[發明專利]一種馬賽克型納米膜

有效

• 申請號: 201210578743.8
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103015036A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 倪恨美;陳雨露;吳敏;張慧
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: D04H1/4382
• 分類號: D04H1/4382;D04H1/728;D01D5/00;D01F8/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種聚合物納米膜，具體來說，涉及一種馬賽克型納米膜。

背景技術

靜電紡絲技術是近年來興起的一種新型纖維制備技術，該技術利用高分子溶液在高壓電場的作用下發生極化，而在電場力的驅動下，克服溶液表面張力的束縛，形成泰勒錐，從噴嘴中噴出形成射流，射流在電場內運動，不斷發生裂分、細化，經溶劑揮發而固結，并最終形成纖維無紡布，但通過改變接收裝置，可以得到具有取向性的纖維，進而得到規則的多維結構的納米膜。采用靜電紡絲法制備的納米膜具有：纖維直徑小(約為200-1000nm)、比表面積大、孔隙率高(孔隙率可達60-80％)以及生產成本低廉的特點，可克服現有工藝設備的聚烯烴類隔膜材料孔隙率低、吸液量小、浸潤性能差的缺點。并且采用電紡絲工藝制備電池隔膜，可通過對紡絲溶液性質、紡絲距離、電場強度等工藝參數的控制，實現對納米膜的直徑、孔徑分布及孔隙率等性能的調控。美國專利(US6616435B2，US6689374B2，US6713011B2，US6743273B2)設計了用以批量生產納米纖維的多噴頭連續靜電紡裝置，中國專利(ZL200510038562.6，200510095384.0)設計了一種組合式連續電紡納米纖維制造裝置，中國專利(CN?101562243A)利用單一電壓同時電紡兩種溶液，制得高性能電池隔膜。

高壓靜電紡技術已廣泛應用于各個領域，如電池隔膜的研制，中科院理化技術研究所使用多噴頭制備技術開發的網狀納米纖維膜孔隙率可控在40-75％內，14℃放電時電池能量保持率高達74.4％，并且具有優異的循環性能、熱穩定性以及高倍率放電性能；Ki等通過靜電紡絲法制備PAN納米纖維用作過濾材料，與普通的聚烯烴纖維、HEPA和ULPA過濾材料相比，過濾效率顯著提高。Gopal等通過靜電紡絲制備了孔徑為4.6μm聚砜納米纖維膜，使用該膜對聚苯乙烯顆粒進行過濾測試，發現該納米纖維對于粒徑為7μm、8μm、9μm的聚苯乙烯顆粒的過濾效率高達到99％；Cary等用電紡法制造出由天然凝血因子纖維蛋白原所制成的新繃帶，纖維蛋白原繃帶可以增強機體形成天然血栓的能力，從而立即減少失血。這種繃帶因為它的成份與真的血凝塊一樣，機體在愈合過程中可以自性逐步解除；Priya等通過靜電紡絲制備了PVDF-HFP的納米纖維氈，并以該納米纖維制備的薄膜電解質為基礎，制得半固體染料敏化太陽能電池。

目前市售多孔膜主要由以下幾點不足：首先，多孔往往是以犧牲材料的強度為代價，如市售多孔膜的多孔率均達到60％或以上，因而追求薄膜體積更小便是對多孔隔膜的一個挑戰，因為必須把隔膜做得薄，但要能夠保持原來電容量、可循環性和安全性能等。其次，當前國際上主要采用填料增強的方法來解決強度問題，如填充金屬氧化物或二氧化硅等，高強度振動或撞擊等苛刻條件下的安全性也是多孔隔膜必須經受得起的考驗。再次，數微米的孔徑雖然具有在高溫時可以熔融關閉，切斷電路，保護電池的優點，但是增加了電解質潤濕材料的困難，不利于降低界面電阻，因而對隔膜進行表面處理是不可缺少的工序。最后，普通多孔隔膜不能防止電流過載，為了安全，例如在電池隔膜的生產中，必須內置PPCT自恢復過電流保護片予以保護。所有這些弊端都使得隔膜生產工序復雜化，成本難以降低。因而，探索新的隔膜原理具有極其重要的科學意義和應用價值。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種馬賽克型納米膜，該納米膜具有高孔隙率、低孔徑、良好浸潤性能、離子電導率強、機械強度高的優良性能。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種馬賽克型納米膜，該納米膜由納米膜層組成；每個納米膜層由相互平行的納米膜單元組成，相鄰納米膜單元之間存有空隙；每個納米膜單元由至少三根第一納米纖維和至少三根第二納米纖維交替排列組成，第一納米纖維由苯乙烯系陽離子交換樹脂、粘合劑、交聯劑按照質量比為1∶4-9∶1-10混合而成，第二納米纖維由乙烯吡啶系陰離子交換樹脂、粘合劑、交聯劑按照質量比為1∶4-9∶1-10混合而成。

進一步，所述的納米膜層為上下布置且相互粘結的n層，且相鄰兩層之間相對的納米膜單元之間夾角大于0度，小于180度；n為大于等于2的整數。

進一步，所述的納米膜層為單層，納米膜單元呈環形布置在同一平面上。

進一步，所述的納米膜為單層，納米膜單元呈條形布置在同一平面上。

有益效果：和現有技術相比，本發明具有如下優點：