專利名稱：一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用離子液體輔助制備壓電性聚偏氟乙烯多孔膜及其方法。
背景技術(shù)：
聚偏氟乙烯主要有三種晶型，分別為α、β和γ。α晶體沒(méi)有極性，β和Y晶體則是極性的。其中，β晶體因具有優(yōu)異的壓電性而引起了廣泛關(guān)注。浸沒(méi)沉淀法制備聚偏氟乙烯多孔膜通常形成α晶體，很少得到具有壓電效應(yīng)的β晶體。聚偏氟乙烯多孔膜中的非極性相α晶體可以通過(guò)電極化轉(zhuǎn)化為具有壓電效應(yīng)的β晶體(參見(jiàn)非專利文獻(xiàn):Piezoelectric membranes for separation processes: fabrication andpiezoelectric properties, J.Membr.Sc1.434 (2013) 184-192)。聚偏氟乙烯多孔膜的壓電性可以大幅度減少其在過(guò)濾過(guò)程中受污染程度，從而提高分離效率(Productionand characterization of piezo-electric membranes, Desalination 283 (2011)52-57)。盡管如此，強(qiáng)電場(chǎng)極化容易導(dǎo)致多孔膜被擊穿，并且極化得到的不完全是β晶體，而是α和β晶體共存的。離子液體作為一類低熔點(diǎn)的有機(jī)鹽，具有沸點(diǎn)高、非揮發(fā)性以及良好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，廣泛地被應(yīng)用于新型高分子材料的制備。由于離子液體所具有的獨(dú)特性能，目前它被廣泛應(yīng)用于化學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域中。離子液體作為反應(yīng)的溶劑已被應(yīng)用到多種類型反應(yīng)中。例如，與傳統(tǒng)溶劑相比，離子液體能減少使用揮發(fā)性大的有機(jī)溶劑，降低對(duì)環(huán)境的污染，減少?gòu)U物的產(chǎn)生，最重要的是離子液體中陰陽(yáng)離子電荷作用對(duì)高分子材料結(jié)晶產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。另外，離子液體還能改善無(wú)機(jī)納米粒子在高分子基體中的分散，有利于提高納米復(fù)合材料的性能。然而，利用離子液體輔助制備壓電性聚偏氟乙烯多孔膜至今未見(jiàn)報(bào)道。本發(fā)明采用含離子液體的混合溶劑經(jīng)浸沒(méi)沉淀法一步即得到了完全β晶體的分離膜，制備方法簡(jiǎn)單，容易工 業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，所制備分離膜的水通量也得到了大幅度的提高，進(jìn)一步改善了分離膜的性能，提高了膜分離效率，可廣泛地應(yīng)用于工業(yè)膜分離過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜及其制備方法。利用離子液體加速聚偏氟乙烯結(jié)晶、抑制液-液相分離，由此得到具有顆粒狀形態(tài)和高水通量的聚偏氟乙烯多孔膜。在低凝固浴溫度條件下，離子液體的存在促進(jìn)聚偏氟乙烯結(jié)晶生成β晶體而沒(méi)有α和Y晶體。聚偏氟乙烯多孔膜β晶體具有壓電效應(yīng)，在分離過(guò)程中可以提高薄膜抗污染特性和分離效率。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
技術(shù)方案之一:
一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜，所述多孔膜由聚偏氟乙烯溶于N，N-二甲基甲酰胺和離子液體的混合溶劑中，經(jīng)浸沒(méi)沉淀法制備得到，聚偏氟乙烯在混合溶劑中w/v的濃度為10-20%，混合溶劑中N，N- 二甲基甲酰胺的體積百分比為60-95%，離子液體的體積百分比為5-40%ο優(yōu)選:所述的離子液體為1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或幾種。進(jìn)一步通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料改善多孔膜的性能，所述無(wú)機(jī)填料包括碳納米管、二氧化硅和石墨烯；無(wú)機(jī)填料的加入質(zhì)量為聚偏氟乙烯的廣20%。技術(shù)方案之二:一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜的制備方法，其制備方法如下:所述多孔膜是由N，N- 二甲基甲酰胺和離子液體混合溶劑將聚偏氟乙烯溶解后，經(jīng)浸沒(méi)沉淀法制備得到?；蛩龆嗫啄な怯蒒，N-二甲基甲酰胺將聚偏氟乙烯溶解后，再加入離子液體混合均勻，經(jīng)浸沒(méi)沉淀法制備得到。優(yōu)選其制備方法如下:
(1)按所述配比稱量聚偏氟乙烯、N，N-二甲基甲酰胺、離子液體；其中聚偏氟乙烯在混合溶劑中w/v的濃度為10-20%，混合溶劑中N，N- 二甲基甲酰胺的體積百分比為60-95%，離子液體的體積百分比為5-40% ；
(2)將N，N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯混合，加熱至在6(Γ100 ，將聚偏氟乙烯溶解，然后加入離子液體搖勻脫泡；
(3)將上述溶液倒在玻璃板上用玻璃棒刮出200±20um的液膜，然后浸入(T80°C水浴中20±5min得到聚偏氟乙烯膜，再分別浸入去離子水和酒精中24±4h，除去離子液體得到壓電性聚偏氟乙烯多孔膜。

本發(fā)明所述的浸沒(méi)沉淀法(immersion precipitation)是就是將鋪好溶液的玻璃板放到凝固浴內(nèi)，溶液和凝固浴發(fā)生交換即得到固態(tài)聚偏氟乙烯多孔膜。進(jìn)一步優(yōu)選制備方法如下:將N，N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯混合，加熱9(Tl00°C，用玻璃棒刮出200±20um的液膜，然后浸入(TC水浴中。技術(shù)方案之三:一種包含采用所述的壓電性聚偏氟乙烯多孔膜為材料的部件。一種包含采用所述的壓電性聚偏氟乙烯多孔膜為材料的部件的制品。本發(fā)明所用主要設(shè)備是水浴鍋；原料溶解溫度6(T10(TC，優(yōu)選9(Γ100 。凝固浴溫度設(shè)置為(T80°C，0°C最佳。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)所制備的多孔膜不僅具有較高的強(qiáng)度，而且在低水壓差下水通量也很高，滿足工業(yè)膜分離過(guò)程的要求。(2)聚偏氟乙烯為典型的高分子壓電材料，所制備多孔膜不但具有高水通量，還具有壓電性能，可作為功能材料使用。(3)適用于本發(fā)明的離子液體種類多，可選擇范圍廣；同時(shí)，除了能夠提高多孔膜的水通量，還可以控制其制備過(guò)程形成具有壓電性β晶體，可以大幅度減少其在過(guò)濾過(guò)程中受污染程度，從而提高分離效率。(4)制備僅需使用常用的水浴鍋，工業(yè)制備簡(jiǎn)單、容易操作。


圖1本發(fā)明實(shí)施例中離子液體和凝固浴溫度對(duì)多孔膜水通量的影響。圖2本發(fā)明實(shí)施例中0°C凝固浴離子液體對(duì)多孔膜晶體結(jié)構(gòu)的影響。圖3本發(fā)明實(shí)施例中80°C凝固浴離子液體對(duì)多孔膜晶體結(jié)構(gòu)的影響。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，如水浴溫度、離子液體的用量調(diào)整等，這些等價(jià)形式同樣屬于本發(fā)明技術(shù)方案限定的范圍。實(shí)施例1-8
按照表I配比稱取聚偏氟乙烯、離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽)和N，N-二甲基甲酰胺，將稱量好的N，N-二甲基甲酰胺在95°C將聚偏氟乙烯溶解，然后加入離子液體搖勻脫泡。將上述溶液倒在玻璃板上用玻璃板刮出約200um的液膜，然后分別浸入O和80 V水浴中20min得到聚偏氟乙烯膜，再分別浸入去離子水和酒精中24h除去離子液體得到壓電性聚偏氣乙纟布多孔月旲。其中實(shí)施例4，8中進(jìn)一步通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料改善多孔膜的性能，所述無(wú)機(jī)填料包括碳納米管、二氧化硅和石墨烯；無(wú)機(jī)填料的加入質(zhì)量為聚偏氟乙烯的10%。對(duì)比例1-2
按照表I配比稱取聚偏氟乙烯和N，N- 二甲基甲酰胺，在95°C將聚偏氟乙烯溶解于N，N- 二甲基甲酰胺并脫泡。將上述溶液 倒在玻璃板上用玻璃棒刮出約200um的液膜，然后分別浸入O和80°C水浴中20min得到聚偏氟乙烯膜，再分別浸入去離子水和酒精中24h除去離子液體得到壓電性聚偏氟乙烯多孔膜。
權(quán)利要求
1.一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜，其特征在于所述多孔膜由聚偏氟乙烯溶于N，N-二甲基甲酰胺和離子液體的混合溶劑中，經(jīng)浸沒(méi)沉淀法制備得到，聚偏氟乙烯在混合溶劑中w/v的濃度為10-20%，混合溶劑中N，N-二甲基甲酰胺的體積百分比為60-95%，離子液體的體積百分比為5-40%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜，其特征在于所述的離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜，其特征在于進(jìn)一步通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料改善多孔膜的性能，所述無(wú)機(jī)填料包括碳納米管、二氧化硅和石墨烯；無(wú)機(jī)填料的加入質(zhì)量為聚偏氟乙烯的廣20%。
4.一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜的制備方法，其特征在于其制備方法如下:所述多孔膜是由N，N-二甲基甲酰胺和離子液體混合溶劑將聚偏氟乙烯溶解后，經(jīng)浸沒(méi)沉淀法制備得到。
5.一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜的制備方法，其特征在于其制備方法如下:所述多孔膜是由N，N- 二甲基甲酰胺將聚偏氟乙烯溶解后，再加入離子液體混合均勻，經(jīng)浸沒(méi)沉淀法制備得到。
6.如權(quán)利要求5所述一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜的制備方法，其特征在于其制備方法如下: (1)按所述配比稱量聚偏氟乙烯、N，N-二甲基甲酰胺、離子液體；其中聚偏氟乙烯在混合溶劑中w/v的濃度為10-20%，混合溶劑中N，N- 二甲基甲酰胺的體積百分比為60-95%，離子液體的體積百分比為5-40% ； (2)將N，N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯混合，加熱至在6(Γ100 ，將聚偏氟乙烯溶解，然后加入離子液體搖勻脫泡； (3)將上述溶液倒在玻璃板上用玻璃棒刮出200±20um的液膜，然后浸入(T80°C水浴中20±5min得到聚偏氟乙烯膜，再分別浸入去離子水和酒精中24±4h，除去離子液體得到壓電性聚偏氟乙烯多孔膜。
7.如權(quán)利要求6所述一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜的制備方法，其特征在于制備方法如下:將N，N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯混合，加熱9(Tl00°C ;用玻璃棒刮出200±20um的液膜，然后浸入O V水浴中。
8.一種包含采用權(quán)利要求1 一 7任一項(xiàng)所述的一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜為材料的部件。
9.一種包含采用權(quán)利要求1 一 7任一項(xiàng)所述的一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜為材料的部件的制品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電性聚偏氟乙烯多孔膜及其制備方法，其特征在于所述多孔膜由聚偏氟乙烯溶于N，N-二甲基甲酰胺和離子液體的混合溶劑中，經(jīng)浸沒(méi)沉淀法制備得到，聚偏氟乙烯在混合溶劑中w/v的濃度為10-20%，混合溶劑中N，N-二甲基甲酰胺的比例為體積60-95%，離子液體的體積比例為5-40%。本發(fā)明提供的壓電性聚偏氟乙烯多孔膜具有優(yōu)異的水通量，滿足工業(yè)分離膜性能要求；同時(shí)，所制備聚偏氟乙烯多孔膜為具有壓電效應(yīng)的β晶體，可以在低交變電場(chǎng)下發(fā)生振動(dòng)，有助于進(jìn)一步提高分離膜的抗污染能力和膜分離效率。
文檔編號(hào)B01D67/00GK103252174SQ20131022278
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年6月6日
發(fā)明者那兵 申請(qǐng)人:東華理工大學(xué)