一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法，其包括如下步骤：(1)溶解聚氯乙烯：将聚氯乙烯加入到溶剂中，使聚氯乙烯溶解于溶剂，得混合液；(2)制备芳纶纳米微球：向步骤(1)获得的混合液添加对苯二胺与对苯二甲酰氯，氮气保护反应，得含芳纶纳米微球的铸膜液；(3)制备复合超滤膜：将步骤(2)得到的铸膜液静置除去气泡，在铸膜机上刮铸成膜后，空气中静置后浸入去离子水中置换成膜。本发明专利技术采用“自下而上”法直接合成对位芳纶纳米微球，在PVC基体中分散良好，所得的PVC复合超滤膜相较于纯PVC超滤膜，其其机械性能得到大幅提高，其中模量增率可达30.16％，韧性增率可达272.72％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法。
技术介绍
聚氯乙烯(PVC)是一种综合性能优良的通用塑料，其产量和用量仅次于聚乙烯，位居世界树脂产量的第二位。PVC因其成本低、膜材柔软、耐腐蚀性等优点成为水处理膜的主要材料。PVC结构中有氯原子存在且没有支链，所以聚氯乙烯有较强的刚性的同时也存在韧性差、亲水性不好、合成膜的通量低等缺点，令PVC膜大多数使用寿命较短。所以在制备PVC膜材料的时候一般对其进行材料改性、表面改性和共混改性。PVC膜材料改性的前期工作量较大，且又因属于化学方法，主要是通过一定的手段把某些亲水基团加入到疏水性乙烯链段中；表面改性主要是针对所制得的膜，分为物理方法(如表面涂层法)和化学方法(如表面接枝法)；与前两种方法相比，共混改性更为简单易行，只需要添加特定改性剂即可，如无机粒子或者纳米材料等。对位芳纶，我国又称为芳纶1414，是由聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)分子组成的宏观纤维，于1972年由美国杜邦公司成功开发，其著名品牌凯夫拉(Kevlar)为人们所熟知。因其所具有的超高强度、高模量、耐高温等优良性能，已作为一种轻质高强材料在军事、航天、航空材料等诸多领域中被广泛应用。但其纤维表面具有极强的化学惰性，表面浸润性较差，从而限制了其在复合材料领域的进一步应用。2011年，美国的Kotov课题组报道了在DMSO/KOH体系中，可将对位芳纶纤维溶解制成直径为3-30nm的芳纶纳米纤维。该纳米纤维表面具有更丰富的极性官能团，在用作增强材料时能显著提高“纳米纤维—基体”间的应力转移，被认为是一种极具潜力的新型纳米级构筑模块。但是该“自上而下”法合成的溶液中纳米纤维浓度较低(<10％)，很难有效地应用于工业生产中；且制备周期较长(不少于一周)，效率较低，难以有效应用于复合材料领域。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供一种高性能对位芳纶纳米微球及其与PVC复合超滤膜的制备方法。经此方法合成对位芳纶纳米微球在PVC基体中分散良好，所得的PVC复合超滤膜相较于纯PVC超滤膜，其机械性能得到大幅提高，其中模量增率可达30.16％，韧性增率可达272.72％。同时，对牛血清蛋白的截留率也提高到95％以上。具体技术方案如下：本专利技术将高性能对位芳纶纳米材料引入到PVC基体中，采用“自下而上”法，在合成对位芳纶的聚合体系中预先溶解了一定量的PVC。PVC分子的存在，大大减弱了PPTA分子间的氢键作用，使PPTA分子部分聚集形成直径为1～5nm的对位芳纶纳米微球(p-ANP)。一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法，其包括如下步骤：(1)溶解聚氯乙烯(PVC)：将聚氯乙烯加入到溶剂中，使聚氯乙烯溶解于溶剂，得混合液；(2)制备芳纶纳米微球：向步骤(1)获得的混合液添加苯二甲酰氯与对苯二胺，氮气保护反应，得含芳纶纳米微球的铸膜液；(3)制备复合超滤膜：将步骤(2)得到的铸膜液静置除去气泡，在铸膜机上刮铸成膜后，空气中静置后浸入去离子水中置换成膜。进一步，步骤(1)中，所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。再进一步，步骤(1)中，在35-45℃条件下搅拌直至聚氯乙烯完全溶解于N-甲基吡咯烷酮中，且溶液呈现澄清透明的状态。再进一步，步骤(1)中，聚氯乙烯的量为以N-甲基吡咯烷酮计0.1-0.16g/mL。进一步，步骤(2)中，对苯二甲酰氯与对苯二胺的摩尔比为1：(0.5-1.5)。进一步，步骤(2)的反应条件为：将对苯二胺溶解于部分混合液，将对苯二甲酰氯溶解于剩余混合液中，再在氮气保护、冰水浴的条件下，将含对苯二甲酰氯的混合液滴加至含对苯二胺的混合液中，随着滴加的进行，溶液颜色逐渐由浅绿色变为橙红色；在氮气保护下，室温反应1.5-2.5h，确保单体反应完全，最终得橙红色的铸膜液。所述的室温是指25℃±5℃。再进一步，步骤(2)反应完成后，两种单体(对苯二胺与对苯二甲酰氯)的总添加量占铸膜液总量的0.2wt％-3wt％。进一步，步骤(3)中，刮铸成膜后在空气中的静置时间为15-60s。进一步，步骤(3)中，浸入去离子水中12-36h置换成膜，然后取出保存在去离子水中。本专利技术还提供了一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜，使用上述的制备方法获得。上述高效PVC复合超滤膜可应用于水溶液中大分子如牛血清蛋白的分离或富集。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用“自下而上”法直接合成对位芳纶纳米微球，有效缩短了对位芳纶纳米化的周期；所得对位芳纶纳米微球直径为1～5nm，可均匀分散在PVC基体中；聚合后的溶液经相转化法制成PVC复合超滤膜，对位芳纶纳米微球的纳米效应及高强度、高模量等高性能，赋予了PVC复合超滤膜优良的机械性能，提高了其使用寿命，对大分子如牛血清蛋白的截留率也提高到95％以上。本专利技术聚合反应完成后，无需分离纯化，所得混合液可直接作为铸膜液，经刮铸成膜后可得p-ANP/PVC复合超滤膜。本专利技术工艺简单，反应条件温和，时间短，易控制，合成效率高，易于工业化，为制备高性能PVC复合超滤膜提供了一种新的技术方法。附图说明图1是本专利技术实施例1实施过程中对位芳纶纳米微球的透射电镜图片；图2是本专利技术实施例1所制备的p-ANP/PVC复合超滤膜截面的扫描电镜图片；图3是本专利技术实施例1-3所制备的p-ANP/PVC复合超滤膜拉伸应力曲线图；图4是本专利技术实施例1-3所制备的p-ANP/PVC复合超滤膜对BSA截留动力学曲线图。具体实施方式以下结合实例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法，包括如下步骤：(1)溶解聚氯乙烯制均相溶液：向干燥的150mL三口瓶中加入66mL(67.8g)的N-甲基吡咯烷酮，40℃下进行机械搅拌，搅拌过程中多次少量向其中添加共计质量10.00g的聚氯乙烯，搅拌至聚氯乙烯完全溶解，并且溶液呈现澄清透明状，得混合液；(2)“自上而下”法制备芳纶纳米微球p-ANP：先将0.1081g对苯二胺溶解于部分混合液中，将0.2030g对苯二甲酰氯溶解于剩余的混合液中；再在氮气保护、冰水浴的条件下，将含对苯二甲酰氯的混合液滴加至含对苯二胺的混合液中，滴加完成后，在氮气保护下，25℃反应2h，得含芳纶纳米微球的铸膜液；(3)制备p-ANP/PVC复合超滤膜：将步骤(2)得到的铸膜液静置30min，而后取2-3滴管铸膜液于玻璃板的一侧，于铸膜机上刮铸成膜，刮铸完成后将其放置在空气中静置30s，将其迅速放入去离子水中，待膜从玻璃板上脱落后，取出玻璃板后，将膜放置在去离子水中24h后取出保存，即得到p-ANP/PVC复合超滤膜。实施例2...

【技术保护点】
1.一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)溶解聚氯乙烯：将聚氯乙烯加入到溶剂中，使聚氯乙烯溶解于溶剂，得混合液；/n(2)制备芳纶纳米微球：向步骤(1)获得的混合液添加对苯二甲酰氯与对苯二胺，氮气保护反应，得含芳纶纳米微球的铸膜液；/n(3)制备复合超滤膜：将步骤(2)得到的铸膜液静置除去气泡，在铸膜机上刮铸成膜后，空气中静置后浸入去离子水中置换成膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于芳纶纳米微球的高效PVC复合超滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)溶解聚氯乙烯：将聚氯乙烯加入到溶剂中，使聚氯乙烯溶解于溶剂，得混合液；
(2)制备芳纶纳米微球：向步骤(1)获得的混合液添加对苯二甲酰氯与对苯二胺，氮气保护反应，得含芳纶纳米微球的铸膜液；
(3)制备复合超滤膜：将步骤(2)得到的铸膜液静置除去气泡，在铸膜机上刮铸成膜后，空气中静置后浸入去离子水中置换成膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在30-45℃条件下搅拌直至聚氯乙烯完全溶解于N-甲基吡咯烷酮中，且溶液呈现澄清透明的状态。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，聚氯乙烯的量为以N-甲基吡咯烷酮计0.1-0.16g/mL。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙昌梅，郭鹏，吴耀琴，曲荣君，张盈，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37