疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法，其包括以下步骤：（1）制备多孔支撑层基膜；（2）制备胶体乳液：将PDMS溶解于正庚烷中，在搅拌得到的溶液中加入蒸馏水、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲氧基硅烷，搅拌均匀，再进行高速剪切搅拌，然后抽真空再进行高速剪切搅拌，得到白色胶体乳液；（3）致密分离层膜液：在胶体乳液中加入纳米SiO2、NaOH、二乙醇胺，搅拌均匀后加入乙烯基三乙基硅烷、乙二胺四乙酸锌，搅拌后进行高速剪切搅拌，得到致密分离层膜液；（4）将多孔支撑层基膜表面进行放电处理；（5）将致密分离层膜液涂覆在放电处理后的基膜上，烘干并降温后取出，得到疏水性双层高分子非对称复合膜。性双层高分子非对称复合膜。

【技术实现步骤摘要】
疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法，属于高分子复合膜


技术介绍

[0002]具有疏水性双层非对称结构的高分子复合膜可表现出多种气体分离净化功能，如渗透汽化、分子筛分、努森扩散等作用，因此在可凝气与不凝气分离、极性与非极性气体分离等气体的浓缩、提纯、净化等处理中广泛应用。
[0003]疏水性双层非对称高分子复合膜的典型结构特征是在高分子材料多孔支撑层基膜上，覆盖有一层致密的疏水性表层薄膜结构，这种疏水性表层薄膜结构作为分离层膜，是决定膜分离性能的关键，其常用的制备方法有表面接枝、表面聚合、共混等方法，这些方法在实际应用中往往存在着分离层膜与基膜结合的不均匀程度高、可重复性差等缺点，导致所制备出的双层膜在不同位置处的分离性能散差大，导致双层膜的整体分离性能降低。这种现象在以交联聚二甲基硅氧烷（PDMS）致密层作为分离层，以聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚酰亚胺（PEI）或聚丙烯腈（PAN）作为多孔支撑层基膜的非对称复合膜中表现尤为突出，现有技术所制备的膜分离系数及气体通量在每平方米面积内不同位置处的差异可以高达2～5倍，给实际应用带来很大干扰。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法，用以解决现有技术的双层膜在不同位置处的分离性能散差大的技术问题。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：一种疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法，包括以下步骤：（1）制备多孔支撑层基膜：将PVDF或PEI或PAN或PSA或PSF或PES作为基膜原料溶于溶剂中，溶剂为DMAC或NMP或DMF或DMSO，同时加入1～5wt.%的亲水性纳米SiO2粉末、1～5wt.%的二乙胺，溶解并搅拌均匀后，抽真空脱泡得到基膜溶液，然后将基膜溶液涂覆在无纺布上，将涂覆有基膜溶液的无纺布浸泡在纯水中，直至溶剂全部交换到水中，取出后阴干得到多孔支撑层基膜；（2）制备胶体乳液：将PDMS溶解于正庚烷中，搅拌使PDMS充分溶解，得到PDMS质量比为10%～20%的溶液，取该溶液重量份数100份，加入重量份数为100～300份的蒸馏水、重量份数为10～30份的十二烷基苯磺酸钠、重量份数为5～20份的十六烷基三甲氧基硅烷，搅拌均匀，再进行高速剪切搅拌，使溶液形成含微小胶体的乳液，然后抽真空一段时间脱除乳液中的正庚烷溶剂，之后继续进行高速剪切搅拌，得到不含正庚烷白色胶体乳液；（3）致密分离层膜液：取步骤（2）制备的重量份数为100份的胶体乳液，然后加入重量份数为5～20份的纳米SiO2、重量份数为1～5份的 NaOH、重量份数为3～8份的二乙醇胺，搅拌均匀，然后加入重量份数为5～10份的乙烯基三乙基硅烷、重量份数为1～5份的乙二胺四乙酸锌，搅拌均匀，再进行高速剪切搅拌，得到致密分离层膜液；（4）基膜放电处理：将步骤（1）制备的多孔支撑层基膜，在相对湿度70～80%RH、温度20～50℃空间中放置2～4h，然后
对基膜表面进行放电处理；（5）涂覆致密分离层膜液：将步骤（3）得到的致密分离层膜液涂覆在步骤（4）放电处理后的基膜上，放电后的基膜为平板式基膜或中空纤维式基膜，烘干一段时间，降温后取出，得到疏水性双层高分子非对称复合膜。
[0006]步骤（1）中，用刮刀将基膜溶液涂覆在无纺布上。
[0007]步骤（1）中，涂覆有基膜溶液的无纺布在纯水中的浸泡时间为两到三天。
[0008]步骤（2）中，采用分子量在5万～30万的PDMS ，将PDMS溶解于正庚烷中，搅拌时间为4h。
[0009]步骤（2）中，在含PDMS的正庚烷溶液中加入蒸馏水、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲氧基硅烷后，搅拌时间为2
‑
4h；两次高速剪切搅拌的速度均为5000～10000 r/min，时间均为10～30 min。
[0010]步骤（2）中，抽真空的温度为30℃～60℃，抽真空的时间为4～8h，抽真空的压力为
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10kPa～
‑
60kPa。
[0011]步骤（3）中，搅拌时间为2h，高速剪切搅拌的速度为5000～10000 r/min，时间为10～30 min。
[0012]步骤（4）中，放电处理的具体步骤是采用梳形低温等离子刷对基膜与致密分离层膜液结合的表面进行放电处理，并往复刷2～3次。
[0013]步骤（5）中，采用刮涂或流延的方式涂覆致密分离层膜液，致密分离层涂覆量为20
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50g/m2。
[0014]步骤（5）中，烘干是采用两级烘干，先是在60℃下烘2～4h，然后在不高于120℃下继续烘4～12h。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术在基膜中加入亲水纳米SiO2粉末可以提高基膜表面的亲水性，二乙胺使SiO2粉末在基膜溶液中分布均匀；采用纳米SiO2与NaOH形成的硅溶胶作为一种交联剂，采用乙烯基三乙基硅烷作为另一种交联剂，PDMS与交联剂形成水性胶体乳液；通过在基膜支撑层中加入SiO2以及对基膜支撑层进行低温等离子体放电处理，使基膜表面有大量的亲水性基团，从而提高基膜表面的亲水性，当主要组分是水的分离层膜液涂覆在其表面时，分离层膜液与基膜就有很强的亲润性，不会发生由于基膜疏水性所导致分离层膜液在基膜上团聚进而分散，这样就能保证涂覆液的分布均匀性。
[0016]总体来说，本专利技术是将PDMS及交联剂形成水性胶体乳液，并通过改善支撑层亲水性，使分离层制备材料在支撑层表面分布均匀性大幅度提升，可获得具有良好均匀一致性的分离层膜材料，从而提高膜分离性能的均匀性及整体工作效果。
[0017]采用本专利技术制备的疏水性双层高分子非对称复合膜具有很好的致密分离层均匀性，在每平方米面积上不同区域的分离系数差异小于35%，而且通过调节致密分离层膜液涂覆量大小，可以获得对N2、O2、二氯甲烷、正己烷的高渗透通量，分别为N2的渗透通量达到120～180GPU，O2渗透通量达到250～400GPU，对二氯甲烷的渗透通量可达到4800～6200GPU，对正己烷的渗透通量可达5300～7800GPU。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例1制备的膜截面电镜图；图2是本专利技术实施例1制备的膜表面电镜图；
图3是对实施例1
‑
4制备出的疏水性双层高分子非对称复合膜进行分离实验和渗透实验的结果。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0020]本专利技术的疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法，包括以下步骤：（1）制备多孔支撑层基膜：将PVDF（ 聚偏二氟乙烯）或PEI（聚乙烯亚胺）或PAN（聚丙烯腈）或PSA（聚砜酰胺）或PSF（聚砜）或PES（聚醚砜）作为基膜原料溶于溶剂中，溶剂为DMAC（N，N
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二甲基乙酰胺）或NMP（N
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甲基吡咯烷酮）或DMF（N,N
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二甲基甲酰胺）或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）制备多孔支撑层基膜：将PVDF或PEI或PAN或PSA或PSF或PES作为基膜原料溶于溶剂中，溶剂为DMAC或NMP或DMF或DMSO，同时加入1～5wt.%的亲水性纳米SiO2粉末、1～5wt.%的二乙胺，溶解并搅拌均匀后，抽真空脱泡得到基膜溶液，然后将基膜溶液涂覆在无纺布上，将涂覆有基膜溶液的无纺布浸泡在纯水中，直至溶剂全部交换到水中，取出后阴干得到多孔支撑层基膜；（2）制备胶体乳液：将PDMS溶解于正庚烷中，搅拌使PDMS充分溶解，得到PDMS质量比为10%～20%的溶液，取该溶液重量份数100份，加入重量份数为100～300份的蒸馏水、重量份数为10～30份的十二烷基苯磺酸钠、重量份数为5～20份的十六烷基三甲氧基硅烷，搅拌均匀，再进行高速剪切搅拌，使溶液形成含微小胶体的乳液，然后抽真空一段时间脱除乳液中的正庚烷溶剂，之后继续进行高速剪切搅拌，得到不含正庚烷白色胶体乳液；（3）致密分离层膜液：取步骤（2）制备的重量份数为100份的胶体乳液，然后加入重量份数为5～20份的纳米SiO2、重量份数为1～5份的 NaOH、重量份数为3～8份的二乙醇胺，搅拌均匀，然后加入重量份数为5～10份的乙烯基三乙基硅烷、重量份数为1～5份的乙二胺四乙酸锌，搅拌均匀，再进行高速剪切搅拌，得到致密分离层膜液；（4）基膜放电处理：将步骤（1）制备的多孔支撑层基膜，在相对湿度70～80%RH、温度20～50℃空间中放置2～4h，然后对基膜表面进行放电处理；（5）涂覆致密分离层膜液：将步骤（3）得到的致密分离层膜液涂覆在步骤（4）放电处理后的基膜上，放电后的基膜为平板式基膜或中空纤维式基膜，烘干一段时间，降温后取出，得到疏水性双层高分子非对称复合膜。2.根据权利要求1所述的疏水性双层高分子非对称复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，用刮刀将基膜溶液涂覆在无...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泽智，龚惠娟，周雨晨，马相威，王钰，林丰，杨子溢，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：