[发明专利]一种多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜，尤其涉及一种多孔膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺多孔膜的制备方法是近年来的热点，现有技术的造孔方法中有外加剂造孔、溶剂交换造孔、拉伸造孔等。公开号为CN101412817A的专利公开了一种将聚酰亚胺膜在凝固液中固化，将聚酰亚胺膜中的溶剂溢出后原位形成微孔；公开号为CN101665580A的专利公开了一种利用苯甲酸多元醇酯、苯二甲酸二烷基酯氯化石蜡等有机物作为成孔剂，再将成孔物质在70～300℃分解挥发，得到聚酰亚胺的方法。但是，这些方法制备出的聚酰亚胺多孔膜的力学强度低、孔结构容易塌陷。

因此，发明人希望制备出一种力学强度较高的多孔膜。

发明内容

为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的至少一部分的新型多孔膜。

根据本发明的一个方面，提供了一种多孔膜的制备方法，该制备方法包括：提供原料，所述原料包括以重量计为1～50份的纳米纤维素、20～50份的无机成孔剂以及30～79份的二胺单体和二酐单体。

作为一种广泛应用的工程塑料，聚酰亚胺具有许多较其它聚合物更为突出的优异性质，例如：能够很轻易的在200℃以上的高温下连续使用；高温下力学强度下降很少，耐磨性能优良；固化后的PI非常稳定，在甲苯、丙酮、乙醇和去离子水中浸泡100小时后无变化，在磷酸中泡50小时后也无异常现象出现，对稀酸稳定，耐水解，经得起120℃、500h的水煮。薄膜是聚酰亚胺应用最广的一种形式，也是其最早的商品之一。在-200～400℃范围内，聚酰亚胺薄膜的物理机械性能优于其它各种聚合物薄膜。但是，由于聚酰亚胺的刚性分子链导致的材料脆性，及部分品种的难熔性，使得聚酰亚胺不能像PP和PE一样通过热拉伸的方法得到多孔的薄膜，这也限制了聚酰亚胺在锂电池隔膜以及高温气体分离方面的应用。

现有技术中的聚酰亚胺膜的制备方法有外加剂造孔、溶剂交换造孔、拉伸造孔，其中外加剂造孔、溶剂交换造孔制备出的膜的力学性能较差，而拉伸造孔对于仪器设备的要求较高，投资成本较大，因此都不能满足工业化生产的需求。

本发明将纳米纤维素作为增强材料能够显著提高聚酰亚胺多孔膜的力学性能。此外，由于纳米纤维素是新型环保材料，具有高强度、高模量的特点，而且其原料来源丰富，相对于纳米碳管及碳纤维之类的材料，具有低成本的优势，因此本发明制备出的多孔膜不仅力学性能显著提高，而且成本较低、易于实现。

可选地，根据本发明的制备方法，包括步骤：

单体聚合步骤S1200：首先在溶剂中加入所述纳米纤维素和所述无机成孔剂，然后依次加入所述二胺单体和所述二酐单体，持续搅拌后得到聚酰亚胺酸；

总的来说，本步骤的试验方法是：将所述纳米纤维素和所述无机成孔剂在有机溶剂中均匀共混体系，然后再将芳香族二胺和芳香族二酐单体按照一定某种加料方式加入共混体系，使得单体聚合形成聚酰亚胺酸（PAA）。

本步骤中，在溶剂中加入所述纳米纤维素和所述无机成孔剂后、加入所述二胺单体前，进一步包括对所述纳米纤维素和所述无机成孔剂分散的步骤，分散的方法是借助搅拌桨在100～300转/分钟的条件下机械搅拌，或者将物料在高压均质机中5～10MPa的压力下均质3～5遍。

优选地，当所述二胺单体充分溶解后，冰水浴、搅拌的条件下，将所述二酐单体在20～24小时内分三次加入所述共混体系。

优选地，所述溶剂为下列中的任意一种，N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）、氮甲基吡咯烷酮（NMP）、甲基亚砜。优选地，所述溶剂的纯度为分析纯。

所述二胺单体和二酐单体占溶剂的质量百分比为5%～25%，其中所述二酐单体和所述二胺单体的摩尔比为1.01：1～1.02：1。

成膜、热处理步骤S1300：将所述聚酰亚胺酸制成聚酰亚胺酸膜，将所述聚酰亚胺酸膜在惰性气体的保护下加热至200℃～220℃，保温1小时后得到聚酰亚胺膜。

所述聚酰亚胺酸膜的成膜方式可以是刮膜、旋涂、喷涂等方式，优选的，所述聚酰亚胺酸膜的成膜方式为流平；成膜的基板可以是玻璃片、硅片、不锈钢板、铝板等。

优选地，所述惰性气体为氩气。