[发明专利]一种以离子液体为制膜介质制备含氟聚合物微孔膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物微孔膜的制备方法，尤其涉及一种以离子液体为制膜介 质制备含氟聚合物微孔膜的方法。

背景技术

膜分离技术是一种新型高效的分离技术，与传统的分离技术相比，它具有 分离效率高、能耗低(无相变)、环境友好等突出优点，几乎适用于石化/化工、 食品/饮料、制药/医疗、染料、天然物质提取与浓缩、水的净化与废水处理等 各领域的液体、气体介质的分离、纯化和资源回收。膜分离技术的核心是分离 膜材料，包括有机高分子膜(即聚合物膜)和无机膜两大类，其中聚合物膜占 95％以上。在众多的聚合物膜材料中，用于超滤和微滤的聚合物微孔膜是研究 和应用最广泛的一大类膜。由于在应用过程中，需要经受强氧化性、强酸碱性 化学物质的清洗，因此需要聚合物膜材料具有优异的化学稳定性。

含氟聚合物，作为高分子材料的一种，由于具有许多独特的结构，因而就 表现出很多特殊的性质，比如：氟原子较低的极化率，强的电负性，较小的范 德华半径(1.32)，很强的C-F键能(485kJ·mol-1)。因而有着较高氟含量 的含氟聚合物就呈现出了很高的耐热性、耐化学腐蚀性、耐久性和耐候性，特 别是对于许多溶剂、碳氢化合物、各种酸碱的不活泼性，是公认的性能优异的 膜材料。

关于含氟聚合物微孔膜，前人已有许多研究，非溶剂致相分离法(NIPS) 是目前制作聚合物微孔膜最常用的方法，其利用制膜液内的溶剂与凝固浴交换 发生相分离过程，得到微孔结构。通过NIPS法得到的孔结构以指状孔居多， 结合局部的海绵状结构，孔径分布较宽，从而影响膜的分离性能和强度；此外， NIPS法采用的溶剂主要是N，N    甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺，这类 溶剂毒性较大，需要对操作人员进行特殊防护，且后处理困难，易造成环境污 染。利用热致相分离法(TIPS)也可以制备含氟聚合物微孔膜，它是一种利用 温度改变而致使高分子溶液发生液-液分相的原理制备微孔膜的方法。TIPS 法通常使用的稀释剂为邻苯二甲酸酯类，如邻苯二甲酸甲酯、邻苯二甲酸丁酯， 以及环己酮、丁内酯等，这类溶剂普遍具有一定毒性，得到的聚合物膜孔结构 仍不够均匀，呈现球晶的松散堆积状，有很多的大空洞缺陷；同时利用这种方 法制膜时，因为从高温冷却易在膜表面形成致密皮层，表面孔结构很难控制， 影响膜的分离性能。因此利用相分离法制备聚合物微孔膜，溶剂或稀释剂与聚 合物之间的相互作用，是影响膜结构的关键因素。选择合适的溶剂或稀释剂对 制备具有适宜孔结构和优异性能的膜具有重要意义；此外还需考虑到溶剂或稀 释剂的毒性防护、污染以及回收利用等问题。

离子液体是一类在室温或临近室温下完全由阴、阳离子组成的液态有机 盐，由于其独特的物化性质和特有的功能，近年来受到研究者们的极大关注。 离子液体具有优良的化学稳定性和热稳定性，难以被氧化，不可燃，分解温度 可达400oC以上；多种离子液体是强极性溶剂，对许多有机物、无机物和高分 子材料具有良好的溶解性能，且蒸汽压极低，几乎不挥发，并可方便地回收和 重复使用，因而被认为是继超临界CO2之后的又一种极具吸引力的“绿色”溶 剂；离子液体具有“可设计性”，可以根据需要设计不同的阴/阳离子组合，调节 离子液体的物化性质和功能特性，理论上有超过万亿种可能的离子液体。离子 液体的这些独特的性质使其在化学合成、催化、电化学、材料制备、分离过程 等方面展现出良好的应用前景。