一种亲水性单层多孔膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种亲水性单层多孔膜及其制备方法与应用，属于功能材料制备技术领域。本发明专利技术依次通过配制铸膜液、刮膜及利用相转化法最终制得亲水性单层高分子多孔膜，并通过改变铸膜液的初始浓度、刮膜的厚度、相转化溶剂的组成及混合相转化溶剂的配比，来控制在单层高分子膜的相对表面制备不对称的、不同孔径大小的微纳米孔洞，以实现对液体不同渗透状态的智能控制。本发明专利技术公开的亲水性单层多孔膜的制备方法简单、易行，制成的多孔膜厚度、膜孔隙率及膜孔径大小易于控制，且成本低、环境友好、安全可靠，易于工业化规模生产，可以很好地应用于液体单向渗透、快速干燥伤口的敷料或功能纺织品及定向运输领域。

A hydrophilic monolayer porous membrane and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种亲水性单层多孔膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及功能材料制备
，具体涉及一种亲水性单层多孔膜及其制备方法与应用，尤其涉及一种单层不对称表面孔径的多孔膜制备并将上述多孔膜应用到液体单向渗透、快速干燥伤口的敷料或功能纺织品及定向运输等领域。
技术介绍
液体的定向渗透即液体可以从膜的一个表面渗透到另一个表面，但反向受阻，其在智能液体操纵、设计先进的液体输送系统、迅速干燥伤口的敷料、功能性纺织品和芯片微流体中发挥了不可替代的作用。已有研究人员将不同孔径、润湿性相反的多孔结构、多层紧密堆积成膜，由于层间浸润性及孔径大小的不同产生拉普拉斯压力差驱动了液体在多孔结构之间的定向输送，从而达到液体自主单向渗透性能。并且通过在膜两侧表面设计构筑亲疏水不对称性可以实现液体的单向渗透运输。目前，虽然人们习惯于应用多层织物的组合来实现结构和浸润性的不对称性，进而实现液体单向渗透，但是多孔材料的多层结构也导致了复杂的制备和调节过程以及在环境中的不稳定性，容易分层且机械性能差等问题。并且液体从疏水一侧渗透到亲水一侧，所需的初始驱动压力较大。同时在亲水环境中，由于液体流动往往是双向的，用亲水多孔材料来控制液体的方向是困难的。因此，如何设计并制备亲水性单层多孔膜实现液体的定向渗透仍然具有很大的挑战。
技术实现思路
有鉴于此，为解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种亲水性单层多孔膜及其制备方法与应用。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种亲水性单层多孔膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：(1)配制铸膜液：将高分子颗粒、表面活性剂和溶剂搅拌混合均匀，得到高分子铸膜液；其中，所述高分子颗粒为聚砜、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯乙烯等具有良好的化学稳定性和亲水性的材料。(2)刮膜：采用刮刀将步骤(1)配制的高分子铸膜液刮涂在玻璃板上，并通过调节刮刀高度来控制刮膜的厚度，以得到一系列不同厚度的高分子膜；(3)制备亲水性单层多孔膜：将载有高分子膜的玻璃板浸入相转化溶剂中预定时间，随后超声清洗、烘干，即得亲水性单层高分子多孔膜。本专利技术公开了一种相转化的方法，在单层高分子多孔膜的相对表面具有不对称微纳米孔径结构，并通过改变相转化溶剂可以得到不同渗透行为的单层多孔膜，即改变相对表面的孔径可以控制液体的渗透状态，以使通过本专利技术公开制备的亲水性单层多孔膜能够应用在液体单向渗透及定向运输等领域。优选的，所述步骤(1)中的搅拌温度为50℃～100℃，搅拌时间为3～24h。优选的，所述步骤(2)中，所述高分子膜的厚度为1μm～200μm。进一步优选的，所述高分子膜的厚度为25μm～100μm。需要说明的是，本专利技术通过用刮刀在玻璃板上刮出不同厚度的高分子膜，以最终通过相转化得到一系列不同厚度的亲水性单层高分子多孔膜，并通过对其水滴渗透性的研究，可以获得不同的渗透性能：单侧渗透、两侧渗透以及两侧均不渗透(具体实验参见下文)。优选的，所述步骤(3)中的浸泡时间为1min-2h，浸泡温度为10℃-50℃。优选的，所述步骤(3)中的清洗时间为10～30min，烘干温度为20℃-50℃，烘干时间为5min-2h。优选的，所述高分子颗粒、所述表面活性剂与所述溶剂的质量比为(1～3):(1～2):(1～6)，其中所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠，所述溶剂为二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或四氢呋喃。需要说明的是，将高分子颗粒与表面活性剂、溶剂以不同比例混合，得到不同初始浓度的高分子溶液，进而得到不同亲水性单层高分子多孔膜，通过对其水滴渗透性的研究，可以获得不同的渗透性能：单侧渗透、两侧渗透以及两侧均不渗透(具体实验参见下文)。优选的，所述相转化溶剂至少为甲醇、乙醇、丙醇、水、甲苯、丙酮、氯化钠溶液中的一种。进一步优选的，所述相转化溶剂为任意上述两种溶剂的混合溶剂，其中两种溶剂间的体积比为(0：20)～(20：0)。需要说明的是，通过改变不同的相转化溶剂以及调整不同溶剂间的配比，可以在单层高分子膜的相对表面制备不对称的微纳米孔径(参见附图1)，实现了对液体定向输运的智能控制(单侧渗透、两侧渗透或两侧均不渗透)。本专利技术还提供了如上述制备方法得到的一种亲水性单层多孔膜，所述多孔膜是由高分子通过相转化法制备的聚合物多孔膜，且所述多孔膜是具有不对称微纳米孔径结构的单层膜，且所述多孔膜是具有不对称微纳米孔径结构的单层膜，其中一面孔径为10μm-60μm，另一面孔径为10nm～800nm，孔隙率为70％～90％。其中，本专利技术公开制备的亲水性单层多孔膜能够实现液体的定向渗透的作用机理为通过表面张力和拉普拉斯压力响应变化，来实现多孔膜表面的单向液体渗透，具体表现如下：本专利技术中膜两侧孔径的不同导致其具有不同的拉普拉斯压力，小孔径导致大的拉普拉斯压力，从而液体可以从小孔径一侧穿透膜大孔径一侧，而反向被阻止，从而具有单向渗透性能。本专利技术的另一个目的在于提供所制备的亲水性单层多孔膜在液体单向渗透及定向运输中的应用。经由上述技术方案可知，本专利技术公开的一种亲水性单层多孔膜及其制备方法与应用，与现有技术相比，具有如下优异特性：首先，本专利技术提供了一种亲水性单层多孔膜的制备方法，依次通过配制铸膜液、刮膜及利用相转化法最终制得亲水性单层高分子多孔膜，并通过改变铸膜液的初始浓度、刮膜的厚度、相转化溶剂的组成及混合相转化溶剂的配比，来控制在单层高分子膜的相对表面制备不对称的微纳米孔洞，以实现对液体定向输运的智能控制。进一步的，本专利技术提供了一种由上述制备方法制备得到亲水性单层多孔膜及其在液体单向渗透及定向运输中的应用。因该多孔膜为具有不对称微纳米孔径结构的单层膜，所以不需外力协助即可实现液体的不同渗透状态，以克服现有技术中多孔材料的多层结构制备、调节过程复杂以及在环境中的不稳定性，容易分层且机械性能差的问题。综上所述，本专利技术公开的亲水性单层多孔膜的制备方法简单、易行，制成的多孔膜厚度、膜孔隙率及膜孔径大小易于控制，且成本低、环境友好、安全可靠，易于工业化规模生产，可以很好地应用于液体单向渗透、快速干燥伤口的敷料或功能纺织品及定向运输领域，以实现对液体定向输运的智能控制，具有创新性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术不对称孔径的亲水高分子单层多孔膜的SEM形貌图；其中，图1(a)和图1(e)为醇转化亲水高分子单层多孔膜，图1(b)和图1(f)为丙酮转化亲水高分子单层多孔膜，图1(c)和图1(g)为甲苯转化亲水高分子单层多孔膜，图1(d)和图1(h)为两种溶剂混合转化亲水高分子单层多孔膜；且图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亲水性单层多孔膜的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：/n(1)配制铸膜液：将高分子颗粒、表面活性剂和溶剂搅拌混合均匀，得到高分子铸膜液；/n(2)刮膜：采用刮刀将步骤(1)配制的高分子铸膜液刮涂在玻璃板上，并通过调节刮刀高度来控制刮膜的厚度，以得到一系列不同厚度的高分子膜；/n(3)制备亲水性单层多孔膜：将载有高分子膜铸膜液的玻璃板浸入相转化溶剂中预定时间，相转化分离成膜，随后将膜超声清洗、烘干，即得亲水性单层高分子多孔膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种亲水性单层多孔膜的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(1)配制铸膜液：将高分子颗粒、表面活性剂和溶剂搅拌混合均匀，得到高分子铸膜液；
(2)刮膜：采用刮刀将步骤(1)配制的高分子铸膜液刮涂在玻璃板上，并通过调节刮刀高度来控制刮膜的厚度，以得到一系列不同厚度的高分子膜；
(3)制备亲水性单层多孔膜：将载有高分子膜铸膜液的玻璃板浸入相转化溶剂中预定时间，相转化分离成膜，随后将膜超声清洗、烘干，即得亲水性单层高分子多孔膜。


2.根据权利要求1所述的一种亲水性单层多孔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的搅拌温度为50℃～100℃，搅拌时间为3～24h。


3.根据权利要求1所述的一种亲水性单层多孔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述高分子膜的厚度为1μm～200μm。


4.根据权利要求1所述的一种亲水性单层多孔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的浸泡时间为1min-2h，浸泡温度为10℃-50℃。


5.根据权利要求4所述的一种亲水性单层多孔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的清洗时间为10～30min，烘干温度为20℃-50℃，烘干时间为5min-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：田东亮，张秋雅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11