CN108744998A - 一种植物纤维离子液共混膜及其制备方法 - Google Patents

一种植物纤维离子液共混膜及其制备方法 Download PDF

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张德彬
郑徽
张博鑫
倪惺惺
张其清
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D2325/36—Hydrophilic membranes

Abstract

本发明公开了一种植物纤维离子液共混膜及其制备方法，属于聚合物改性领域。先制备溶有一定目数的植物纤维的离子液，然后共混于聚偏氟乙烯溶液中，利用浸没沉淀相转化法得到一种植物纤维离子液共混膜。本发明材料绿色环保，工艺简单，易于操作，对设备要求低，易于工业化实施，制备的植物纤维离子液共混膜具有良好的亲水和机械性能，并且膜的渗透性能得到极大的改善。

Description

一种植物纤维离子液共混膜及其制备方法
技术领域
本发明属于聚合物改性领域，具体涉及一种植物纤维离子液共混膜及其制备方法。
背景技术
聚偏氟乙烯（PVDF）膜的亲水化改性方法很多，物理共混改性是其中一种很重要的方法。目前物理共混改性主要分为两类：一类是将无机亲水颗粒与PVDF共混，另一类是将有机亲水大分子与PVDF共混。其中有机亲水性大分子与PVDF共混改性效果明显，改性剂不易逸出，得到广泛关注。而植物纤维含有丰富的亲水性羟基基团，来源广泛，易得便宜，对于PVDF膜的改性有广阔的前景。但纤维由于自身氢键作用，溶解性能差，和PVDF的相容性弱。用溶剂法溶解纤维素易造成污染，而离子液体通过打开植物纤维分子间和分子内氢键，对纤维的溶解性能良好，污染性小，易重复回收利用，日趋受到重视。另外离子液体不易挥发，可重复利用，大大降低对环境的污染。本发明利用离子液体将粉碎到400目的植物纤维溶解后，与聚偏氟乙烯简单共混，将得到的均匀铸膜液经过浸没沉淀相转化制得纤维离子液共混膜。这是一种非常简单的改性方法，无需昂贵的仪器，不仅增加了对废弃自然资源的利用率，离子液体也可以回收再利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种植物纤维离子液共混膜及其制备方法。本发明的制备工艺简单，易于操作，对设备要求低，易于工业化实施；所制备的植物纤维离子液共混膜具有良好的亲水和机械性能，且环保、不影响人体健康。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种植物纤维离子液共混膜的制备方法，先采用离子液体溶解植物纤维，制得植物纤维离子液；然后将植物纤维离子液共混于聚偏氟乙烯溶液中，利用浸没沉淀相转化法得到植物纤维离子液共混膜。
具体的，所述的制备方法包括以下步骤：
1）植物纤维离子液的制备：先将浆粕板剪至1×1 cm2 的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗半小时，过滤除杂；然后在60℃恒温干燥箱中干燥24 h，将干燥后的植物纤维放入搅拌机中粉碎、过400目筛，得植物纤维粉，然后将植物纤维粉溶于一定量的离子液体中，60-65℃搅拌3-6小时，制得植物纤维离子液；
2）一种纤维离子液共混膜的制备
然后往植物纤维离子液中，按照一定比例依次加入聚偏氟乙烯粉末，成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和溶剂N，N-二甲基甲酰胺，70-75℃搅拌均匀，溶液脱泡，60-65℃刮膜，去除溶剂晾干得纤维离子液共混膜。
步骤1）所述的植物纤维包括棕榈纤维、竹纤维、麻纤维、棉纤维中的一种或多种。
步骤1）所述的离子液体包括1-己基-3-甲基咪唑氯盐，1-辛己-3-甲基咪唑氯盐，1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种。
步骤1）所述的植物纤维和离子液体的用量比为0.2-0.4g:2-12mL。
步骤2）中聚偏氟乙烯粉末与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1.5:1-2:1。
步骤2）中所用的聚偏氟乙烯粉末与步骤1）中的植物纤维粉的质量比为19:1-3:1；步骤1）中所用的离子液体与步骤2）中所用的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为2:15-12:5。
一种如上所述的制备方法制得的植物纤维离子液共混膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1）本发明利用植物纤维含有丰富的亲水性羟基基团这一特点，对PVDF膜进行改性；又加入离子液体打开植物纤维分子间和分子内氢键，使其与PVDF能充分共混，所制备的膜具有良好的亲水抗污染性能，同时也提高了植物纤维的资源化利用；
2）制备工艺简单，易于操作，对设备要求低，易于工业化实施；
3）所制得的改性膜的机械性能优良，弹性模量与抗拉强度均得到明显提高。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明。但具体实施例不限制本发明权利要求。
实施例1
一种植物纤维离子液共混膜的制备方法，具体步骤为：
1）植物纤维离子液的制备：先将浆粕板剪至1×1 cm2 的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗半小时，过滤除杂；接着在60℃恒温干燥箱中干燥24 h，然后将干燥后的植物纤维放入搅拌机中粉碎、过400目筛，制得植物纤维粉；取0.2 g植物纤维粉溶于2 mL的1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，60℃搅拌3小时；
2）一种植物纤维离子液共混膜的制备：分别加入1.8 g聚偏氟乙烯粉末，1 g聚乙烯吡咯烷酮和15 mLN，N-二甲基甲酰胺，70℃搅拌均匀，溶液脱泡，60℃刮膜，去除溶剂晾干得植物纤维离子液共混膜。
对比实验未经共混改性的PVDF原膜与水的接触角达到98°，本实施例经植物纤维共混改性后PVDF膜与水的接触角下降至65°，并且接触角随时间迅速下降，至150秒只有20°；用万能材料试验机测定植物纤维共混膜和植物纤维离子液共混膜的机械性能发现，改性后膜的弹性模量提高了20%，抗拉强度提高了25%。
实施例2
一种植物纤维离子液共混膜的制备方法，具体步骤为：
1）植物纤维离子液的制备：先将浆粕板剪至1×1 cm2 的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗半小时，过滤除杂；接着在60℃恒温干燥箱中干燥24 h，然后将干燥后的植物纤维放入搅拌机中粉碎，过400目筛，制得植物纤维粉；取0.2 g植物纤维溶于5 mL的1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，60℃搅拌3小时；
2）一种植物纤维离子液共混膜的制备：分别加入1.8 g聚偏氟乙烯粉末，1 g聚乙烯吡咯烷酮和12 mL N，N-二甲基甲酰胺，70℃搅拌均匀，溶液脱泡，60℃刮膜，去除溶剂晾干得植物纤维离子液共混膜。
经检测，本实施例经共混改性后PVDF膜与水的接触角下降至55°，并且接触角随时间迅速下降，至150秒只有17°；用万能材料试验机测定植物纤维共混膜和植物纤维离子液共混膜的机械性能发现，改性后膜的弹性模量提高了25%，抗拉强度提高了28%。
实施例3
一种植物纤维离子液共混膜的制备方法，具体步骤为：
1）植物纤维离子液的制备：先将浆粕板剪至1×1 cm2 的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗半小时，过滤除杂；接着在60℃恒温干燥箱中干燥24 h，然后将干燥后的植物纤维放入搅拌机中粉碎，过400目筛，制得植物纤维粉；取0.25 g植物纤维粉溶于5 mL的1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，60℃搅拌3小时；
2）一种植物纤维离子液共混膜的制备：分别加入1.75 g聚偏氟乙烯粉末，1 g聚乙烯吡咯烷酮和12 mL N，N-二甲基甲酰胺，70℃搅拌均匀，溶液脱泡，60℃刮膜，去除溶剂晾干得植物纤维离子液共混膜。
经检测，本实施例经共混改性后PVDF膜与水的接触角下降至50°，并且接触角随时间迅速下降，至150秒只有15°。用万能材料试验机测定植物纤维共混膜和植物纤维离子液共混膜的机械性能发现，改性后膜的弹性模量提高了70%，抗拉强度提高了30%。
实施例4
一种植物纤维离子液共混膜的制备方法，具体步骤为：
1）植物纤维离子液的制备：先将浆粕板材剪至1×1 cm2的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗半小时，过滤除杂；接着在60℃恒温干燥箱中干燥24 h，然后将干燥后的植物纤维放入搅拌机中粉碎，过400目筛，制得植物纤维粉；取0.4 g植物纤维粉溶于5 mL的1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，60℃搅拌3小时；
2）一种植物纤维离子液共混膜的制备：分别加入1.6 g聚偏氟乙烯粉末，1 g聚乙烯吡咯烷酮和12 mL N，N-二甲基甲酰胺，70℃搅拌均匀，溶液脱泡，60℃刮膜，去除溶剂晾干得植物纤维离子液共混膜。
经检测，本实施例经共混改性后PVDF膜与水的接触角下降至45°，并且接触角随时间迅速下降，至120秒只有15°。用万能材料试验机测定植物纤维共混膜和植物纤维离子液共混膜的机械性能发现，改性后膜的弹性模量提高了30%，抗拉强度提高了32.5%。
实施例5
一种植物纤维离子液共混膜的制备方法，具体步骤为：
1）植物纤维离子液的制备：先将浆粕板材剪至1×1 cm2的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗半小时，过滤除杂；接着在60℃恒温干燥箱中干燥24 h，然后将干燥后的植物纤维放入搅拌机中粉碎，过400目筛，得植物纤维粉；取0.4 g植物纤维粉溶于12 mL的1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，60℃搅拌3小时；
2）一种植物纤维离子液共混膜的制备：分别加入1.6 g聚偏氟乙烯粉末，1 g聚乙烯吡咯烷酮和5 mL N，N-二甲基甲酰胺，70℃搅拌均匀，溶液脱泡，60℃刮膜，去除溶剂晾干得植物纤维离子液共混膜。
经检测，本实施例经共混改性后PVDF膜与水的接触角下降至40°，并且接触角随时间迅速下降，至120秒只有12°。用万能材料试验机测定植物纤维共混膜和植物纤维离子液共混膜的机械性能发现，改性后膜的弹性模量提高了31.4%，抗拉强度提高了35%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种植物纤维离子液共混膜的制备方法，其特征在于：先采用离子液体溶解植物纤维，制得植物纤维离子液；然后将植物纤维离子液共混于聚偏氟乙烯溶液中，利用浸没沉淀相转化法得到植物纤维离子液共混膜。
2.根据权利要求1所述的植物纤维离子液共混膜的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
1）植物纤维离子液的制备：先将浆粕板剪至1×1 cm2 的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗半小时，过滤除杂；然后在60℃恒温干燥箱中干燥24 h，将干燥后的植物纤维放入搅拌机中粉碎、过400目筛，得植物纤维粉，然后将植物纤维粉溶于一定量的离子液体中，60-65℃搅拌3-6小时，制得植物纤维离子液；
2）一种纤维离子液共混膜的制备
然后往植物纤维离子液中，按照一定比例依次加入聚偏氟乙烯粉末，成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和溶剂N，N-二甲基甲酰胺，70-75℃搅拌均匀，溶液脱泡，60-65℃刮膜，去除溶剂晾干得纤维离子液共混膜。
3.根据权利要求2所述的植物纤维离子液共混膜的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的植物纤维包括棕榈纤维、竹纤维、麻纤维、棉纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的植物纤维离子液共混膜的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的离子液体包括1-己基-3-甲基咪唑氯盐，1-辛己-3-甲基咪唑氯盐，1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种。
5.根据权利要求2所述的植物纤维离子液共混膜的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的植物纤维和离子液体的用量比为0.2-0.4g:2-12mL。
6.根据权利要求2所述的植物纤维离子液共混膜的制备方法，其特征在于：步骤2）中聚偏氟乙烯粉末与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1.5:1-2:1。
7.权利要求2所述的植物纤维离子液共混膜的制备方法，其特征在于：步骤2）中所用的聚偏氟乙烯粉末与步骤1）中的植物纤维粉的质量比为19:1-3:1；步骤1）中所用的离子液体与步骤2）中所用的N,N-二甲基甲酰胺的体积比为2:15-12:5。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的植物纤维离子液共混膜。
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