[发明专利]一种利用三维成型技术制备有机分离膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用三维成型技术制备膜的方法，具体是一种利用三维成 型技术制备有机分离膜的方法。

背景技术

膜制备与应用始于上世纪60年代。经过五十年的发展，膜分离过程已 逐渐应用在污水深度处理、海水淡化、资源回收、物料分离等领域，并在 其中一些领域已成为核心技术。然而，膜技术的应用很大程度上受制于膜 的选择分离性，高选择分离膜一直是膜制备研究的热点和难点。而选择膜 的分离性除了与成膜材料有关外，还与膜结构、成膜方式、以及成膜精度 等密切相关。目前常用的涂覆法等膜制备方式受到设备精度、成膜步骤和 周围环境的影响，很难达到较高的膜制备精度，因此难以制备出完全均一 的膜。膜的瑕疵直接影响到其大规模应用。因此，膜的均一性成为膜制备 行业里急需解决的重点难点之一。

3D打印属于快速成型技术，是一类融合机电信息，数字模拟，材料科 学等诸多学科的前沿制造技术，通过分层加工，叠加成形的方式生成3D实 体，迄今已发展近30年。与传统制造业相比，3D打印操作简便，可以更精 准的控制打印部件的形状，尺寸和精度，已被成功移植于航空、汽车、消 费电子等行业零部件制造，近年来，3D打印在医疗，食品，纺织，建筑等 领域也取得了长足的发展。

与传统3D打印方式相比，喷射式光固化3D打印综合了光固化成型和 喷射成型数字化、快速、绿色、可控、均一等优点，有效地提高了生产效 率和制造工艺的灵活性，从而可以降低生产成本，为高精度、大规模产业 化铺平了道路，是具有发展潜力的一种制造工艺。国外研究者已经使用光 固化3D打印技术制备高分子聚合材料，JacquesLalevé等学者(DOI: 10.1021/acs.macromol.5b00201)利用萘酰亚胺衍生物材料作为光引发剂， 相较传统的双酰基氧化膦类和樟脑醌类光引发剂，在不同波长的LED光源 照射下，可以更高效的激发环氧烷化合物阳离子聚合反应和丙烯酸酯自由 基聚合反应。HemmaPhilamore等学者 (DOI:10.1016/j.jpowsour.2015.04.113)采用喷射式光固化3D打印技术， 将已商业化的Tangoplus材料打印微生物燃料电池离子交换膜，但电导率， 输出功率，膜电阻等参数均不理想，其原因在于虽然Tangoplus具有一定 的离子交换能力，但其交换容量很低，并非制备离子膜的理想材料。另外， Tangoplus材质松软，这种材料还需要加衬层作为支撑以提高其强度。

根据检索的文献和专利显示，目前尚未有利用喷射式光固化3D打印技 术制备平面或立体分离膜的报道，而该方法制备分离膜具有数字化、快速、 绿色、可控、均一等优点，有较大的市场前景。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用三维成型技术制备有机分离膜的方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种利用三维成型技术制备有机分离膜的方法，首先通过三维制图软 件制备三维分离膜模型，再将模型转换为3D打印机识别的格式；其次，将 有机分离膜的光固化材料体系进行混合，而后过滤和脱气处理；将处理后 的光固化材料液注入3D打印机的腔体中，以逐层喷射方式进行打印分离膜， 并结合光源聚合固化成型；最后得到分离膜。

具体是：

(1)首先使用三维制图软件建立分离膜制品的三维数字模型(膜结构 和尺寸)，再将模型转换为控制3D打印设备的工作指令，作为3D打印机的 控制端执行文件；

(2)其次，将有机分离膜的光固化材料体系进行混合，而后过滤和脱 气处理；

(3)处理过的光固化材料注入到喷射式3D打印机进料腔中，3D打印设 备接受指令，通过喷头喷涂，在光源照射下进行光聚合固化反应；最后得 到分离膜。

所述三维制图软件包括AutoCAD,SolidWorks,Unigraphics, Pro/Engineer,CATIA,3dsMAX,Maya。

所述分离膜模型为平面模型或立体模型，即表面没有突起或设计有突 起的结构。

所述光固化材料体系为预聚物、光引发剂、稀释剂和助剂；按重量百 分比计，30％-80％预聚物、0.1％-20％光引发剂、5％-50％稀释剂和0％-30％助剂。