[发明专利]吸附分离用分子筛/聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附分离用分子筛/聚酰亚胺(PI)复合薄膜及其制备。尤其涉 及一种以PI为基体、分子筛为填料的吸附分离用复合薄膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是一类主链上含有酰亚胺基团的芳杂环高分子材料，是目前 综合性能优异的工程塑料材料之一，而且易于加工成型，其制品如薄膜、粘合剂、 涂层、层压板等广泛应用于航空航天、机械、电子等高科技领域。由于主链上含 有芳香环，PI薄膜具有突出的优点：(1)耐热性能：可耐极低温，如在-269℃ 的液态氦中不会脆裂；耐高温，开始分解温度一般都在500℃左右；(2)PI的热 膨胀系数在2×10^-5～3×10^-5℃；(3)耐溶剂性能：具有优良的耐油和耐有机溶 剂性，对稀酸稳定；(4)机械性能：未填充的PI塑料的拉伸强度都在100MPa 以上，弹性模量通常为3GPa～4GPa；(5)PI无毒，可用来制造餐具和医用 器具、包装材料等。

除此之外，选取适合的分子结构和选用适宜的成膜技术可得到允许小分子， 如水分子等可渗透的PI膜。当PI基体中掺有无结合水的分子筛，水分子可穿 过PI分子链被分子筛吸附，分子筛孔道内吸附水分，从而可制备出一种以高分 子聚合物为基体、分子筛为的填料的吸附分离用复合薄膜。目前工业应用中，一 般需要在分子筛原粉中加入黏结剂成型制成具有一定机械强度和形状的颗粒，市 售的分子筛形状主要有球形和条形。传统的球形、条形分子筛在工程上储存不方 便、不利于施工，而且不易回收，而且耐磨性有待改善，会产生粉尘，限制了分 子筛的使用。

CN101380565将分子筛、粘结剂按一定比例混合，成型后煅烧，再将成型体 进行Li⁺交换，干燥、活化后制得活性低硅锂分子筛空气制氧吸附剂。虽然该发 明提高了吸附剂对氮气的选择性和吸附容量，但是成型(球形或条形)的分子筛 储存不方便，需要器皿盛装；球形或条形分子筛在工程上不利于施工，而且不易 回收，造成生产成本的提高。

US6918948制备了一种高度分散的凹凸棒石纤维粘合剂，其与沸石粉末混 合，成型焙烧后制得一种提高性能特性的分子筛吸附剂掺混物，而且和沸石掺杂 时趋于占据沸石晶体之间的空间，不易与沸石界面混杂，但是凹凸棒石比表面积 大，吸附能力较强，可能在一定程度上影响沸石的选择吸附分离效果。

RU2337064以酸化硫酸铝的淀粉(或羧甲基纤维素)悬浮液、合成分子筛为 原料混合制粒，350℃分散干燥，煅烧后经碱性铝酸钠结晶得到A型分子筛晶体， 最终制得分子筛颗粒具有较好的耐磨性能和吸附容量。虽然该发明中的分子筛在 耐磨性能方面有所提高，但是颗粒分子筛还是会存在一定程度的掉粉，在固定床 使用中会造成堵塞，导致吸附性能下降，而且分子筛掉粉也会导致分子筛的机械 强度逐渐降低。

土耳其人等利用表面改性的天然沸石与聚丙烯材料制备复合薄 膜，虽然沸石添加量为2％时的复合材料水蒸汽渗透很小，但4％沸石填充复合薄 膜具有相当高的渗透率，而且与天然皮革的水蒸气渗透率非常相近，该复合薄膜 可用来制备高水蒸气渗透率的包装材料。但是该发明中制得的挤出聚丙烯/沸石 复合薄膜机械性能下降很快，添加4％沸石的复合薄膜屈服应力下降21.1％，屈服 应变下降14.3％，所以在保证基体性能的前途下只能添加少量的沸石，这对制备 复合薄膜形式的沸石分子筛很不利；聚丙烯耐低温时会变脆，导致冲击性差，不 耐磨，较易老化，需通过改性和添加抗氧剂予以克服。

CN101205306制备了一种以聚合物基体、分子筛(偶联剂改性)、增塑剂为 原料的食品气调包装用PE复合保鲜包装膜。该复合薄膜利用分子筛作为活性 无机粒子，使薄膜具有良好的透气性、透湿性、气孔率，从而调节包装内部气体 成分。但是该发明中使用的改性分子筛质量百分比仅为1.5～20％，分子筛的含量 限制了复合薄膜的最大透气性能、透湿性能；分子筛表面改性时需要在氮气保护 下室温反应24小时，工艺条件较为严格。

发明内容

本发明的目的是为了改进传统的球形、条形分子筛在工程上储存不方便、不 利于施工，不易回收等不足，从而提供一种吸附分离用分子筛/聚酰亚胺复合薄 膜，本发明的另一目的是提供上述复合薄膜的制备方法。