一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法及应用

本发明涉及驻极体多孔膜，尤其是涉及一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法及应用。

背景技术：

1、驻极体是指可长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料，其常被用于制造驻极体发电机、驻极体过滤膜等。因此，驻极体在能源环境领域具有广泛而重要的应用。而衡量驻极体性能的一个重要指标是其储存电荷的稳定性。

2、但是，多数驻极体材料属于空间电荷驻极体，其所储存的电荷绝大部分位于驻极体膜表面，易受到外界干扰，如触碰到水分时，所保持的电荷便会快速流失且无法自动恢复。

3、现有技术中，公开号为cn113783462a的发明专利，公开了一种微胶囊驻极体自发电装置及其制备方法，该方法将聚四氟乙烯、未固化的聚二甲基硅氧烷和自制带电微胶囊组装后固化，与上下电极组装，实现驻极体自发电。但是，该装置存在上下电极和微胶囊结构精细、制备成本高、且装置发电依赖于单层微胶囊结构的缺陷，在外力作用下易变形，导致效果不稳定。

4、公开号为cn106863994a的发明专利，公开了一种电荷自恢复驻极体薄膜，通过热压凹槽结构稳定储存电荷，使其在外界干扰下仍能实现电荷自恢复。但是，该驻极体薄膜很致密，不具备透气性，应用范围小，且电荷恢复仅仅依赖于凹槽结构在电晕充电下产生的电偶极子，难以保证较高的电荷恢复能力。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法及应用，操作简单，电荷恢复性能好，性质稳定，在外界水分干扰消失之后，其表面电荷能够自动恢复，电荷恢复率达80~95%，可有效解决传统驻极体多孔膜在高湿环境和遇水条件易失效、难以应用的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、按一定比例，在可固化的聚合物液体中分散水溶性颗粒和聚四氟乙烯颗粒，混合均匀后得到混合溶液a；

4、s2、采用静电纺丝法制备下层多孔膜；

5、s3、将s1得到的混合溶液a分散在s2得到的下层多孔膜上表面进行高温固化，在下层多孔膜上制备得到上层多孔膜；

6、s4、将s3得到的上层多孔膜进行高温水浴，得到复合多孔膜；

7、s5、对s4得到的复合多孔膜进行电晕充电，得到驻极体复合多孔膜。

8、优选的，s1中，所述可固化的聚合物液体为聚二甲基硅氧烷；所述水溶性颗粒为无水葡萄糖和氯化钠颗粒的一种或两种，所述水溶性颗粒的粒径区间为0.1~1000μm；所述聚四氟乙烯颗粒的粒径区间为0.2~1.6μm。

9、优选的，s1中，所述水溶性颗粒和所述聚四氟乙烯颗粒的质量分数均为15~35wt%。

10、优选的，s2中，所述静电纺丝法，具体为：

11、按一定比例，将聚四氟乙烯溶液和聚氧化乙烯混合配制成纺丝液a，将聚酰胺酸溶液作为纺丝液b，采用纺丝液a和纺丝液b进行双针头静电纺丝，高温烧结，得到厚度为10~100μm、孔径区间为50~100μm的聚合物纤维膜，其中静电纺丝电压为25kv，纺丝液推注速度为0.1~1ml•min-1。

12、优选的，s3中，所述分散采用旋涂法或压涂法，所述上层多孔膜的厚度为10~100μm。

13、优选的，s3中，所述高温固化的温度为50~90℃，时间为3~5h。

14、优选的，s3中，所述上层多孔膜的孔径区间为100~2000μm。

15、优选的，s4中，所述高温水浴的温度50~80℃，时间为52~80h。

16、优选的，s5中，所述电晕充电采用极化针正对上层多孔膜的中央位置，其电压为-5~-15kv，距离为3~5cm。

17、为实现上述目的，本发明还提供了一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法制备得到的驻极体复合多孔膜在可循环再生颗粒物过滤膜和高湿环境下的压电材料中的应用。

18、因此，本发明采用上述一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法及应用，有益效果如下：

19、（1）本发明采用电荷储存能力差异较大的聚二甲基硅氧烷和聚四氟乙烯，在电晕充电时电荷更多集中于上层多孔膜内嵌的聚四氟乙烯颗粒界面和下层多孔膜的聚四氟乙烯纤维表面，当与水分接触后，内部电荷能保持稳定，水分干扰消失后内部电荷迁移到表面，实现电荷自动恢复。

20、（2）本发明采用聚四氟乙烯和聚酰亚胺，聚四氟乙烯含有强极性c-f键，当聚四氟乙烯作为上层多孔膜掺杂颗粒和下层多孔膜主体材料，电晕充电后能稳定的储存电荷，此外，掺杂高机械强度的聚酰亚胺，使下层多孔膜在保证电荷储存能力的前提下进一步增加其机械强度。

21、（3）本发明利用高温水浴法去除上层多孔膜中的水溶性颗粒，实现更简便地在聚合物纤维膜上准确造孔；电晕充电后，驻极体复合多孔膜内部孔洞形成电偶极子，相较于无孔膜所能储存的电荷量更大；在水分干扰消失后，内部空孔的电偶极子也能吸附空气中的电荷促进电荷自动恢复。

22、（4）本发明制备的驻极体复合多孔膜，既具备耐湿驻极体材料的特点，又具备多孔材料的特点，可作为驻极体滤膜应用在工业颗粒过滤领域，同时，也可作为多孔压电材料应用在高湿环境下。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s1中，所述可固化的聚合物液体为聚二甲基硅氧烷；所述水溶性颗粒为无水葡萄糖和氯化钠颗粒的一种或两种，所述水溶性颗粒的粒径区间为0.1~1000μm；所述聚四氟乙烯颗粒的粒径区间为0.2~1.6μm。

3.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s1中，所述水溶性颗粒和所述聚四氟乙烯颗粒的质量分数均为15~35wt%。

4.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s2中，所述静电纺丝法，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s3中，所述分散采用旋涂法或压涂法，所述上层多孔膜的厚度为10~100μm。

6.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s3中，所述高温固化的温度为50~90℃，时间为3~5h。

7.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s3中，所述上层多孔膜的孔径区间为100~2000μm。

8.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s4中，所述高温水浴的温度50~80℃，时间为52~80h。

9.根据权利要求1所述的一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法，其特征在于，s5中，所述电晕充电采用极化针正对上层多孔膜的中央位置，其电压为-5~-15kv，距离为3~5cm。

10.一种采用权利要求1~9任一项所述的电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法制备得到的驻极体复合多孔膜在可循环再生颗粒物过滤膜和高湿环境下的压电材料中的应用。

技术总结
本发明属于驻极体多孔膜技术领域，具体公开了一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法及应用，包括以下步骤：S1、按一定比例，在可固化的聚合物液体中分散水溶性颗粒和聚四氟乙烯颗粒，混合均匀后得到混合溶液A；S2、采用静电纺丝法制备下层多孔膜；S3、将S1得到的混合溶液A分散在S2得到的下层多孔膜上表面进行高温固化，在下层多孔膜上制备得到上层多孔膜；S4、将S3得到的上层多孔膜进行高温水浴，得到复合多孔膜；S5、对S4得到的复合多孔膜进行电晕充电，得到驻极体复合多孔膜。本发明采用上述一种电荷自恢复驻极体复合多孔膜的制备方法及应用，操作简单，性质稳定，解决了传统驻极体多孔膜在高湿环境和遇水条件易失效、难以应用的问题。

技术研发人员：蔡容容,陈尊亮,张立志
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/26