[發(fā)明專利]一種聚合物膜材料及其制備方法

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• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN110314561A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何春菊;邱中勇;王建秀;劉子媛;曲智華;曲智清
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D71/42;B01D71/48;B01D71/38;B01D71/26;B01D71/10;B01D71/12;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 上海華誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

本發(fā)明提供了一種聚合物膜材料及其制備方法。本發(fā)明中通過先將帶有叔胺基的兩親聚合物與用于制備分離膜的聚合物溶于有機(jī)溶劑中制備成聚合物膜，然后將聚合物膜放入季銨化試劑溶液中進(jìn)行季銨化反應(yīng)，得到兩性離子化聚合物膜材料，由于兩性離子的聚合物與用于制備分離膜的聚合物以共混物的形式存在，且兩性離子的聚合物包括疏水鏈段，因此本發(fā)明提供的聚合物膜材料具有持久親水抗污性能，并且由于兩性離子強(qiáng)的親水性，親水鏈段向膜表面遷移的速度快，膜表面的親水鏈段覆蓋率高，抗污性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚合物膜材料及其制備方法。

背景技術(shù)

在膜過濾過程中，常用的納濾或超濾的聚合物分離膜由于膜材料自身的疏水性，在使用過程中很容易吸附被處理液中蛋白質(zhì)、膠體粒子等污染物，導(dǎo)致膜孔堵塞，造成膜污染，從而引起使用過程中膜的通量不可逆轉(zhuǎn)地顯著下降和膜兩側(cè)的壓力差持續(xù)增大，分離效果差，縮短膜的使用壽命。

導(dǎo)致膜污染的最根本原因是材料的疏水性，大量的研究工作證明，膜表面親水性的提升有利于改善膜材料的抗污性能，因此對聚合物多孔膜進(jìn)行改性、賦予膜表面親水性是提高疏水性膜抗污性的重要方式之一。常用的方法是在膜表面涂覆親水聚合物涂層，但是涂層容易在使用過程中脫落，同時(shí)涂覆過程中會造成膜孔堵塞、降低其功能性。而接枝改性、共聚改性的方法則過程復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。共混改性的方法相對簡單，并且易于產(chǎn)業(yè)化，該種方法在制膜液中添加水溶性聚合物和納米粒子，從而進(jìn)行膜的親水改性。但由于添加物具有水溶性或與基體結(jié)合力微弱，會在使用過程中逐漸流失，導(dǎo)致膜的親水改性效果不能持久。因此，開發(fā)切實(shí)可行的改性方法就顯得尤為重要。

近年的研究表明，可以采用兩親聚合物作為共混改性添加劑。由于兩親聚合物中的親水鏈與膜本體材料之間的熱力學(xué)不相容，親水鏈段在成膜過程中將自發(fā)地向膜表面遷移富集，在膜表面形成親水性薄層，從而顯著提高膜的表面親水性與抗污染性能。同時(shí)，兩親聚合物分子中的疏水鏈因與膜本體材料具有良好的相容性，會阻止兩親聚合物從膜基體流失。但由于親水鏈段向膜表面遷移的速度比較慢，膜表面的親水鏈段覆蓋率低，改性功效受到一定限制。

現(xiàn)有技術(shù)中還公開了采用具有兩性離子對基團(tuán)的聚合物對聚合物膜的表面進(jìn)行改性。但是由于兩性聚合物不能溶解在有機(jī)溶劑中，所以現(xiàn)有技術(shù)中如參考文獻(xiàn)1(CN102580585A)中其通過聚乙烯醇接枝兩性離子共聚物和多元胺、多元酰氯單體進(jìn)行界面聚合，在聚丙烯腈多孔支撐膜上，形成含有兩性離子基團(tuán)的聚酰胺功能層的復(fù)合納濾膜。這種雙層結(jié)構(gòu)同樣存在兩性離子對基團(tuán)聚合物會在使用過程中逐漸流失，導(dǎo)致膜的親水改性效果不能持久的問題。此外，參考文獻(xiàn)2(CN104069753A)中也公開了一種含芳酮基團(tuán)的聚合物膜的抗污染改性方法。該方法采用紫外接枝聚合(甲基)丙烯酸環(huán)氧烷基酯于超(微)濾或納濾膜表面，進(jìn)一步反應(yīng)生成鹵代烷，在一定催化劑、配體或還原劑存在的條件下與丙烯酸甜菜堿類化合物反應(yīng)，得到具有良好親水性和抗污染性能的超(微)濾或納濾膜。雖然采用輻射接枝可以提高親水改性的持久性，但是成本較高，難以在聚合物膜的加工中得到充分應(yīng)。因此，提供一種具有持久親水抗污性能的聚合物膜材料及其制備方法成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有持久親水抗污性能的聚合物膜材料及其制備方法。本發(fā)明中通過先將帶有叔胺基的兩親聚合物與用于制備分離膜的聚合物溶于有機(jī)溶劑中制備成聚合物膜，然后將聚合物膜放入季銨化試劑溶液中進(jìn)行季銨化反應(yīng)，得到兩性離子化聚合物膜材料，由于兩性離子的聚合物與用于制備分離膜的聚合物以共混物的形式存在，且兩性離子的聚合物包括疏水鏈段，因此本發(fā)明提供的聚合物膜材料具有持久親水抗污性能；進(jìn)一步地，由于兩性離子強(qiáng)的親水性，親水鏈段向膜表面遷移的速度快，膜表面的親水鏈段覆蓋率高，抗污性能優(yōu)異。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種聚合物膜材料，包含(a)具有兩性離子的聚合物和(b)用于制備分離膜的聚合物，其中兩性離子包括季銨基團(tuán)。