[发明专利]对聚偏氟乙烯进行可控亲水改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物改性领域，具体涉及一种对聚偏氟乙烯进行可控亲水改 性的方法。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有优良性能的新型高分子材料。它具有优异的 抗紫外线、耐气候老化、优良的电性能、耐热性、机械性能、耐辐射性以及化 学稳定性。它是白色结晶状的，结晶度60％～80％，氟含量59.6％，密度为1.75～ 1.78g/cm³，吸水率＜0.04％，玻璃化转变温度-39℃。脆化温度在-62℃以下， 结晶熔点约170℃，热分解温度大于316℃。从熔点到分解温度的加工温度范 围宽，且在一定温度和受压下仍能保持良好的强度，成膜方便且柔韧性好。

PVDF的表面能低，具有极强的疏水性，尽管这种性质使其在疏水、非极 性膜方面(如膜萃取和膜蒸馏过程)具有明显的优势，但是在生物制药、食用饮 料及水处理等水相体系的应用领域，PVDF的疏水性却成为制约PVDF膜应用 的关键问题。其主要原因在于：(1)PVDF的强疏水性使其与有机物、微生物、 胶体等物质之间具有强烈的吸附/黏附作用，这些吸附/黏附会导致PVDF膜在 水处理过程中非常容易被污染，从而导致膜通量下降，使用过程中需频繁清洗， 致使水处理成本提高、处理效率降低；(2)PVDF的强疏水性使膜表面与膜孔壁 不容易被水所润湿，水处理过程需要较大的驱动力(试验表明，平均孔径为0.2 μm的PVDF微滤膜，在0.2 M Pa压差下几乎没有水通过)，从而导致膜法水 处理的能耗成本提高。因此，对PVDF膜进行亲水性改性以改善其通量、抗污 染性和降低膜法水处理的成本具有非常重要的实际意义。

目前对PVDF亲水化改性方法大致可分为：碱处理法、等离子体法、辐照 接枝法、臭氧氧化法等。而这些方法不同程度的存在操作复杂、耗能高、接枝 效率不高以及难于控制等不足。

例如常用的接枝方法先固定引发剂再接枝改性，因而操作复杂。

例如：申请号为200710150742.2的中国发明申请公开说明书公开了一种荷 负电聚偏氟乙烯改性膜及其制备方法，利用低温等离子体引发材料表面接枝的 改性技术，引入亲水性及负电基团的单体，制备亲水性荷负电的聚偏氟乙烯分 离膜的方法。具体将聚乙烯吡咯烷酮，PVDF树脂溶解于N-甲基吡咯烷酮中， 制备平板基膜；再将平板基膜放置于低温等离子装置中，工作气体为空气，放 电处理，处理后的膜取出放入含有丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸单体的液相溶液中进行接枝反应，制备亲水荷负电PVDF膜。

专利号为200610026461.1的中国发明公开了一种对聚偏氟乙烯(PVDF)膜 进行亲水改性的方法：把共混和表面接枝技术相结合，先将PVDF同另一种光 敏性聚合物共混并制成微孔膜或致密膜，然后采用表面接枝方法在共混膜表面 接枝亲水性单体。该发明将PVDF树脂同含光敏性基团的聚合物共混，制成平 板膜，然后用表面接枝的方法在共混膜表面接枝亲水性单体，在进行接枝反应 时，需将PVDF膜固定在合适的反应器中，然后将溶液置于该膜上，再进行辐 照接枝，而且用于辐照接枝的单体需事先通氮脱氧，接枝反应需在氮气氛围中 进行。因此操作比较复杂。

发明内容

本发明目的是提供一种对聚偏氟乙烯进行可控亲水改性的方法。

本发明的基本原理是：由于通过电子转移生成催化剂的原子转移自由基聚 合(activators generated by electron transfer ATRP，AGET ATRP)具有活性 /可控的聚合特点，利用生物相容性好以及毒性小的铁盐催化的AGET ATRP在 空气氛围下直接进行PVDF的改性，设计具有不同分子量，不同接枝密度，不 同接枝单体的水溶性梳状接枝聚合物，制成不同表面接触角的PVDF以及不同 孔径的PVDF膜。

为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种对聚偏氟乙烯膜进行可控 亲水改性的方法，包括以下具体步骤：

(1)按照摩尔比，单体∶聚偏氟乙烯(PVDF)＝2000～15000∶1，配制聚合 体系，所述聚合体系包括：单体、聚偏氟乙烯、催化剂、配位剂和还原剂，将 聚合体系溶于有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 或者二甲基亚砜(DMSO)中的一种；

(2)在空气氛围下密封，于90～120℃下，进行铁盐催化的AGET ATRP聚合；