[发明专利]一种孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜、制备方法及其应用

说明书

一种孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜、制备方法及其应用，属于高分子材料技术领域。是将可溶性聚芳醚酮前驱体溶液通过浸没相转化法、水蒸气诱导相转化法或模板法制备多孔膜，然后再经酸化和热处理使其结晶，从而制备得到本发明所述的孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜；所制备的孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜的结晶度为26～29％，孔径范围为0.01～5μm，孔隙率为50～80％，孔形貌为指状孔或海绵状孔，厚度为10～130μm。所述方法操作简单，成本低廉，可规模化生产，并且浸没相转化法、水蒸气诱导相转化法无需外部助剂，进一步节约了工艺成本，可广泛应用于燃料电池、超级电容器、锂离子电池及超滤膜等。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜、制备方法及其在燃料电池、超级电容器、锂离子电池及超滤膜中的应用。

背景技术

高性能膜材料是当代化学工业的核心材料，是解决水资源、能源、环境问题和传统产业技术的战略性材料，已广泛应用于水资源、能源、环境、传统产业和国防等重要领域。与传统材料相比，具有高效率、低能耗、操作简单及环境友好等特点，易于与其他技术集成发挥作用，表现出巨大的优势。

聚芳醚酮是一类半结晶、热塑性的高性能聚合物，主链由醚键、羰基和苯环组成，具有耐热等级高、耐辐射、耐化学腐蚀、耐疲劳、耐冲击、抗蠕变、耐磨损、良好的阻燃性和优异的力学性能。它们的熔点大于等于334℃，玻璃化转变温度大于等于143℃。由于其优异的综合性能，它们是一类应用前景广泛的高分子膜材料基体。然而，优异的耐溶剂性限制了它们加工成型方法的多样性，阻碍了其在实际应用中的广泛性。许多研究和应用通过对其改性而破坏其结晶性或利用浓硫酸对其溶解，但聚芳醚酮的耐溶剂性和机械强度强烈依赖于它们的结晶行为，在改性或硫酸溶解过程中，聚芳醚酮结晶性被破坏，这大大降低了其综合性能和使用性能。

中国专利(CN101234304A)公开了热致相分离法制备的聚醚醚酮多孔膜：将聚醚醚酮与稀释剂混合，通过高温溶解、低温分相的方法形成多孔结构，然而这种方法需要在高温下进行，并且需要耐高温的稀释剂，与本发明中的浸没相转化法及水蒸气诱导相转化法相比，增加了工艺成本和操作难度，并且有些稀释剂在高温下并不稳定，影响工艺效果。中国专利(CN103816820A)公开了一种半结晶型聚醚醚酮多孔膜的制备方法：将聚醚醚酮与聚醚酰亚胺共混挤出成膜，再将聚醚酰亚胺溶解除去得到聚醚醚酮多孔膜，这种方法同样需要在高温下进行，并且需要选择合适的制孔剂，与本发明中的浸没相转化法及水蒸气诱导相转化法相比，增加了工艺成本和操作难度，并且受到制孔剂含量和分散状态的限制，无法得到宽泛的孔径分布，也无法形成可应用于过滤等领域的指状孔形貌，应用十分受限。中国专利(CN107611322A)公开了一种聚醚醚酮锂电隔膜的生产工艺：将卤代甲酮类化合物与双羟基类化合物聚合成聚醚醚酮，并在高温下熔融挤出拉伸成为聚醚醚酮纳米纤维膜，然而这种方法不仅需要在高温下进行，增加了工艺成本和操作难度，并且与本发明中的浸没相转化法、水蒸气诱导相转化法及模板法相比，所得到的聚合物失去了聚醚醚酮原本的结晶性。根据高分子物理的理论，分子链的对称性越高越容易形成结晶，而该发明中聚合物侧链甲基结构的存在使其具有不对称性，因而其制备的多孔膜不具备结晶性，不耐溶剂和高温，会影响在实际应用中的综合性能。

因此，设计孔径可调、形貌可控的结晶型聚芳醚酮多孔膜仍然是许多应用领域亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜、制备方法及其在燃料电池、超级电容器、锂离子电池及超滤膜中的应用，以克服聚芳醚酮加工成型和应用受限的问题。

本发明采用聚芳醚酮-1,3-二氧戊环或聚芳醚酮亚胺溶液，利用浸没相转化法、水蒸气诱导相转化法和模板法，制备了一种孔径可调的结晶型聚芳醚酮多孔膜。所述方法操作简单，成本低廉，可规模化生产，并且浸没相转化法、水蒸气诱导相转化法无需外部助剂，进一步节约了工艺成本。