[发明专利]一种高分子半透材料

说明书

本发明提供了一种高分子半透材料，具有三维联通的孔隙结构，其特征在于：围绕孔隙的茎上有茎孔，孔隙孔径为100‑1000nm，茎直径为50‑600nm，茎孔孔径30‑200nm。本发明通过对高分子半透材料结构的改进，提高了性能的持久性，材料选择效率和选择效果均较高，并且服役期长。

技术领域

本发明涉及一种高分子半透材料。

背景技术

高分子材料（macromolecular material）是以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。高分子材料独特的结构和能够被改性和加工的特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。

高分子分离材料是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的分离材料。采用这样的半透性材料，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离，具有省能、高效和洁净等特点。分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、膜蒸馏和液膜分离等。高分子分离材料有许多种类，如含氟聚合物、聚砜、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等。高分子分离材料的应用非常广泛，例如，利用离子交换膜电解食盐、利用反渗透进行海水淡化和脱盐、利用气体分离膜从空气中富集氧等。高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。然而目前对于结构与性能的关系并未研究透彻，比如捕集率截留率与渗透率处理速度等矛盾；高分子分离材料具有精密的微观结构，易于受损，服役期短，使用成本高。

发明内容

高分子材料在用于物质的选择性分离过程中，当其中的一种或多种分子在通过材料表面和/或内部时，分子的微观结构会受到其与材料的作用以及键结构（如氢键等）的影响，从而影响了物质的通过率和通过量，另一方面材料的微观结构也会受到影响，从而影响材料分离效力、服役期等。本发明的目的在于提供一种服役期长的高分子材料。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种高分子半透材料，具有三维联通的孔隙结构，其特征在于：围绕孔隙的茎上有茎孔，孔隙孔径为100-1000nm，茎直径为50-600nm，茎孔孔径30-200nm。发明人在研究中发现，茎作为所述高分子材料的骨骼骨架，其本身的结构对于材料用于分离用途的相关性能有影响，茎孔、茎、孔隙的相对尺寸对处理量和材料的分离性能持久性有关。

为了进一步优化材料的分离性能，所述材料的孔隙率为60%-95%。

既保证了分离物质的通过效率和通过量，同时兼顾材料的使用率。茎孔在茎上的分布状况是重要因素之一。茎总表面积中，茎面积：茎孔面积=1-30：1。

上述高分子半透材料，孔茎材料优选为聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯分离材料，水接触角154°以上，具有超疏水性能。所述聚四氟乙烯分离材料适用于膜蒸馏，通量>20L/m2·h。截留率99％以上。

上述高分子材料的制备方法，采用静电纺丝法，包括纺丝乳液制备、纺丝、烧结，所述烧结中采用控温控压连续烧结。以聚四氟乙烯分离材料为例，聚四氟乙烯具有稳定的惰性的物化性能，其加工不易，尤其是对于其微观结构的控制和保持更是业界难题。

所述控温控压连续烧结是：①在2-10Pa真空下以2-10℃/min从室温升温到95-105℃，并保持温度和压力20-30min；②在5min内充入氮气至压力50-90kPa，同时以3-8℃/min升温到370-400℃，并在50-90kPa、370-400℃下保持5-15min；③加热结束后，10min内使真空至30-150Pa保持至冷却。

本发明提供具有上述结构的PTFE高分子材料的制备方法，包括以下步骤：