[发明专利]亲水膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子膜材料领域，具体涉及一种亲水、孔结构相互联通的 膜材料及其制备方法。

背景技术

由于膜材料的制造成本大幅度降低和污水处理技术如膜生物反应器技术 逐渐成熟，膜技术在环境保护中成为最为重要的技术之一，近年来，多孔有 机膜材料在工业废水和市政污水的处理中不断得到发展。膜材料所面对的处 理对象大体分为两类：一类是原水较为洁净的水源，比如地表水，地下水， 城市管道水，或者经过深度处理的污水；一类是水质较为复杂的污水源，比 如工业和市政污水。无论哪一种水源的膜处理过程都有膜污染的问题，膜材 料一旦被污染而失去原有的分离性能，膜材料的污染导致膜通透量的降低， 需要进行比较频繁的化学清洗，膜材料的寿命将下降。然而将膜材料亲水化 后，膜材料在使用过程中具有较好的抗污染性能，膜材料的性能下降较慢， 从而材料接触各种氧化或者强酸碱化学药剂的频率低，材料的寿命大大延长。

膜材料的亲水化方法大体分为两类：一类是暂时亲水化，一类是长久亲 水化。本发明公开了一种亲水膜材料的结构及制备方法。根据材料制备的手 段，将膜材料亲水化的相关专利文献总结如下。

专利CN1579601公开了一种干—湿法纺丝工艺纺丝制备聚偏氟乙烯树 中空纤维膜，其中亲水性大分子为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和/ 或聚氧乙烯，专利没有涉及膜材料得亲水性问题。专利CN1579602公开了一 种以烧结α-氧化铝为添加物的亲水性方法。专利CN1687222公开了采用平均 粒径为1～20nm的二氧化钛与高分子共混改性方法，改善了膜材料的亲水 性。专利所提及的方法中，由于高分子和这些无机材料无法形成微观角度上 的交联，不能确保膜材料的亲水性。

专利CN1594405公开了一种化学接枝共聚将膜材料亲水改性的方法。该 技术采用在膜表面上接枝丙烯酸，然后采用双丙烯酸乙二醇酯类型交联剂获 得表面亲水膜材料，该技术包括纯水润膜、碱处理膜、制造复合膜等步骤， 过程较为复杂，其共价键的结合在工业使用过程中的耐氧化和酸碱性很难兼 顾。专利CN1704152公开了浸涂改性法制备亲水性微孔膜的方法，制备的微 孔膜有很好的亲水性，很高的水通量，可以减少对生物活性物质如蛋白质等 的吸附。专利CN1772359提供一种在中空纤维微滤膜和平板微滤膜表面嫁接 具有亲水性能和离子交换性能基团的化学改性技术，采用丙烯酸、聚乙烯醇、 丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾等试剂为原料，通过化学交联聚合 反应，在微滤膜表面嫁接上羧酸基团和羟基基团。通过化学改性方法获得亲 水膜材料，其亲水基团和聚偏氟乙烯主链的结合化学键难以经受强酸强碱或 者氧化物的化学腐蚀，不能保证膜材料在长期运行中的性能稳定性，无法成 为亲水的膜材料。

专利CN1621138公开了利用一些表面能较高的亲水性物质(如有机物质 或无机粒子)与成膜高分子熔融共混的方法，所制备的中空纤维微孔膜接触角 下降≥20°。专利CN101015773公开了将成膜高分子与两亲性聚环氧乙烷和无 机粒子共混制备平板或管式膜的方法及膜结构，由于两亲性聚环氧乙烷中亲 水链段在膜表面及孔壁富集，膜均具有极好的亲水性和透水性。国际专利 WO97/28891公开了聚乙烯醇，聚甲基丙烯酸甲酯等材料共混制备亲水膜材 料的方法。专利公开的技术中，由于所采用的亲水材料分子链较短，无法和 成膜材料形成较为稳固的物理交联，难以达到亲水的目的。

专利CN101269302公开了一种亲水化膜材料的方法。专利中通过采用聚 乙烯吡咯烷酮类高分子，避免结晶性的聚偏氟乙烯高分子在膜形成过程中结 晶，从而提高聚偏氟乙膜材料的强度。同时由于少数亲水高分子残留在膜材 料中，膜材料具有亲水性。然而，由于聚乙烯吡咯烷酮类高分子属于水溶性 的高分子，大部分在成膜过程中流失。而且，聚偏氟乙烯高分子的疏水性非 常强，在膜材料中倾向于体现在膜材料的表面，因此最终的膜材料亲水性提 高有限。

上述专利文献中的膜材料亲水改性方法仅提供了膜材料在初始使用时具 有亲水性，没有关注膜材料在长期使用过程中亲水性的保持和长久性。提供 稳定的亲水性能是延长膜寿命，降低膜技术使用成本的重要因素，具有重大 意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有膜材料的抗污染性能及亲水性能不足的问 题，提供一种亲水且孔结构相互联通的膜材料。