[发明专利]一种聚合物/聚合物中空微球杂化膜及应用

说明书

本发明涉及分离膜技术，具体的说是一种聚合物/聚合物中空微球杂化膜。所述杂化膜包括聚合物连续相和聚合物中空微球填充物，中空微球的填充可减小膜的实际厚度，可用于气体分离，纳滤、反渗透、渗透汽化、正渗透等膜过程。

技术领域

本发明涉及分离膜技术，具体涉及一种聚合物/聚合物中空微球杂化膜。

背景技术

分离膜的性能主要由分离层的性能所决定，对于气体分离膜和渗透汽化膜来说，分离层通常为致密层，其渗透通量主要由分离层材料本身性能和致密层的厚度来决定。传统的玻璃态聚合物膜材料大多依靠聚合物链段的筛分能力进行分离，可通过改变结构提高聚合物筛分能力来提高聚合物的分离性能。然而，由于受到“Robeson上限”的制约，其渗透性能和分离性能通常是一对矛盾，很难同时获得高的渗透性能和分离性能，这极大的限制了膜分离的进一步推广应用。1989年，Kulprathipanja等人的US专利4735193和4740219中首次提出杂化膜的概念，即将多孔材料，如分子筛，均匀的分散于连续的高分子相中形成杂化膜，通过分子筛的扩散选择性(分子筛分)和选择性吸附来进一步提高膜的分离性能。此外，杂化膜还综合了聚合物膜低成本易加工的特点，有利于其工业应用。最常见的杂化膜最主要为有机-无机杂化膜，填充物主要为多孔材料和实心纳米颗粒，通常认为颗粒的引入会显著改变颗粒附近的聚合物分子链的排布和构型，可改善膜的分离选择性和渗透性能，但是无机颗粒与聚合物材料的相间接触严重影响膜的分离性能，即其界面存在的空隙和缺陷影响了杂化膜的分离选择性。此外，大量的研究表明，欲提高分离选择性，需要加入大量的无机材料，通常至少20wt％，其至有加入70wt％。然而，如此高含量多孔材料的加入会大大降低膜的机械性能和易加工性。同样对于纳滤，反渗透，正渗透等过程，分离层的厚度也决定膜的渗透性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物/聚合物中空微球杂化膜及其应用。本发明的杂化膜分离层包括聚合物连续相和聚合物中空微球分散相(填充物)。与传统的杂化膜相比，本发明成功地弥补了传统杂化膜的缺陷，并且本发明的杂化膜能极大提高渗透性。而且该杂化膜机械强度高，易于加工。

聚合物中空微球因其内部具有空腔使其具有许多特殊性质，如热绝缘性、低密度及光散射性等，已被广泛应用于涂料、化妆品及皮革处理等领域。本专利通过将聚合物和聚合物中空微球共混，制备杂化膜。分离膜致密层的厚度往往通过调节制膜过程中的参数来调节，如挥发时间，干纺距离，膜液组成等等。目前文献报道中，聚合物膜致密分离层的厚度最小能达到几十个纳米。由于中空微球具有空腔结构，物料透过膜时，其在分离层中实际的传质距离(真实分离层厚度)要小于表观厚度。这样在现有技术能达到的表观分离层厚度的条件下(几十纳米)，无形中减小了分离层实际厚度，提高了膜的渗透通量，如附图说明中所示。

具体的说，所述的杂化膜，膜的形式包括：平板式，管式和中空纤维式。杂化膜分离层的连续相组成包括至少一种聚合物，可选自：任意的纯粹高分子材料；包括：聚砜类，聚醚砜类，聚酰亚胺类，硅橡胶类，聚碳酸酯类，纤维素类，壳聚糖类，聚醚酰亚胺类，聚酯碳酸酯类，聚氧化乙烯类，聚吡咯烷酮类，聚醚酰胺类，聚酰胺类，聚乙烯类，聚苯乙烯类，聚醚类，聚烯丙基类，聚醚酮类，聚醚醚酮类，聚芳醚类，聚二异氰酸酯类，聚氨酯类，聚酯类，聚碳化二亚胺类，以及包含有上述重复单元的共聚物、含有上述聚合物的接枝物和共混物聚合物。

聚乙烯类聚合物包括：聚乙烯醇类，包括聚乙酸乙烯酯和聚丙酸乙烯酯的聚乙烯基酯，聚乙烯基吡啶，聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙烯基醚，聚乙烯基酮，包括聚乙烯基醇缩甲醛和聚乙烯基醇缩丁醛的聚乙烯基醛，聚乙烯基酰胺，聚乙烯基脲，聚氯乙烯，聚氟乙烯类及其衍生物；

聚苯乙烯类聚合物，包括：含苯乙烯的共聚物；

纤维素类聚合物，包括：乙酸丁酸纤维素，丙酸纤维素，甲基纤维素，乙基纤维素，硝基纤维素，甲种纤维素；

聚酰胺和聚酰亚胺类，包括芳香族聚酰胺和芳香族聚酰亚胺；