[发明专利]一种高分子分离膜及其复合相分离制备方法、装置

说明书

本发明属于高分子分离膜制备技术领域，具体涉及一种高分子分离膜及其复合相分离制备方法、装置，具体的，所述方法包括：S1：取铸膜液并均匀涂覆在基材上，并在所述基材上形成液膜；S2：将液膜置入具有稳定温湿度的环境中5‑300s得到半成品膜片；S3：将半成品膜片置入凝胶槽中浸泡固化得到成品膜片；S4：取成品膜片并进行后处理得到高分子分离膜。本方法使得铸膜配方不需要过多的添加剂，即可实现膜结构和性能的控制，且无需调整配方即可加工多种结构的高分子分离膜。

技术领域

本发明属于高分子分离膜制备技术领域，具体涉及一种高分子分离膜及其复合相分离制备方法、装置。

背景技术

高分子分离膜包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等，其中微滤膜是指膜平均孔径≥0.1μm的分离膜；超滤膜的孔径大于微滤膜，用于包括细菌、病毒、热源和其它异物等微粒的脱除，由起分离作用的表皮层和起支撑作用的海绵状或指状层组成，其表皮层厚度通常仅0.1～1μm，多孔层厚度通常为125μm；纳滤和反渗透的基膜通常采用亲水的超滤膜；膜蒸馏一般使用疏水性的微滤膜。

高分子分离膜的制备方法主要包括相转化法、拉伸法、烧结法、界面聚合法等，其中相转化法应用最广，包含溶剂蒸发法、蒸汽诱导相分离、非溶剂致相分离方法(NIPS)、热致相分离法(TIPS)。目前工业上大多采用NIPS制备超滤/微滤膜材料，即将聚合物溶于溶剂中形成均相溶液，将铸膜液均匀涂覆在基材上，进入非溶剂形成的凝胶槽中，溶剂与非溶剂相互扩散，溶液由于热力学不稳定性而发生分相，随着交换的逐步发展，最终凝聚、固化形成多孔的高分子分离膜。溶剂蒸发法是在溶剂的蒸发过程中铸膜液缓慢发生分相进而成膜，通常得到表皮致密的微孔膜。VIPS法中，空气中的水蒸气和溶剂蒸汽缓慢交换，从而获得相对较大的表皮层膜孔和亚皮层膜孔。

工业上采用单一的NIPS法制膜时，表皮层易形成致密孔，凝胶浴中的水透过表皮层存在很大的阻力，表皮层下延时分相，聚合物贫相大量形成，断面容易出现指状孔和大孔结构，导致膜的机械性差、通量低。为解决上述问题，已存在研究通过增加铸膜液中非溶剂的含量，可以起到减少大孔的效果，但是铸膜液的稳定性差，容易提前分相，工业化生产推广很难。还存在研究用高浓度的凝胶浴溶液或者多个凝胶浴来实现分相控制膜孔，但是给溶剂的回收处理带来很大的困难。

中国专利文献CN111266016A公开了一种可调控孔径的海绵状结构分离膜的制备方法。它通过控制铸膜液组成以及蒸气凝胶处理条件来实现膜孔径的精准调控，依靠适当铸膜液组成即配方的调试，膜片或膜丝在干程湿度50～100％RH温度30～100℃环境中停留0～300S蒸发分相，进入凝固浴中固化成膜。它的干程并未提到如何控制环境内的温湿度的均匀一致，不能避免温湿度梯度的存在，因而无法保证膜孔尺寸的有效控制，不能进行连续稳定的生产。

中国专利文献CN108525531A公开了一种非溶剂诱导凝胶相分离法制备聚合物共混膜的方法。它通过引入磺化类聚合物共混改性实现了膜的永久亲水和抗污染性。该方案需要增加铸膜液中非溶剂的含量，才能避免膜断面出现大孔隙和指状孔，从而获得完全为海绵体结构的共混膜。

中国专利文献CN105396470A公开了一种中空纤维复合纳滤膜的制备方法。它通过控制入水间隙的相对湿度在30～80％RH，从而获得无大孔结构的机械强度好的中空纤维超滤膜，进一步的在超滤膜的表面通过界面聚合制备分离层得到中空纤维复合纳滤膜。该方法所述入水间隙相对湿度为30～80％RH，但是并未提到如何控制温度，不同温度下的含水量差异极大，由此带来的传质传热极为不同，因此该方法不能通过入水间隙的控制保证膜孔结构的稳定。

因此，针对以上不足，本发明提供一种高分子分离膜及其复合相分离制备方法、装置，通过溶剂蒸发、VIPS、NIPS依次发生逐步推进相分离的复合相分离方法，实现高分子分离膜的表面孔结构、断面孔结构的稳定有效控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分子分离膜及其复合相分离制备方法、装置，以解决现有技术中不同高分子分离膜的配方不同、工序不同导致加工设备混用大的问题。