[发明专利]一种制备聚偏氟乙烯纳米阵列孔膜的方法

说明书

技术领域

 本发明属于高分子阵列纳米孔膜材料的制备技术领域，特别涉及一种制备聚偏氟乙烯纳米阵列孔膜的方法。

背景技术

聚合物纳米材料，有很多的存在形式，纳米线、纳米棒、纳米管、纳米微球、纳米颗粒等，聚合物纳米材料由于其纳米效应可广泛应用于国民经济的各个领域。聚合物纳米线、纳米管由于其独特的性质, 可应用于生物医学、纳米微电子、催化材料等领域。目前获得聚合物纳米线、纳米纤维的制备方法主要有静电纺丝法、模板法和自组装法三种。聚偏氟乙烯纳米线的制备主要是静电纺丝法，静电纺丝法目前几乎是制备纳米纤维的惟一方法, 将聚合物溶液或熔体置于几千至上万伏高压电场, 带电的聚合物液滴在电场力作用下在毛细管的 Taylor 锥顶点被加速, 克服表面张力形成喷射细流, 细流在喷射过程中溶剂蒸发固化, 最终落在接收装置上,形成类似非织布状的纤维毡。用静电纺丝法制得的纤维比传统的纺丝方法细得多,直径在几十到上千纳米。目前用静电纺丝法制备的聚合物已达几十种。如聚氧化乙烯( PEO)、聚乙烯醇( PVA)、聚苯乙烯( PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乳酸(PLA)等。聚合物中加入掺杂剂或是在三重体系中进行电纺可以大大降低所得纳米纤维的直径,并可得复合纤维。PVDF多孔膜的制备方法多样,包括:相转换法、熔融拉伸法、烧结法、核径迹蚀刻法等,其中相转换法生产工艺灵活简单、易工业化、成本低 ,所以是目前制备研究中使用最多的方法。相转换法就是将制膜材料均匀溶解于溶剂后形成铸膜液 ,在一定条件下进行相转换,使铸膜液由液态转换为固态，相转换法中使用最多的是浸渍沉淀法,其次为热致相分离法。

聚合物纳米结构阵列机构还可以利用模板法获得,模板是指含有高密度的纳米柱形孔洞,厚度为几十至几百微米厚的膜，常用的模板有两种,一种是有序孔洞阵列氧化铝模板,另一种是含有孔洞无序分布的高分子模板，其他材料的模板还有纳米孔洞玻璃、介孔沸石、多孔硅模板及金属模板。聚合物纳米阵列体系采用纳米阵列孔洞膜作模板,通过化学法在高温高压下将聚合物溶液以及熔融状态的高分子通过热固化成膜法将聚偏氟乙烯与阳极氧化铝模板复合，固化成膜后在溶解腐蚀掉模板即得到聚合物纳米阵列。

静电纺丝制备聚偏氟乙烯纳米结构和相转换法制备聚偏氟乙烯微孔结构膜的方法，这些操作方法复杂，并且得到的微纳米结构和微孔结构不可控，可利用范围小。结合阳极氧化铝模板法制备聚偏氟乙烯纳米孔阵列膜，可以有效得到纳米尺寸效应孔的聚偏氟乙烯阵列孔膜，在纳米过滤膜以及电池纳米介质膜中会有广泛应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备聚偏氟乙烯纳米阵列孔膜的方法，该方法工艺简单实用，成本低廉，技术手法高效创新，为制备聚合物纳米阵列孔膜提供了技术支持。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备聚偏氟乙烯纳米阵列孔膜的方法，包括以下步骤：

1）以高纯铝为基材通过二次阳极氧化法制备阳极氧化铝纳米孔柱模板，该模板中氧化铝纳米孔的顶端孔径直径为180nm～220nm，底端直径为140nm～150nm，顶端壁厚38nm～48nm，底端壁厚140nm～150nm，孔深430 nm～450nm；

2）在阳极氧化铝纳米孔柱模板正面滴取4μL～8μL聚偏氟乙烯的N,N二甲基甲酰胺溶液，静置使聚偏氟乙烯足够填充阳极氧化铝纳米孔柱模板孔，再用氮气吹拂表面，吹走表面过量的聚偏氟乙烯，使得表面氧化铝纳米孔柱模板露出，得到聚偏氟乙烯氧化铝模板复合基材；

3）在50℃～80℃的烘箱中挥发溶剂得到复合材料模板，将复合材料模板移至195℃～205℃的热台上，加热熔融10min，消除聚偏氟乙烯热历史，然后迅速转移至150℃～160℃的恒温热台中退火，恒温结晶8h～36h使其结晶完全；

4）配置摩尔比为1:1的CuCl₂盐酸溶液，稀释至500ml得到CuCl₂稀盐酸溶液，再配制5%～10%NaOH溶液，先将聚偏氟乙烯氧化铝模板复合基材浸没于CuCl₂溶液中10min，置换溶解掉铝基底，取出用去离子水反复清洗，再将溶解铝基底后的聚偏氟乙烯氧化铝模板复合基材浸没于5%～10%NaOH溶液中20～40min，腐蚀溶解阳极氧化铝模板。取出剩余未溶解部分，用去离子水反复清洗3～5次，氮气吹干，得到聚偏氟乙烯阵列孔膜。

本发明的有益效果是：