[发明专利]一种聚丙烯腈纳米纤维多孔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚丙烯腈纳米纤维多孔膜的制备方法。本发明采用简单的刮膜法进行聚丙烯腈膜的制备，其中，速冻是高致密度、小孔径铸片制备的决定性因素。高的过冷度诱导铸膜液体系相分离和凝胶化的快速发生，同时低温冷冻能够快速固化铸膜液体系发生相分离和凝胶所产生的结构，避免大孔的生长，最终得到高致密度、小孔径铸片，最终，双向拉伸诱导纤维的生成和拉伸扩孔机制是最终形成聚丙烯腈纳米纤维膜结构。本发明提供的聚丙烯腈纳米纤维多孔膜的制备方法工艺简单、可产业化，并且制备得到的多孔膜孔隙率高，透气性好。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯腈纳米纤维多孔膜及其制备方法。

背景技术

多孔膜与相应的膜分离技术，包括微滤、超滤、电渗析、反渗透等，已广泛应用于食品、医药卫生、生物技术、化工和环境等领域，并发挥着愈加重要的作用。纳米纤维多孔膜是一种新型的多孔膜材料，具有较高的比表面积和孔隙率、较大的孔径、较好的透气性、原料来源丰富等优点，在水处理、海水淡化、药物提纯、建筑保护膜及户外防护服等领域有广泛应用。由于纳米纤维多孔膜较高的孔隙率和较低的曲率因子、可控的孔径大小能够有效地减少内浓差极化对水通量的影响，其在水处理领域表现出良好的应用前景。

聚丙烯腈(PAN)具有优良的成膜性、耐化学试剂、耐光性、耐气候和耐霉菌性，是一种较为理想的制膜材料。聚丙烯腈多孔材料已被广泛应用于水处理、渗透汽化、酶固定化、生物医药、炭材料等领域。目前聚丙烯腈多孔膜主要有三种制备方法：热致相分离法、非溶剂致相分离法和静电纺丝法。热致相分离法、非溶剂致相分离法用于制备不同孔径和孔结构的聚丙烯腈多孔膜和中空纤维膜，不能形成纤维网络结构，如专利CN94116066、CN201110331954、CN201610414768、CN201610414879、CN201810133195、CN201810147426、CN201810365172等。这两种方法也是目前商用聚丙烯腈膜制备的主要方法。

静电纺丝法是制备纳米纤维多孔膜的常规方法，也是目前报道的制备聚丙烯腈纳米纤维多孔膜的唯一方法，如专利CN201710890665、CN201711228558、CN201711449218、CN201810066352、CN201810433440、CN201810506668等中都是使用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纳米纤维和纳米纤维膜。静电纺丝技术是利用高分子溶液或熔体在高压电场作用下发生极化，在电场力的驱动下，克服溶液表面张力，从喷丝嘴中喷射而出形成射流。射流在电场中发生不稳定运动如裂化和细化，继而在接受器上形成薄膜，再经溶剂挥发或熔体冷却凝固过程，最终形成纤维无纺布。

但是静电纺丝技术对于纺丝溶液的导电性和粘度要求较高，不适用于聚烯烃类多孔膜的制备。目前，通过这种方法制备出来的聚丙烯腈纳米纤维多孔膜虽然孔隙率较高，纤维粗细分布也比较均匀，但由于静电纺丝制备在产业化方面存在较大问题，还处于实验研究阶段。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚丙烯腈纳米纤维多孔膜及其制备方法，本发明提供的聚丙烯腈纳米纤维多孔膜的制备方法工艺简单、可产业化，并且制备得到的多孔膜孔隙率高，透气性好。

本发明提供了一种聚丙烯腈纳米纤维多孔膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将聚丙烯腈、溶剂和添加剂混合，进行加热溶解，脱泡后，得到混合溶液；

将所述混合溶液进行刮膜后速冻以及去溶剂，得到聚丙烯腈膜；

B)将所述聚丙烯腈膜进行双向拉伸，热定型后，得到聚丙烯腈纳米纤维多孔膜。

优选的，所述聚丙烯腈原料重均分子量为10万～100万；所述溶剂选自极性非质子溶剂，所述添加剂选自水和/或乙醇，所述聚丙烯腈、溶剂和添加剂的质量比例为(0.5～1.5):(7～9):(0.5～1.5)。