一种聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜及其制备方法与流程

本发明属于聚合物改性领域，具体涉及一种聚多巴胺/离子液体/植物纤维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。但植物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，而离子液体可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，且离子液体不易挥发，污染性小，易重复回收利用，日趋受到重视。

另一方面，利用增容剂增加大分子和pvdf之间的相容性是一种有效的方法。研究发现，聚多巴胺结构中含有丰富的羟基基团，可以和植物纤维发生氢键反应，而聚多巴胺本身的大分子结构和对固体强的黏附性能，使得它可以和聚偏氟乙烯有强的相互作用，利用聚多巴胺分子之间的氢键反应，可以间接增加植物纤维和pvdf大分子的相互作用，从而增加二者的相容性。另外聚多巴胺对环境没有污染。

基于此，本发明首先制备聚多巴胺和一定目数的植物纤维，然后将聚多巴胺/聚偏氟乙烯溶液共混于溶有植物纤维的离子液体中，将得到的均匀铸膜液经过浸没沉淀相转化制得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜。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，而且对环境没有污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜及其制备方法，其工艺简单，易于操作，对设备要求低，易于工业化实施，所得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜具有良好的亲水和机械性能，且对人体没有伤害。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜，其是先制备聚多巴胺粉末和一定目数的植物纤维，然后将聚多巴胺粉末、聚偏氟乙烯粉末共混于溶有植物纤维的离子液体中，利用浸没沉淀相转化法得到所述聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜。

所述植物纤维包括棕榈纤维、竹纤维、麻纤维、棉纤维等。

所述的离子液体包括1-己基-3-甲基咪唑氯盐、1-辛基-3-甲基咪唑氯盐、1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的任意一种。

所述聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的制备方法包括以下步骤：

1）聚多巴胺粉末的制备

将2-10mg/l的多巴胺盐酸盐溶液加入到10mm的tris溶液中，并用tris溶液定容至200-400ml，室温搅拌24h后离心，过滤，水洗，冻干，真空干燥，得聚多巴胺粉末；

2）溶有植物纤维的离子液体的制备

将浆粕板剪成1×1cm²的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗0.5h，过滤除杂，然后在60℃恒温干燥箱中干燥24h，再放入搅拌机中粉碎，至过400目筛，得植物纤维；再将所得植物纤维加入到装有离子液体的烧瓶中，60-65℃搅拌4-6h，得溶有植物纤维的离子液体；

3）聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的制备

将聚偏氟乙烯粉末、成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和溶剂二甲基甲酰胺混合，70-75℃搅拌均匀后，冷却至20℃以下，加入一定量聚多巴胺粉末和溶有植物纤维的离子液体，脱泡，室温刮膜，晾干，得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜。

步骤2）中所用离子液体与植物纤维的质量比为60:1-10:1。

步骤3）中植物纤维和聚多巴胺粉末的质量比为4:1-4:3；聚偏氟乙烯粉末与聚多巴胺粉末的质量比为20:1-10:1；聚偏氟乙烯粉末与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为2:1-1.5:1；聚偏氟乙烯粉末和聚乙烯吡咯烷酮的总用量为二甲基甲酰胺质量的10％-20％。

与现有技术相比，本发明创新性地利用离子液溶解植物纤维来降低纤维的大小，并且用聚多巴胺增加植物纤维与聚偏氟乙烯的相容性，制得离子液体/植物纤维改性聚偏氟乙烯共混膜，该共混膜具有良好的亲水、抗污染性能及优良的机械性能，且其工艺简单，易于操作，对设备要求低，易于工业化实施，离子液体可重复利用，并可增加自然资源的利用率。

附图说明

图1为未与聚多巴胺、离子液体共混改性制备的植物纤维膜的扫描电镜图；

图2为实施例1制备的聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的扫描电镜图；

图3为实施例2制备的聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的扫描电镜图；

图4为实施例3制备的聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的扫描电镜图。

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，但是本发明不仅限于此。

实施例1

1）聚多巴胺粉末的制备：将2mg/l的多巴胺盐酸盐溶液加入到10mm的tris溶液中，并用tris溶液定容至200ml，室温搅拌24h后离心，过滤，水洗，冻干，真空干燥，得聚多巴胺粉末；

2）溶有植物纤维的离子液体的制备：将浆粕板剪成1×1cm²的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗0.5h，过滤除杂，然后在60℃恒温干燥箱中干燥24h，再放入搅拌机中粉碎，至过400目筛，得植物纤维；再将0.2g所得植物纤维加入到装有4g离子液体1-己基-3-甲基咪唑氯盐的烧瓶中，60℃搅拌4h，得溶有植物纤维的离子液体；

3）聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的制备：将0.85g聚偏氟乙烯粉末、0.5g成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和13.5g二甲基甲酰胺混合，70-75℃搅拌均匀后冷却至20℃以下，加入0.05g聚多巴胺粉末和3g溶有植物纤维的离子液体，脱泡，室温刮膜，晾干，得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜，其扫描电镜图见图1。

经检测，未经共混改性的pvdf原膜与水的接触角达到105°，本实施例聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜与水的接触角下降至45°，并且接触角随接触时间迅速下降，至20秒时只有7°。用万能材料试验机测定未与聚多巴胺、离子液体共混改性的植物纤维膜和聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的机械性能，结果发现改性后植物纤维共混膜的弹性模量提高了22%，抗拉强度提高了27%（未改性的植物纤维膜的弹性模量为459.85mpa，抗拉强度为23.81mpa）。

实施例2

1）聚多巴胺粉末的制备：将2mg/l的多巴胺盐酸盐溶液加入到10mm的tris溶液中，并用tris溶液定容至200ml，室温搅拌24h后离心，过滤，水洗，冻干，真空干燥，得聚多巴胺粉末；

2）溶有植物纤维的离子液体的制备：将浆粕板剪成1×1cm²的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗0.5h，过滤除杂，然后在60℃恒温干燥箱中干燥24h，再放入搅拌机中粉碎，至过400目筛，得植物纤维；再将0.4g所得植物纤维加入到装有4g离子液体1-己基-3-甲基咪唑氯盐的烧瓶中，60℃搅拌4h，得溶有植物纤维的离子液体；

3）聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的制备：将1.7g聚偏氟乙烯粉末、1g成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和13.5g二甲基甲酰胺混合，70-75℃搅拌均匀后冷却至20℃以下，加入0.1g聚多巴胺粉末和3g溶有植物纤维的离子液体，脱泡，室温刮膜，晾干，得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜，其扫描电镜图见图2。

经检测，未经共混改性的pvdf原膜与水的接触角达到105°，本实施例聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜与水的接触角下降至40°，并且接触角随接触时间迅速下降，至15秒时只有7°。用万能材料试验机测定未与聚多巴胺、离子液体共混改性的植物纤维膜和聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的机械性能，结果发现改性后植物纤维共混膜的弹性模量提高了25%，抗拉强度提高了28%（未改性的植物纤维膜的弹性模量为459.85mpa，抗拉强度为23.81mpa）。

实施例3

1）聚多巴胺粉末的制备：将2mg/l的多巴胺盐酸盐溶液加入到10mm的tris溶液中，并用tris溶液定容至200ml，室温搅拌24h后离心，过滤，水洗，冻干，真空干燥，得聚多巴胺粉末；

2）溶有植物纤维的离子液体的制备：将浆粕板剪成1×1cm²的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗0.5h，过滤除杂，然后在60℃恒温干燥箱中干燥24h，再放入搅拌机中粉碎，至过400目筛，得植物纤维；再将0.2g所得植物纤维加入到装有7g离子液体1-己基-3-甲基咪唑氯盐的烧瓶中，60℃搅拌4h，得溶有植物纤维的离子液体；

3）聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的制备：将1.7g聚偏氟乙烯粉末、1g成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和14g二甲基甲酰胺混合，70-75℃搅拌均匀后冷却至20℃以下，加入0.1g聚多巴胺粉末和4g溶有植物纤维的离子液体，脱泡，室温刮膜，晾干，得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜，其扫描电镜图见图3。

经检测，未经共混改性的pvdf原膜与水的接触角达到105°，本实施例聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜与水的接触角下降至38°，并且接触角随接触时间迅速下降，至10秒时只有5°。用万能材料试验机测定未与聚多巴胺、离子液体共混改性的植物纤维膜和聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的机械性能，结果发现改性后植物纤维共混膜的弹性模量提高了27%，抗拉强度提高了29%（未改性的植物纤维膜的弹性模量为459.85mpa，抗拉强度为23.81mpa）。

实施例4

1）聚多巴胺粉末的制备：将2mg/l的多巴胺盐酸盐溶液加入到10mm的tris溶液中，并用tris溶液定容至200ml，室温搅拌24h后离心，过滤，水洗，冻干，真空干燥，得聚多巴胺粉末；

2）溶有植物纤维的离子液体的制备：将浆粕板剪成1×1cm²的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗0.5h，过滤除杂，然后在60℃恒温干燥箱中干燥24h，再放入搅拌机中粉碎，至过400目筛，得植物纤维；再将0.2g所得植物纤维加入到装有7g离子液体1-辛基-3-甲基咪唑氯盐的烧瓶中，60℃搅拌4h，得溶有植物纤维的离子液体；

3）聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的制备：将1.65g聚偏氟乙烯粉末、1.0g成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和13.25g二甲基甲酰胺混合，70-75℃搅拌均匀后冷却至20℃以下，加入0.15g聚多巴胺粉末和6g溶有植物纤维的离子液体，脱泡，室温刮膜，晾干，得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜。

经检测，未经共混改性的pvdf原膜与水的接触角达到105°，本实施例聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜与水的接触角下降至35°，并且接触角随接触时间迅速下降，至8秒时只有5°。用万能材料试验机测定未与聚多巴胺、离子液体共混改性的植物纤维膜和聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的机械性能，结果发现改性后植物纤维共混膜的弹性模量提高了25%，抗拉强度提高了27%（未改性的植物纤维膜的弹性模量为459.85mpa，抗拉强度为23.81mpa）。

实施例5

1）聚多巴胺粉末的制备：将2mg/l的多巴胺盐酸盐溶液加入到10mm的tris溶液中，并用tris溶液定容至200ml，室温搅拌24h后离心，过滤，水洗，冻干，真空干燥，得聚多巴胺粉末；

2）溶有植物纤维的离子液体的制备：将浆粕板剪成1×1cm²的小块，放入二次水中，常温搅拌清洗0.5h，过滤除杂，然后在60℃恒温干燥箱中干燥24h，再放入搅拌机中粉碎，至过400目筛，得植物纤维；再将0.2g所得植物纤维加入到装有8g离子液体1-辛基-3-甲基咪唑氯盐的烧瓶中，60℃搅拌4h，得溶有植物纤维的离子液体；

3）聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的制备：将1.65g聚偏氟乙烯粉末、1.0g成孔剂聚乙烯吡咯烷酮和15g二甲基甲酰胺混合，70-75℃搅拌均匀后冷却至20℃以下，加入0.15g聚多巴胺粉末和7g溶有植物纤维的离子液体，脱泡，室温刮膜，晾干，得聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜。

经检测，未经共混改性的pvdf原膜与水的接触角达到105°，本实施例聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜与水的接触角下降至38°，并且接触角随接触时间迅速下降，至20秒时只有10°。用万能材料试验机测定未与聚多巴胺、离子液体共混改性的植物纤维膜和聚多巴胺/离子液体/植物纤维共混膜的机械性能，结果发现改性后植物纤维共混膜的弹性模量提高了32%，抗拉强度提高了34%（未改性的植物纤维膜的弹性模量为459.85mpa，抗拉强度为23.81mpa）。

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。