[發明專利]一種提高高分子膜水阻隔性的方法

在審

• 申請號: 201710041336.6
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN107057104A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 馮嘉春;陶磊
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C08J7/18
• 分類號: C08J7/18;C08J7/12;C08L23/12;C08L33/20;C08L81/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,陸尤

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及一種對高分子薄膜進行表面疏水改性、提高對水阻隔性的方法。

背景技術

高分子膜材料是一類重要的高分子功能材料，通常是指以高分子為主要基材所制備的具有特殊分離功能的膜狀材料。因具有密度低、易加工成型、效率高功能多樣等優勢，已經廣泛應用于諸如環境保護與資源利用、信息技術、新能源、生物技術、工業技術、醫療衛生等等人類生產、生活的各個方面。

對于難以分離的混合物體系，高分子膜材料必須對不同物質具有不同的選擇性，這對實現良好的分離效果是非常重要的。水是環境中最常見的一種物質，也是很多混合物的溶劑或分散劑，但是，對于某些具體應用領域，需要將水除去或降低水的含量。如果利用高分子膜實現上述要求，則所用膜材料必須對水具有良好的阻隔性。為了提高薄膜對水的阻隔性，人們已經開展了大量工作。通過控制薄膜中孔結構的尺寸使水無法通過是一種有效的方法。但是，由于水分子體積很小，在能阻隔水的情況下很多物質也無法透過，勢必影響膜的應用范圍；并且，對于絕大多數高分子材料，因自由體積較大，即使不計膜中孔隙或孔道，其本身對水分子的阻隔效果就較差。基于上述考慮，如果對高分子膜進行改性，使其本體或表面具有對水分子親和性差的疏水特性，則可能大大提高對水分子的阻隔性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種簡單、方便，而且效果好的提高高分子膜水阻隔性的方法。

本發明提供的提高高分子膜水阻隔性的方法，是在高分子膜表面通過化學作用沉積一層疏水的含氟聚合物，從而對高分子膜進行表面改性，以提高膜材料對水的阻隔性。

本發明方法，以各種高分子基膜為原料，通過等離子體表面處理使基膜表面活化，然后，將其浸泡于可聚合氟碳類單體或其溶液中，引發聚合，在膜表面沉積一層疏水的含氟聚合物。經上述改性的高分子膜，對空氣等氣體的透過率影響不大，但可大大提高對水的阻隔性。

本發明中，所述的高分子基膜，可以是各種具有能起到分離或隔絕作用的高分子薄膜(Membrane)，如水處理膜、分離膜等。

本發明中，所述的通過等離子體表面處理使基膜表面活化，是指將高分子基膜放入等離子體設備的處理腔，利用各種氣體的等離子體轟擊其表面，直接在膜表面形成具有可反應活性點的過程；也可以是指經等離子體活化處理后，進一步將膜從腔體取出后放置在空氣中，在其表面形成具有可反應活性過氧自由基或氫過氧自由基的過程。

本發明中，所述的等離子體表面處理，處理的功率為50-2000 W，處理時間為30秒-30分鐘。優選處理功率為50-500 W，處理時間1-15分鐘。

本發明中，所述的等離子體種類，可以是通氧氣、氨氣等反應性氣體形成的等離子體，也可以是氮、氬等惰性氣體的等離子體。如果是前者，經等離子體處理后，膜表面就可能形成活性點位；如果是后者，往往需要放置在空氣中，形成可反應的活性點位。

本發明中，所述的可聚合氟碳類單體，可以是各種含氟且可發生聚合反應的物質，如全氟丙烯酸酯、全氟苯乙烯等。

本發明中，所述的全氟丙烯酸酯及全氟苯乙烯，可以是一類單體中的一種，也可以是不同種類單體中多種的混合物。

實驗表明，無論任何材質的薄膜，經上述處理后，表面呈明顯的疏水特性，對水具有良好的阻隔效果。

等離子聚合是近幾十年來發展起來的一種改進材料表面有效方法。其獨特的優勢在于：可以只對材料的表面進行改性賦予表面特定功能而對本體任何不良影響；不需要使用溶劑，是一種無污染的過程，能控制薄膜的結構和性能。含氟聚合物通常具有非常低的表面自由能，對極性和非極性液體都具有排斥性，化學穩定性和優良的熱穩定性，透明性好。

等離子體表面處理是通過等離子體發生器對氣體施加足夠的能量使之離化成為等離子狀態，利用這些等離子體物質與樣品表面作用，從而實現表面清洗、表面刻蝕或活化等目的，是半導體工業中應用非常廣泛的一種方法。等離子體狀態的物質具有較高能量，一方面可以轟擊放置于處理腔內的高分子膜使之表面產生活性自由基，另一方面其自身也可能與膜表面反應形成活性自由基。如果通入的是易電離的“反應性氣體”如氧氣、氨氣等，一般是電離的氣體等離子體與膜表面反應形成活性自由基；如果通入的是氮氣、氬氣等“惰性氣體”，往往是“刻蝕”高分子膜表面使膜材產生活性自由基。本發明中，可以是通反應性氣體形成的等離子體，也可以是等惰性氣體的等離子體。經等離子體處理后，膜表面就可能形成活性點位。通常操作上，等離子體處理后，往往可以放置在空氣中，與氧氣作用形成過氧自由基或氫過氧自由基等。進一步引發聚合反應的發生。