[发明专利]基于嵌段共聚物选择性溶胀制备多孔膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合多孔膜，具体涉及一种以基于嵌段共聚物选择性溶胀的介孔层为分离层，常用微滤基膜为支撑层的多孔膜的制备方法，即基于嵌段共聚物选择性溶胀制备多孔膜的方法。

背景技术

膜分离是一种高效节能的新型分离技术，它以其高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点，成为解决当代人类面临的能源、资源、环境等重大问题的有效手段。制备孔径分布窄、分离精度高的分离膜，提高分离膜的分离效率具有重要的意义。

嵌段共聚物可发生微相分离形成规整有序结构，将其分相结构中的分散相转变为孔道可制备孔径均一的分离膜。文献报道的利用嵌段共聚物制备分离膜，主要是通过化学的方法将共聚物中的分散相选择性地除掉，转变为孔道。这种方法要求共聚物中的一个嵌段具有特殊的化学反应特性，仅适用于少数几种共聚物，如含有聚甲基丙烯酸甲酯，聚乳酸以及含双键的共聚物。另一种方法是首先将均聚物或小分子物质掺入共聚物的分散相中，起到占位作用，再将它们洗脱出来，形成孔道。这两种方法都需将分相后的共聚物中的分散相或其中的一部分去除，才能形成孔道，不具有普适性，局限性较大，而且操作过程较为复杂，且会产生副产物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单易行的制备孔道规整、性能优良的基于嵌段共聚物选择性溶胀制备多孔膜的方法。

本发明的技术方案为：基于嵌段共聚物选择性溶胀制备多孔膜的方法，具体步骤如下：

a）将嵌段共聚物溶解在溶剂中，配制嵌段共聚物溶液；

b）将微滤基膜在液体中浸泡后，取出，并将其铺放在基底上；

c）将基膜表面上的液体除去，然后将步骤a中配制好的嵌段共聚物溶液均匀涂在微滤基膜表面；

d）将载有已涂有嵌段共聚物溶液-微滤基膜的基底置于真空干燥箱中，抽真空处理，然后关闭干燥箱电源并打开箱门，使真空干燥箱自然降温；嵌段共聚物溶液在微滤基膜上干燥成膜；

e）将经过步骤d处理后（载有嵌段共聚物层-微滤基膜层复合膜片）的基底从真空干燥箱中取出，置于选择性溶剂中浸泡处理；然后取出，自然干燥，最后将膜片由基底上剥下，即得到以具有连续孔道结构的嵌段共聚物层为分离层，微滤基膜为支撑层的复合多孔膜。

优选所述的嵌段共聚物由嵌段A和嵌段B组成，其中嵌段A是聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈，嵌段B是聚（2-乙烯基吡啶）、聚（4-乙烯基吡啶）、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、聚丙烯酸、聚乙二醇或聚氧乙烯；其中嵌段B占嵌段共聚物总体积的百分比为10-70%。

优选步骤a）中溶剂为甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜；优选嵌段共聚物溶液的质量百分浓度为0.5-50%。

优选步骤b）中微滤基膜为聚偏氟乙烯膜、尼龙膜、混合纤维树脂膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜或聚醚砜膜，且所用基膜应不被所用嵌段共聚物溶液中的溶剂溶解或者不与所用嵌段共聚物溶液中的溶剂反应；液体为水、乙二醇、丙三醇或硅油，且所用液体应与所用嵌段共聚物溶剂不互溶；浸泡使液体渗入微滤基膜孔道即可，浸泡时间通常为1-5分钟；常用基底为光滑的玻璃基底。

优选步骤c）中嵌段共聚物溶液涂覆的用量为0.002-0.1毫升/平方厘米基膜，且应保证溶液完全覆盖基膜表面。

优选步骤d）中真空干燥箱预设温度为80-160℃；温度具体值接近于所用嵌段共聚物的玻璃化转变温度，（接近于所用嵌段共聚物的玻璃化转变温度是指温度具体值应在低于所用嵌段共聚物的玻璃化转变温度10℃与高于所用嵌段共聚物的玻璃化转变温度20℃范围内）且低于所用微滤基膜的耐受温度（一般比所用微滤基膜的耐受温度至少低10℃）；优选真空热处理时间10-30分钟；自然降温时间0.5-10小时。

优选步骤e）中选择性溶剂为水（也可用通过酸碱调节pH值后的水）、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸或乙酸；选择性溶剂温度为30-100℃；浸泡处理时间0.05-72小时。优选步骤e）中自然干燥时间为0.5-2小时。

本发明提供了一种制备分离膜的工艺：首先将嵌段共聚物层复合到微滤基膜上，然后经选择性溶胀，干燥，由于嵌段共聚物层在一个嵌段的选择性溶剂中处理时，该嵌段发生溶胀，而干燥后空穴化，会形成三维连通的纳米孔道结构。最终得到了以嵌段共聚物层为分离层，微滤基膜为支撑层的复合多孔膜。

有益效果：

（1）方法简单，易于操作，嵌段共聚物用量较少；

（2）制备过程不涉及化学变化，无质量损失，可以保证膜层较高的强度；