液，并将铺展溶液连续滴加到凝胶表面进行界面成膜反应，待反应完成后，即在凝胶表面得到功能性高分子膜；4)将反应后得到的功能性高分子膜根据铺展溶液的连续滴加速度及时转移出反应体系或转移到任意固体表面备用。2.根据权利要求1所述的一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，其特征在于，所述油凝胶为聚(甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸月桂酯)，与其属性相匹配的溶液为三氯甲烷。3.根据权利要求1所述的一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，其特征在于，所述水凝胶为聚丙烯酰胺。4.根据权利要求1所述的一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，其特征在于，当凝胶为油凝胶时，与凝胶不互溶的溶液为去离子水、过硫酸铵水溶液或间苯二胺水溶液；当凝胶为水凝胶时，与凝胶不互溶的溶液为硅油。5.根据权利要求1所述的一种大面积连续制备功能性高分子膜的方法，其特征在于，当凝胶为油凝胶时，铺展溶液为吡咯单体的三氯甲烷溶液、均苯三甲酰氯的三氯甲烷溶液或聚氨酯丙烯酸酯寡聚体及其光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮的混合三氯甲烷溶液；当凝胶为水凝胶时，铺展溶液为聚丙烯酸接枝聚偏氟乙烯的NMP溶液或聚偏氟乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明杰，赵创奇，张鹏超，江雷，
申请(专利权)人：北京赛特超润界面科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11