一种基于两性多硅共聚物制备两性离子膜的方法技术

先选择一种含有双键和卤甲基的单体A、一种含有羧基、酸酐或磺酸基团的单体B、一种含有双键和烷氧基硅基团的单体C，三种单体与溶剂和引发剂共混后，进行自由基共聚反应，通过旋转蒸发浓缩，得到多硅共聚物溶液。多硅共聚物可进行如下两种铵化方式，一种方式是先铵化再与聚乙烯醇(PVA)共混，即将多硅共聚物溶液滴加入三甲胺有机溶液中，再与PVA进行溶胶-凝胶反应，热处理后形成两性离子膜；另一种方式是先与PVA共混成膜再铵化，即将多硅共聚物溶液直接滴加入PVA溶液中，经过溶胶-凝胶反应和热处理后，形成膜片，膜片可选择性地浸泡在三甲胺水溶液中进行季铵化，即可得到本发明专利技术所述的两性离子膜。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】先选择一种含有双键和卤甲基的单体A、一种含有羧基、酸酐或磺酸基团的单体B、一种含有双键和烷氧基硅基团的单体C，三种单体与溶剂和引发剂共混后，进行自由基共聚反应，通过旋转蒸发浓缩，得到多硅共聚物溶液。多硅共聚物可进行如下两种铵化方式，一种方式是先铵化再与聚乙烯醇(PVA)共混，即将多硅共聚物溶液滴加入三甲胺有机溶液中，再与PVA进行溶胶-凝胶反应，热处理后形成两性离子膜；另一种方式是先与PVA共混成膜再铵化，即将多硅共聚物溶液直接滴加入PVA溶液中，经过溶胶-凝胶反应和热处理后，形成膜片，膜片可选择性地浸泡在三甲胺水溶液中进行季铵化，即可得到本专利技术所述的两性离子膜。【专利说明】
本专利技术属于膜制造
，涉及，具体为通过溶胶?凝胶法制备两性离子膜。
技术介绍
离子膜是一种功能高分子材料，膜内含有高分子骨架和离子交换基团，离子交换基团分为阳离子交换基团(?S03?和?C00H)和阴离子交换基团(?N+R3)。常规的阳离子交换膜(简称阳膜)内仅含有阳离子交换基团，常规的阴离子交换膜(简称阴膜)内仅含有阴离子交换基团。若膜内兼含两种基团则称为两性离子膜，两性离子膜在制备过程中存在工艺复杂、反应程度低、难以成型等缺陷。 《膜科学杂志》(Journalof Membrane Science, 376，2011，233 - 240)报道了先制备一种含有?COOH基团的共聚物，共聚物与聚乙烯醇(PVA)进行溶胶?凝胶反应，生成涂膜液，热处理后得到有机?无机杂化阳膜，膜的稳定性和扩散渗析效果良好。但共聚物和膜内仅含有单一的阳离子交换基团即?C00H，并且由于?COOH基团的极性较低，导致共聚物与PVA相容性不佳，因此涂膜液中含有较多沉淀，膜不均一。 中国专利申请号CN201010107733.7公布了一种有机?无机杂化阳膜的制备方法，先制备一种兼含?Si (OR)3和?COOH(或酸酐)基团的共聚物，共聚物与磺化聚苯醚共混后，进行原位溶胶?凝胶反应成膜。膜的物理稳定性好、电学性能稳定，但由于磺化聚苯醚内不含?OH基，导致磺化聚苯醚和共聚物之间缺乏共价键交联，膜的均一性不足，在扩散渗析领域的应用性能不足。 中国专利CN102658036A公开了一类有机?无机杂化阳膜的制备方法。先制备一种兼含?Si (OR)3和?SO3Na基团的多硅交联剂，多硅交联剂与PVA进行溶胶?凝胶反应，生成涂膜液，热处理后得到杂化阳膜。该方法制备的阳膜均一透明、机械性能良好、稳定性高，可应用于碱回收领域。但共聚物和膜内仅含有单一的离子交换基团即?SO3Na,仅具有阳离子交换特征，在离子吸附和扩散渗析等应用领域性能有限。 《有害材料杂志》(Journalof Hazardous Materials, I73, 2OlO, 438 - 444)报道了利用含有双酸酐基团的小分子与含有?NH?基团的小分子硅烷进行化学反应，利用?NH?基团打开环状酸酐基团，产物再与溴乙烷进行季铵化反应，得到两性材料。该方法制备的材料可应用于吸附Pb2+离子。但由于制备过程中一直采用小分子进行化学反应，?NH?、酸酐和溴乙烷的活性低，反应程度不高，使得产物缺乏柔韧性和成膜能力，只能形成脆性的不规则状材料。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种含阳离子交换基团和阴离子交换基团的两性多硅共聚物离子膜的方法。 本专利技术通过以下技术方案实现: ，包含以下步骤: I)选用一种含有双键和卤甲基的单体A，一种含有羧基或磺酸基团的单体B，一种含有双键和烷氧基硅基团的单体C ； 2)混合三种单体、溶剂和引发剂，其中单体A与B与C的摩尔比为1:0.5?8:0.5?6，溶剂与三种单体总和的体积比为15?30:1，引发剂与三种单体总和的体积比为 0.006?0.016:1，引发剂为过氧化二苯甲酰(BPO)或偶氮二异丁腈(AIBN)； 3)将上述混合物在60?80°C条件下反应12 — 48h，通过旋转蒸发除去60?75%体积的溶剂，制得多硅共聚物溶液； 4)在搅拌条件下，以多硅共聚物与聚乙烯醇(PVA)的质量比为0.25?1.2:1向聚乙烯醇溶液内滴加多硅共聚物，其中聚乙烯醇溶液的质量浓度为5%?10%，温度为25?70°C，滴加时间为0.5?2h ; 5)滴加完毕后，继续在25?70°C搅拌反应12?36h，在基体上涂膜，室温环境中干燥至形成均匀稳定的凝胶层即膜片，揭下膜片后进行热处理，热处理后得到的膜不浸泡、或浸泡在质量浓度为9?30%的三甲胺溶液中24?60h，即可得到本专利技术所述的两性离子膜； ，包含以下步骤: I)选用一种含有双键和卤甲基的单体A，一种含有羧基或磺酸基团的单体B，一种含有双键和烷氧基硅基团的单体C ； 2)混合三种单体、溶剂和引发剂，其中单体A与B与C的摩尔比为1:0.5?8: 0.5?6，溶剂与三种单体总和的体积比为15?30:1，引发剂与三种单体总和的体积比为 0.006?0.016:1，引发剂为过氧化二苯甲酰(BPO)或偶氮二异丁腈(AIBN)； 3)将上述混合物在60?80°C条件下反应12?48h，通过旋转蒸发除去60?75%体积的溶剂，制得多硅共聚物溶液； 4)以三甲胺与多硅共聚物中卤甲基摩尔比为3?8:1将多硅共聚物溶液滴入三甲胺有机溶液中，控制滴加时间为0.17?0.5h、共混后溶液的质量浓度为4- 10%，滴加完毕后继续搅拌反应0.3 - 3h，在0.2?2h加入温度为25?70°C、质量浓度为5%?10%的聚乙烯醇溶液内，其中多硅交联剂与聚乙烯醇的质量比为0.25?1.2:1 ; 5)加入完毕后，继续在25?70°C搅拌反应12?36h，在基体上涂膜，室温环境中干燥至形成均匀稳定的凝胶层即膜片，揭下膜片后进行热处理，即可得到本专利技术所述的两性离子膜。 所述单体A为氯甲基苯乙烯(VBC)、季铵化氯甲基苯乙烯(QVBC)、3 —溴丙烯(BPE)和丙烯酰胺； 所述单体B为丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MA)、苯乙烯璜酸钠、衣康酸和马来酸； 所述单体C为甲基丙烯酸三甲氧基硅烷(KH?570)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、乙烯基三甲氧基硅烷和烯丙基三甲氧基硅烷(ALLMO)； 本专利技术所述溶剂为N，N?二甲基甲酰胺(DNF)、N?甲基吡咯烷酮(NMP)、甲苯或氯仿； 本专利技术所述三甲胺有机溶液内的溶剂包括DMF或乙醇； 本专利技术所述基体为玻璃板、聚四氟乙烯板或聚氯乙烯板； 本专利技术所述涂膜的方法为刮膜、流涎或涂覆； 本专利技术所述热处理的方法为:将膜片置于温度60?80°C环境中并以5?15°C /h的速度升温至130?140°C，保温I?4h。 本专利技术的有益效果为通过共聚法制备一种兼含阳离子交换基团和阴离子交换基团的两性多硅共聚物，共聚物与多羟基聚合物共混后，可以直接将两种离子交换基团引入至膜内。膜制备步骤简单，得到的膜具有均匀性高、柔韧性好、可调控性高等优势。 【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明，以下所述，仅是对本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的
技术实现思路
加以变更为同等变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两性多硅共聚物制备两性离子膜的方法，其特征在于包含以下步骤：1)选用一种含有双键和卤甲基的单体A，一种含有羧基或磺酸基团的单体B，一种含有双键和烷氧基硅基团的单体C；2)混合三种单体、溶剂和引发剂，其中单体A与B与C的摩尔比为1：0.5～8：0.5～6，溶剂与三种单体总和的体积比为15～30：1，引发剂与三种单体总和的体积比为0.006～0.016：1，引发剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈；3)将上述混合物在60～80℃条件下反应12～48h，通过旋转蒸发除去60～75％体积的溶剂，制得多硅共聚物溶液；4)在搅拌条件下，以多硅共聚物与聚乙烯醇质量比为0.25～1.2﹕1向质量浓度为5％～10％的聚乙烯醇溶液内滴加多硅共聚物，保持聚乙烯醇溶液温度为25～70℃，滴加时间为0.2～2h；5)滴加完毕后，继续在25～70℃搅拌反应12～36h，在基体上涂膜，室温环境中干燥至形成均匀稳定的凝胶层即膜片，揭下膜片后进行热处理，热处理后得到的膜不浸泡、或浸泡在质量浓度为9～30％的三甲胺溶液中24～60h，即可得到本专利技术所述的两性离子膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永会，蔡永晨，茆福林，
申请(专利权)人：盐城师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32