[发明专利]高强度的聚偏氟乙烯多孔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度的聚偏氟乙烯多孔膜，该多孔膜的表面和断面具有微米级孔结构，多孔膜断面的孔结构呈胞腔状且胞腔状孔在多孔膜孔的断面上均匀分布，该多孔膜的结晶度为30％～39％，该多孔膜的厚度为25～60μm，孔隙率为64％～88％，拉伸断裂应力为2.0～4.5MPa。本发明还提供了该聚偏氟乙烯多孔膜的制备方法，步骤如下：(1)将聚偏氟乙烯干粉溶解于45～65℃的N‑甲基吡咯烷酮中形成均匀的铸膜液；(2)将脱气后的铸膜液制成连续均匀的液膜，立即将载有液膜的铸膜平板在45～65℃、相对湿度为60％～80％的恒温恒湿条件下静置0.5～20min，然后将载有液膜的铸膜平板放入温度为室温的水中浸泡至液膜完全凝固，将凝固后的膜在水中洗涤，将洗涤后的膜干燥即得。

技术领域

本发明属于聚偏氟乙烯多孔膜领域，具体涉及高强度的聚偏氟乙烯多孔膜及其制备方法。

背景技术

在高分子膜领域中使用范围最广和研究最多的多孔膜基材为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSf)和聚醚砜(PES)，其中PVDF多孔膜因其良好的热稳定性、化学稳定性以及机械强度而被广泛应用到微滤、超滤等分离领域。由于PVDF是一种特殊的半结晶聚合物材料，在利用相转化法制膜过程中，除了常见的液-液分离行为，还有特殊的液-固分离行为发生，易形成大量的球节状结晶颗粒。由于这种球节状颗粒只是物理堆叠在一起，缺少相互作用，导致PVDF多孔膜的机械性能下降，容易破损，从而大大降低了PVDF多孔膜的使用寿命。相比于球节状结构，对称的胞腔状结构和双连续结构更容易获得较高的机械性能。

目前，研究者们大多采用热致相分离法(Thermally induced phase separation,TIPS)来制备PVDF多孔膜。有学者使用碳酸二苯酯(Diphenyl carbonate，DPC)作为溶剂，将PVDF在200℃的高温下溶解于DPC中，并使用精密的控温设备严格控制降温速率对膜进行降温淬火，得到了胞腔状孔结构的膜。当PVDF的质量分数从20％提高到70％，膜的拉伸强度从2.1MPa增加到13.72MPa，但与此同时，膜的孔隙率从78％下降至18％(见Y.K.Lin,Y.H.Tang,H.Y.Ma,J.Yang,Y.Tian,W.Z.Ma,X.L.Wang.Journal of Applied PolymerScience,114(2009)1523-1528)。由于需要在高达200℃的温度下溶解PVDF，还需要精密的控温设备严格控制降温速率，因此该方法存在着制备过程复杂、能耗高等以及膜的拉伸强度和孔隙率无法同时得到保证的不足。相比于复杂的TIPS法，浸没诱导相分离法(Liquidinduced phase separation,LIPS)制备PVDF膜的过程则更为简单，即将湿膜直接浸没到非溶剂(通常为水)凝固浴中，使湿膜快速固化。该过程分相速率快，但形成的是带有致密皮层的非对称指状孔结构(见M.Zhang,A.Q.Zhang,B.K.Zhu,C.H.Du,Y.Y.Xu.Journal ofMembrane Science 319(2008)169-175)。这种指状大孔的存在会大大降低膜的机械性能。