[发明专利]一种增强有机分离膜与支撑材料间界面粘合性的方法

说明书

本发明为一种增强有机分离膜与支撑材料间界面粘合性的方法。该方法包括以下步骤：将支撑材料浸入氢氧化钠的水溶液中，使材料表面富含充足的羟基并达到粗化材料纤维的目的，然后将处理后的支撑材料浸入硅烷偶联剂水解液中一段时间，取出烘干，将表面改性后的材料作为制膜时的支撑材料，将铸膜液均匀涂覆在其上，浸入去离子水中凝胶成膜，即可得到界面增强型有机分离膜。所述的铸膜液组成包括膜材料、添加剂和溶剂，膜材料为聚偏氟乙烯、聚醚砜或聚砜。本发明方法处理后的有机分离膜与支撑材料间界面剥离强度可提高约50％‑70％。

技术领域

本发明涉及一种增强有机分离膜与支撑材料间界面粘合性的方法，具体是一种以化学处理结合硅烷偶联剂表面改性处理支撑材料，从而提升其与有机分离膜间的界面粘合性和膜的力学性能的工艺方法。

背景技术

有机分离膜是由高分子材料加工而成，如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)，醋酸纤维素(CA)等。由于有机膜具有过滤精度高，选择性大，取材广泛，单位膜面积制造成本低，膜组件装填密度大等优势，被广泛应用于水资源化领域与工业特种分离领域。但大部分有机分离膜的机械性能较差，抗拉伸强度大都在1MPa-3MPa范围内。为了提高有机膜的机械性能和使用寿命，通常在膜的制造过程中将膜涂覆在适当的支撑材料表面，在分离膜的透过性能和分离性能基本保持不变的基础上，可将膜的抗拉伸强度提高至10MPa以上。有机分离膜在制备过程中常用的支撑材料如涤纶(PET)、丙纶(PP)等具有优异的热稳定性、化学稳定性和机械强度，但由于其分子链结构规整，结晶度高，表面缺乏强极性基团和亲水基团，导致支撑材料与有机分离膜之间的粘合性较差，在水处理等应用中膜极易从支撑材料的表面局部剥落，这将使膜的分离性能显著下降，进而导致膜分离过程无法正常进行，增加了过程的运行成本。

在复合材料的界面粘合体系中，界面粘合性能主要取决于增强体表面的固有特性，如增强体的表面形态结构、表面化学组成(极性官能团)和表面润湿性等。曾有大量研究工作致力于改善基体/增强体复合材料的界面粘合特性，如化学蚀刻和接枝、等离子体处理、表面涂覆等，但针对有机分离膜与支撑材料间界面粘合性的相关研究尚未见报道，而常用于提高界面粘合性的方法如化学处理、等离子体处理、火焰处理等，大都工艺复杂，设备昂贵，生产成本较高且易产生大量废酸废碱等污染物，后期废液处理成本巨大，不适于大面积工业化推广。

发明内容

本发明针对当前技术中存在的不足，提供了一种增强有机分离膜与支撑材料间界面粘合性的方法。该方法将复合材料领域中对增强体的表面改性方法应用到分离膜领域，通过将化学处理和偶联剂表面改性两种改性方法优化组合并用于分离膜的制备过程中，选取氢氧化钠溶液进行表面预处理，将支撑材料浸入氢氧化钠的水溶液中，使材料表面富含充足的羟基并达到粗化纤维的目的，然后将处理后的支撑材料浸入硅烷偶联剂水解液中一段时间，取出烘干。将改性后的材料作为制膜时的支撑材料，采用非溶剂致相分离法制备有机分离膜。通过180°剥离强度测试表征有机分离膜与支撑材料间的界面粘合性，经本发明方法处理后的有机分离膜与支撑材料间界面剥离强度可提高约50％-70％。

本发明的技术方案为：

一种增强有机分离膜与支撑材料间界面粘合性的方法，包括以下步骤：

(1)支撑材料的表面清洗和干燥：将支撑材料浸入混合水溶液中20-30分钟，取出用清水冲洗后烘干；

其中，混合水溶液由氢氧化钠溶液和非离子表面活性剂溶液混合而成，体积比为氢氧化钠溶液：非离子表面活性剂溶液＝1:1-1:3；非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)，非离子表面活性剂水溶液浓度为5g/L-10g/L，氢氧化钠水溶液的浓度为10g/L-20g/L；

(2)表面富羟基化处理：将步骤(1)所得支撑材料浸入200-300g/L的氢氧化钠水溶液中30-40分钟，取出用清水将表面残留的氢氧化钠溶液冲洗干净，置于60℃的烘箱中干燥1-2小时；