Композиция для получения полупроницаемой пористой мембраны - RU2638981C2

Описание

Изобретение относится к составу формовочного раствора, используемого для получения нетканого материала методом электроформования. Изобретение касается составов формовочного раствора, позволяющих получить водоупорную, воздухо-, паропроницаемую мембрану с регулируемым комплексом эксплуатационных свойств. При использовании материала на основе нановолокон из полиакрилонитрил-поливинилидендифторид (ПАН-ПВДФ) достигается комплекс свойств, позволяющих применять материал как селективный фильтр для защитной одежды.

Известна пропиточная композиция на основе сополимера ПВДФ и тетрафторэтилена и/или его смеси с 0.1-2.5 мас.% других фторсодержащих полимеров в ацетоне, воде и пропаноле для полупроницаемой мембраны, где в качестве подложки волокнистых материалов используют материалы на основе полипропилена или капрона. Мембранные свойства тканому или нетканому материалу придаются после пропитки, отжима и сушки. Однако данное решение относится к мембранной технологии разделения жидких систем и не может быть использовано при изготовлении водоупорной, воздухо-, паропроницаемой мембраны методом электроформования (авторское свидетельство SU 1327519, МПК C08J 5/32, B32B 27/12. Полупроницаемая пористая мембрана / В.Г. Карачевцев, А.И. Бон, О.А. Ольховиков, Н.В. Амелина, В.П. Дубяга, В.И. Быстрое и А.Л. Пергамент // заявл. 31.01.85, опубл. 30.07.1991).

Известна пропиточная композиция, состоящая из ПВДФ или сополимера ПВДФ и тетрафторэтилена, ацетона, алифатического спирта, воды и фторированных кислот или спиртов, которой обрабатывают текстильную основу методом пропитки. Обработка тканей композицией придает текстильным материалам полезные функциональные и потребительские свойства - водонепроницаемость, водоотталкивающие свойства, химическую стойкость, прочность, износостойкость при сохранении на высоком уровне паро- и воздухопроницаемости материалов. Мембранные свойства материалу (пористость) придаются после пропитки, отжима и сушки. Однако данное решение также не предназначено для изготовления водоупорной, воздухо-, паропроницаемой мембраны методом электроформования (патент РФ 2064991, МПК D06M 15/256, D06M 13/213, D06M 13/144. Композиция для обработки текстильных материалов / Махмутов Ф.А.; Гурылева А.А.; Полле С.Н.; Романов Б.С.; Харитонов В.Ф.; Воронов А.Ф.; Минаев Н.Н.; Коломиец Н.А. // заявл. 30.11.1992, опубл. 10.08.1996).

Известна пропиточная композиция на основе ПВДФ и тетрафторэтилена для формирования структуры мембран с необходимыми характеристиками из раствора полимера в кетонном растворителе (ацетон, метилэтилкетон), в состав которого введен осадитель для данного полимера, в данном случае вода и ее смеси с алифатическими спиртами. Такой формовочный раствор наносится фильерой на полированную стеклянную пластину и сушится при контроле давления паров растворителя (т.н. метод "сухого формования"). Этим методом удается получить мембраны с размерами пор от 0.030 до 0.008 мкм. Мембраны имеют ярко выраженную асимметричную структуру, причем для мембран с наименьшими порами сторона, обращенная к воздушной атмосфере, характеризуется размером пор в 2.5-3 раза меньшим, чем сторона, обращенная к подложке. Для получения мембран с размером пор меньшими, чем 0.008 мкм использован метод "мокрого формования", по которому после непродолжительного подсушивания раствором аналогичного состава (водный раствор алифатического спирта), после чего сформированная мембрана высушивается на воздухе. Данное решение относится к области создания мембран для химических источников тока, конкретно, мембран с высокой проницаемостью по кислороду, и совершенно не пригодно для электроформования (патент РФ 2111047, МПК B01D 69/00. Пористая мембрана с пониженной паропроницаемостью // Махмутов Ф.А.; Козлова Е.В.; Васильева И.М. // заявл. 22.11.1996, опубл. 20.05.1998).

Известна композиция (Патент КНР CN 102008903 (A). Yufeng Zhang; Jia Liu; Zhangcheng Wu; Liang Wang; Hongwei Zhang. Lyotropic liquid crystal-blended microporous film and preparation method thereof. Заявл. 09.10.2010. Опубл. 13.04.2011) для получения лиотропной жидкокристаллической микропористой пленки, использующейся в качестве фильтра от биологических загрязнителей воды, на основе следующих составных частей (в масс. %): пленкообразующий полимер 25-40, производное целлюлозы 0.5-10, органический растворитель 40-73.5 и добавку 1-10. В качестве пленкообразующего полимера используются поливинилиденфторид, полисульфон, полиэфирсульфон, ацетат целлюлозы или полиакрилонитрил, в качестве растворителя N,N-диметилформамид, N,N-диметилацетамид, или N,N-диметилсульфоксид. Однако данная композиция в связи с высокой концентрацией полимера более 25% не может быть использована для получения мембраны методом электроформования.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является известная композиция ПАН-ПВДФ, с соотношением компонентов 1:3, для получения нетканого материала методом электроформования из смеси растворителей N,N-диметилформамид (ДМФА) - ацетон (АЦ) с соотношением компонентов 7:3, для сепаратора-носителя электролита литиевых батарей (Gopalan A.I., Santhosh P., Manesh K.M., Nho J.H., Kim S.H., Hwang C-G., Lee K-P., Development of electrospun PVdF-PAN membrane-based polymer electrolytes for lithium batteries. J. Membr. Sci., 2008, 325(2), p. 683-690). Однако полученный нетканый материал обладает повышенной хрупкостью и низкой водоупорностью (прототип).

Задачей изобретения является разработка композиции, предназначенной для получения полупроницаемой пористой мембраны методом электроформования.

Техническим результатом является создание мембран с улучшенными функциональными свойствами: водоупорностью и скоростью электроформования.

Поставленная задача решается тем, что композиция для получения полупроницаемой пористой мембраны включает полиакрилонитрил, поливинилидендифторид и N,N-диметилформамид, дополнительно содержит N,N-диметилацетамид, при следующем соотношении компонентов, масс. %: 7-9 ПАН и 9-11 ПВДФ, остальное - N,N-диметилацетамид (ДМАА) и N,N-диметилформамид, при их соотношении 1:1.

Пример.

Приготовление формовочных растворов осуществляли последовательным растворением навески ПАН в течение 1…2 час при 50…60°С и навески ПВДФ в течение 1,5…3 час при 75…85°С в 250 мл растворителя состава согласно табл. 1 при перемешивании на магнитной мешалке в конической колбе. Полученные растворы смеси полимеров ПАН и ПВДФ охлаждались в естественных условиях до комнатной температуры и переливались в кювету для электроформования. Основные параметры электроформования: напряжение на капилляре U=70…75 кВ, ток I=0,04…0,05 мА, межэлектродное расстояние h=160…180 мм. Температура финишной обработки мембраны 100…160°С, давление прижимного валка 1…6 атм. Оптимальная температура обработки мембраны составляла 110…115°С. Свойства формовочных растворов приведены в табл. 2.

Мембраны сушат, снимают с подложки и испытывают. Результаты испытаний мембраны приведены в табл. 3.

Анализ приведенных результатов свидетельствует, что по водоупорности, скорости формования и относительному удлинению заявляемая композиция превосходит прототип.

Реферат

Изобретение относится к составу формовочного раствора для получения нетканого материала методом электроформования и может использоваться для получения водоупорной, воздухо-, паропроницаемой мембраны, а также регулирования комплекса эксплуатационных свойств мембранного материала. Композиция включает, мас.%: полиакрилонитрил 7-9, поливинилидендифторид 9-11, остальное - N,N-диметилацетамид и N,N-диметилформамид, при их соотношении 1:1. Изобретение позволяет повысить функциональные свойства мембран, а именно водоупорность и скорости электроформования. 3 табл., 7 пр.

Формула