[发明专利]一种埃洛石纳米管增强的超薄陶瓷膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种埃洛石纳米管增强的超薄陶瓷膜及其制备方法，涉及陶瓷膜加工技术领域。本发明的超薄陶瓷膜是利用陶瓷粉体、埃洛石纳米管、聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物、表面活性剂以及有机溶剂作为原料制备而成。其中表面活性剂是由泊洛沙姆和Arlacel‑P135构成。本发明通过调整原料体系，使得埃洛石纳米管的加入量提高至10％‑15％，同时降低了固化难度，使得该陶瓷膜能够加工成超薄且硬度高的分离膜材料。

技术领域

本发明属于陶瓷膜加工技术领域，具体涉及一种埃洛石纳米管增强的超薄陶瓷膜及其制备方法。

背景技术

无机陶瓷膜具有机械强度高、耐酸耐碱耐高、耐清洗寿命长等特点，为了提高陶瓷膜的分离效率，往往需要经过多次涂覆-烧结-再涂覆过程，这造成了陶瓷膜的制备周期长、工艺复杂、成本较高等问题，同时使得陶瓷膜的厚度相对较大。

随着膜分离技术的不断发展，超薄分离膜越来越备受青睐。目前陶瓷膜随着厚度降低，其脆性急剧增大，导致超薄陶瓷膜的加工成型难度大。现有的研究发现，在陶瓷粉体中加入纳米填料虽然能够使得陶瓷膜的硬度增强，但是同时也会导致陶瓷膜的孔隙率降低，进而使得该类陶瓷膜的分离性能差，在使用过程中极易发生堵塞现象，降低了陶瓷膜的使用寿命。

埃洛石纳米管(HNTs)是一种天然高岭石水合物，化学分子式为Al₂Si₂O₅(OH)₄·nH₂O。埃洛石纳米管主要是由空心、亚微米大小的管状结构所组成。因此将埃洛石纳米管作为纳米填料提高陶瓷膜的机械性能同时避免降低陶瓷膜空隙具有较大的应用前景。但是陶瓷粉体中即便加入少量的埃洛石纳米管，也会使得陶瓷浆料粘度骤增，这使得涂覆在玻璃板上的陶瓷液膜在极性溶剂中固化成膜的难度增大，同时埃洛石纳米管的加入量过少，无法显著提高陶瓷膜的硬度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种埃洛石纳米管增强的超薄陶瓷膜。本发明通过调整原料体系，使得埃洛石纳米管的加入量提高至10％-15％，同时降低了固化难度，使得该陶瓷膜能够加工成超薄且硬度高的分离膜材料。

本发明所述埃洛石纳米管增强的超薄陶瓷膜是由以下质量百分数的原料构成：

陶瓷粉体30％-45％，

埃洛石纳米管10％-15％，

聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物7％-10％，

表面活性剂1％-2％，

其余为有机溶剂，所述表面活性剂是由泊洛沙姆和Arlacel-P135构成。

具体而言，本发明所述陶瓷粉体为氧化铝、高岭土、水滑石、粉煤灰、碳化物、硼化物中的至少一种。

具体而言，本发明所述聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物中聚乙二醇占比为15-20wt％。所述聚砜-聚乙二醇嵌段共聚物的制备方法可参照本课题组发表的《双亲性聚砜嵌段共聚物的制备及其在分离膜领域的应用》一文。

具体而言，本发明所述表面活性剂中泊洛沙姆和Arlacel-P135的质量比为1-2:1:2。

具体而言，本发明所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的一种。其中有机溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮。

具体而言，本发明所述埃洛石纳米管的径向宽度小于100nm，径向比为5-20之间。

本发明还提供了所述埃洛石纳米管增强的超薄陶瓷膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制铸膜液

按比例称取原料，先将埃洛石纳米管和表面活性剂在有机溶剂中溶解分散，然后再加入聚砜–聚乙二醇嵌段共聚物，充分搅拌溶解再加入陶瓷粉体，混合均匀获得具有流动性的浆状铸膜液；