一種超支化聚硅氧烷聚醚嵌段共聚酰胺雜化膜的制備
【專利摘要】本發明涉及一種超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜的制備，采用以下工藝步驟：1)將超支化聚硅氧烷充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末；2)將超支化聚硅氧烷粉末、溶劑、聚醚嵌段酰胺混合，形成鑄膜料液；3)將鑄膜料液超聲處理后置于聚四氟乙烯模具上，干燥后得超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。本發明提供的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜，具有滲透通量大，耐溶脹性能好的特點，且所述制備方法工藝簡單、操作方便、生產重復性好、膜結構可控性強，適合用于水中低濃度醇類脫除，尤其適用于發酵液中低分子醇分離。
【專利說明】
一種超支化聚硅氧烷聚醚嵌段共聚酰胺雜化膜的制備
技術領域
[0001]本發明屬于滲透汽化分離膜制備領域，尤其涉及一種超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]化石燃料的日益枯竭和重度污染催生了生物燃料的研究和發展，其中生物丁醇被認為是性能更優的第二代生物能源。但在發酵法制備生物丁醇的過程中卻存在較為嚴重的丁醇對菌種的抑制作用，使發酵過程不能連續進行，因此需要及時將丁醇從發酵液中分離。滲透汽化過程被認為是最有希望的低能耗、高分離效率的液體混合物分離過程。一些疏水性的膜材料被先后用于分離水中丁醇的開發研究。
[0003]超支化聚合物是一種具有獨特拓撲結構的新型聚合物，具有結構高度支化、表面官能團密度高、化學穩定性良好、表面功能化簡單易行、易于成膜等特點。更重要的是，超支化聚合物具有比較大的自由體積，分子結構相對疏松。將超支化聚合物特殊的三維分子結構引入到聚硅氧烷滲透汽化膜的分離層內部，大幅度地提高膜的通量，但其分離因子不高。
[0004]聚醚共聚酰胺(polyether block amide, PEBA)是一種橡膠態高分子共聚物膜材料，這種材料是用含有雙羥基的聚酰胺和聚醚二醇在熔融的狀態下進行縮聚反應生成的，在聚酰胺的直線鏈部分嵌入了聚醚成分。從結構上看，其中-PA-表示脂肪族剛性的塊狀聚酰胺，為PEBA提供了機械強度，可以克服過量吸附揮發性有機物(VOCs)和氣體而引起的膜的溶脹，-PE-則表示柔軟的弱極性聚醚，柔軟的聚醚鏈段提供較大的自由體積，因此這種剛柔結合為PEBA膜對某些有機物的滲透性奠定了基礎，但膜存在通量低的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種用于從水中滲透汽化分離丁醇的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜及其制備方法，以克服現有技術的缺陷。
[0006]本發明提出的一種超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜制備方法，其特征在于包括如下步驟:
[0007]A將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0008]B將超支化聚硅氧烷1.5-2份、溶劑86-89份、聚醚嵌段酰胺7.5-10份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0009]C將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0010]優選的，所述超支化聚硅氧烷的支化度為0.70、0.75、0.80。
[0011]優選的，所述溶劑為正丁醇、正丙醇或異丙醇。
[0012]優選的，所述聚醚嵌段酰胺為聚醚嵌段酰胺2533、聚醚嵌段酰胺3533、聚醚嵌段酰胺1657。
[0013]本發明還提出一種超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜，其特征在于配方包括如下組分:超支化聚硅氧烷1.5-2份、溶劑86-89份、聚醚嵌段酰胺7.5-10份。
[0014]優選的，所述超支化聚硅氧烷的支化度為0.70、0.75、0.80。
[0015]優選的，所述溶劑為正丁醇、正丙醇或異丙醇。
[0016]優選的，所述聚醚嵌段酰胺為聚醚嵌段酰胺2533、聚醚嵌段酰胺3533、聚醚嵌段酰胺1657。
[0017]本發明提供的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜，解決了超支化聚硅氧烷與聚醚共聚嵌斷酰胺不相容的問題。本發明采用的納米級超支化聚硅氧烷粉末，具有比較大的自由體積，分子結構相對疏松，本身為疏水材料，對丁醇有一定的分離性能，填充在聚醚共聚酰胺膜內可有效提升滲透汽化分離丁醇的通量及分離因子。同時超支化聚硅氧烷的填充加入，一定程度上提高了膜的機械強度，使膜的抗壓能力強，適用于滲透汽化分離丁醇。
[0018]綜上所述，本發明的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜的制備方法，具有以下優點:
[0019]1、本發明使用熱固化法，聚合效率高，工藝簡單，操作方便，生產重復性好。
[0020]2、本發明采用的超支化聚硅氧烷粉末，通過球磨機研磨后大小均勻，性能變化少，在制膜過程中穩定性良好，未發生團聚現象。
[0021]3、采用本發明方法制備的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜，由于納米級超支化粉末的加入，其丁醇滲透性能較純膜有所提升，分離因子大幅度增加。
【具體實施方式】
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[0022]以下是超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜及其制備方法的實施例，但所述實施例不構成對本發明的限制。
[0023]實施例1:
[0024]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0025]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0026]2)制備鑄膜料液:
[0027]將0.70支化度超支化聚硅氧烷0.5份、正丁醇85份、聚醚嵌段酰胺25336.5份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0028]3)制膜及后處理:
[0029]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0030]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為102.34g/m2h，其分離因子為31.6。
[0031]實施例2:
[0032]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0033]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0034]2)制備鑄膜料液:
[0035]將0.70支化度超支化聚硅氧烷0.5份、正丙醇85份、聚醚嵌段酰胺25337.5份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0036]3)制膜及后處理:
[0037]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0038]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為122.31g/m2h，其分離因子為32.2。
[0039]實施例3:
[0040]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0041]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0042]2)制備鑄膜料液:
[0043]將0.70支化度超支化聚硅氧烷2份、異丙醇醇85份、聚醚嵌段酰胺353310份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0044]3)制膜及后處理:
[0045]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0046]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為127.53g/m2h，其分離因子為33.0。
[0047]實施例4:
[0048]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0049]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0050]2)制備鑄膜料液:
[0051 ] 將0.75支化度超支化聚硅氧烷I份、正丁醇90份、聚醚嵌段酰胺16578.5份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0052]3)制膜及后處理:
[0053]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0054]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為133.01g/m2h，其分離因子為34.1。
[0055]實施例5:
[0056]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0057]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0058]2)制備鑄膜料液:
[0059]將0.80支化度超支化聚硅氧烷2份、正丙醇87份、聚醚嵌段酰胺35338份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0060]3)制膜及后處理:
[0061]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0062]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為128.57g/m2h，其分離因子為35.4。
[0063]實施例6:
[0064]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0065]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0066]2)制備鑄膜料液:
[0067]將0.80支化度超支化聚硅氧烷1.5份、異丙醇醇85份、聚醚嵌段酰胺16576.5份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0068]3)制膜及后處理:
[0069]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0070]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為136.19g/m2h，其分離因子為34.8。
[0071]實施例7:
[0072]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0073]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0074]2)制備鑄膜料液:
[0075]將0.75支化度超支化聚硅氧烷0.5份、正丙醇90份、聚醚嵌段酰胺16579份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0076]3)制膜及后處理:
[0077]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0078]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為115.86g/m2h，其分離因子為34.2。
[0079]實施例8:
[0080]I)制備納米級超支化聚硅氧烷粉末:
[0081]將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。
[0082]2)制備鑄膜料液:
[0083]將0.75支化度超支化聚硅氧烷1.5份、正丙醇90份、聚醚嵌段酰胺25336.5份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。
[0084]3)制膜及后處理:
[0085]將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜。
[0086]將上述超支化聚硅氧烷聚醚嵌段酰胺雜化膜用于滲透汽化分離正丁醇，其滲透汽化結果為:滲透通量為148.32g/m2h，其分離因子為35.5。
[0087]上述實施例的描述應該被視為說明，易于理解的是，可在不脫離如在權利要求書中闡述的本發明的情況下使用上文闡述的特征的許多變化和組合，這類變化并不被視為脫離了本發明的精神和范圍，且所有這類變化都包括在以上權利要求書的范圍內。
【主權項】
1.一種超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化滲透汽化膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟，配方組成按重量份數計: A將超支化聚硅氧烷放置80°C真空干燥箱48h，充分固化后通過球磨機磨成納米級粉末，備用。 B將超支化聚硅氧烷粉末0.5-2份、溶劑85-90份、聚醚嵌段酰胺6.5-8.5份混合，超聲處理30min后于80°C下均勻混合，形成鑄膜料液。 C將鑄膜料液超聲處理10分鐘后置于四氟乙烯模具上，在空氣中干燥24小時，然后轉入真空干燥箱于40°C下干燥24小時得厚度為130微米左右的超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜。2.根據權利要求1所述超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜制備方法，其特征在于，所述超支化聚硅氧烷的支化度為0.70、0.75、0.80。3.根據權利要求1-2所述超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜制備方法，其特征在于，所述溶劑為正丁醇、正丙醇或異丙醇。4.根據權利要求1-3所述超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜制備方法，其特征在于，所述聚醚嵌段酰胺為聚醚嵌段酰胺2533、聚醚嵌段酰胺3533、聚醚嵌段酰胺1657。5.一種超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜，其特征在于配方包括如下組分:超支化聚硅氧烷1.5-2份、溶劑86-89份、聚醚嵌段酰胺7.5-10份。6.根據權利要求5所述超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜，其特征在于，所述超支化聚硅氧烷的支化度為0.70、0.75、0.80。7.根據權利要求5-6所述超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜，其特征在于，所述溶劑為正丁醇、正丙醇或異丙醇。8.根據權利要求5-7所述超支化聚硅氧烷/聚醚嵌段酰胺雜化膜，其特征在于，所述所述聚醚嵌段酰胺為聚醚嵌段酰胺2533、聚醚嵌段酰胺3533、聚醚嵌段酰胺1657。
【文檔編號】B01D61/36GK105879724SQ201410784157
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月16日
【發明人】張春芳, 林佳強, 白云翔, 孫余憑, 顧瑾
【申請人】江南大學