一种基于狭缝挤出式涂布的膜制备方法

本发明涉及膜分离，具体涉及一种基于狭缝挤出式涂布的膜制备方法与应用。

背景技术：

1、目前，膜的主要制备技术包括刮涂法、雾化喷涂法、浸涂法和旋涂法等。刮涂法是最常见的膜制备方法，以其简单的操作和易于规模化生产而著称，但一个显著的缺点是所制备的膜较厚，可能影响性能。雾化喷涂法利用空气压缩机将铸膜液通过管道送至喷头，形成细小的喷雾并附着在基底上。浸涂法，尤其适用于聚合物基底支撑的聚二甲基硅氧烷(pdms)基渗透汽化膜的制备，其特点是在膜形成过程中溶液自然流动，这可能导致膜的厚度和均匀性难以控制，增加膜表面缺陷的风险。旋涂法通过在基底中心滴加铸膜液，借助离心力和重力在基底表面形成均匀的膜层，这种方法优点在于能够轻松制备均匀厚度的涂层，且具有较强的重复性。然而，由于制备大面积膜层时需要较大的离心力，这种方法在某些情况下存在局限性。

2、相比于上述方法，狭缝挤出工艺作为一项功能多样化的涂覆技术，通过狭缝将溶液涂覆在基底上沉积出均匀薄膜。其具有涂膜速度高、膜厚一致性好、涂布缺陷少和涂液利用率高等优势，克服了旋涂和刮涂工艺制备薄膜时浪费材料、膜较厚的缺点。此外，它可以和类似卷对卷，片对片的工艺相结合，实现规模化薄膜的制备。

技术实现思路

1、本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种基于狭缝挤出式涂布的膜制备方法。具体技术方案如下：

2、一种基于狭缝挤出式涂布的膜制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1、将多孔基膜置于乙醇/水混合溶液(优选体积比为1:3)中进行浸洗，除去基膜表面的有机物；

4、步骤2、将处理后的多孔基膜固定于狭缝挤出涂布机的工作台上，设置工作台温度；

5、步骤3、分别准备聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液和反应助剂涂布液，调整聚二甲基硅氧烷(pdms)粘度和浓度，使其能够通过注射器将涂布液依次输送到狭缝涂布头的入口，并均匀涂布到移动的基底表面上；涂层中的溶剂在工作台加热作用下蒸发，涂层固化形成致密膜；在涂布制备膜的过程中，将聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液和反应助剂涂布液以狭缝挤出的方式交替涂覆在基膜上表面，涂覆顺序为聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液在先，交替涂覆对的次数根据需要调节。

6、进一步地，多孔基膜为聚醚砜(pes)、聚砜(psf)、聚丙烯腈(pan)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)等中的一种，且平均孔径为0.05～1μm。

7、进一步地，所述方法还包括：在进行步骤2前，多孔基膜固定在玻璃板、四氟板或铁片上后再放置涂布机工作台上；狭缝位于多孔基膜上方且固定，多孔基膜上表面朝上随着工作台可匀速移动，狭缝长度对应为涂膜的宽度方向；多孔基膜上表面和狭缝挤出涂布头的距离小于等于100μm。

8、进一步地，步骤2中，所述工作台温度设定为0～120℃，优选为60～100℃。

9、进一步地，步骤2中，工作台移动速度为0.1～50mm·s-1，优选为0.5～10mm·s-1。

10、进一步地，步骤3中，所述聚二甲基硅氧烷(pdms)为氨基封端pdms、羟基封端pdms、乙烯基封端pdms中的一种，粘度优选为50～500mpa·s；所述聚二甲基硅氧烷(pdms)采用有机溶剂进行稀释，溶剂优选为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正庚烷、甲苯、二氯甲烷、正己烷、吡咯烷酮中的一种或两种，稀释后粘度优选为1～10mpa·s。

11、进一步地，步骤3中，所述反应助剂为使所述pdms发生硅氢加成反应从而形成致密膜。所述反应助剂为交联剂和催化剂。

12、进一步地，步骤3中，所述交联剂选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲氧基硅烷、含氢聚硅氧烷、二甲基硅烷中的一种，优选为正硅酸乙酯和含氢聚硅氧烷。

13、进一步地，步骤3中，所述催化剂选自含钯、铑、铂等金属催化剂、二月桂酸二丁基锡、二乙基己酸锡、叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰中的一种，优选为含铂催化剂和二月桂酸二丁基锡。

14、进一步地，步骤3中，所述反应助剂中溶剂优选为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正庚烷、甲苯、二氯甲烷、正己烷、吡咯烷酮中的一种或两种。

15、进一步地，步骤3中，所述交联剂和所述催化剂质量浓度分别为1％～50％和0.01％～10％，分别优选为10％～30％和0.001％～1％。

16、进一步地，所述聚二甲基硅氧烷(pdms)和所述反应助剂溶液的狭缝挤出涂覆次数均为1-5次；每循环一次涂覆过程的时间间隔为0～30s。

17、进一步地，优选控制狭缝挤出注射器中所述聚二甲基硅氧烷(pdms)和所述反应助剂溶液的挤出流量为1～10μl s-1。

18、进一步地，狭缝挤出涂覆后在工作台上加热5～60min固化得到干燥的pdms复合膜。

19、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

20、本发明通过狭缝挤出式涂布法制备渗透汽化膜，过程连续且均匀涂覆，克服了旋涂和刮涂工艺制备薄膜时浪费材料、膜较厚的缺点。此外在实际生产中，传统的制膜工艺时间较长，影响生产效率以及造成额外成本。本发明采用狭缝挤出工艺将聚二甲基硅氧烷(pdms)与反应助剂在多孔基底上进行分层交替涂覆，并在狭缝挤出涂布机自带的工作台上加热5～60min即可固化成膜，大大简化了生产流程。

技术特征：

1.一种基于狭缝挤出式涂布法的膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，聚二甲基硅氧烷(pdms)溶液和反应助剂涂布液交替涂覆的次数根据需要调节。进一步所述聚二甲基硅氧烷(pdms)和所述反应助剂溶液的狭缝挤出涂覆次数均为1-5次；每循环一次涂覆过程的时间间隔为0～30s且不为0。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，多孔基膜为聚醚砜(pes)、聚砜(psf)、聚丙烯腈(pan)、聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)等中的一种，且平均孔径为0.05～1μm。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在进行步骤2前，多孔基膜固定在玻璃板、四氟板或铁片上后再放置涂布机工作台上；狭缝位于多孔基膜上方且固定，多孔基膜上表面朝上随着工作台可匀速移动，狭缝长度对应为涂膜的宽度方向；多孔基膜上表面和狭缝挤出涂布头的距离小于等于100μm。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述工作台温度设定为0～120℃，优选为60～100℃；

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述聚二甲基硅氧烷(pdms)为氨基封端pdms、羟基封端pdms、乙烯基封端pdms中的一种，粘度优选为50～500mpa·s；所述聚二甲基硅氧烷(pdms)采用有机溶剂进行稀释，溶剂优选为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正庚烷、甲苯、二氯甲烷、正己烷、吡咯烷酮中的一种或两种，稀释后粘度优选为1～10mpa·s。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述反应助剂为使所述pdms发生硅氢加成反应从而形成致密膜；所述反应助剂为交联剂和催化剂。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述交联剂选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲氧基硅烷、含氢聚硅氧烷、二甲基硅烷中的一种，优选为正硅酸乙酯和含氢聚硅氧烷；

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，控制狭缝挤出注射器中所述聚二甲基硅氧烷(pdms)和所述反应助剂溶液的挤出流量为1～10μls-1；

10.按照权利要求1-9任一项所述的方法制备的膜，且作为渗透汽化膜，用于分离乙醇和水。

技术总结
一种基于狭缝挤出式涂布的膜制备方法，属于膜分离技术领域。具体步骤如下：将多孔基膜固定在狭缝挤出涂布工作台上，调节温度至60～100℃。接着，准备低粘度液态聚二甲基硅氧烷(PDMS)及反应助剂(包括催化剂和交联剂)溶液，通过注射器将涂布液依次输送到狭缝涂布头的入口，并均匀涂布到移动的基膜表面上。涂层中的溶剂在工作台加热作用下蒸发，涂层固化形成致密膜。本技术具备操作连续性、可控性和高效性的特点，适合大规模生产和应用。

技术研发人员：王乃鑫,王丰恺,沈梦鑫,朱雅婷,许莹荟,李杰,安全福
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16