[发明专利]一种表面自清洁性聚合物多孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔膜的制备方法，更具体地说涉及一种表面自清洁性聚合物多孔膜的 制备方法。

背景技术

膜分离技术具有低能耗、过程简单、分离效率高、不污染环境等优点，是解决当代的能 源、资源和环境问题的重要高新技术，其应用已发展到化工、食品、医药、生化、环保等领  域。聚合物材料由于性能优良、价廉、易加工等特点，已被广泛用于制备多孔分离膜。但由 于聚合物材料表面多具有疏水性，在水处理、生物、食品等水相分离体系中的应用时会产生 两个问题：一是传质驱动力高，能耗大；二是极易吸附疏水性有机物引起膜污染，导致膜通 量下降，缩短膜寿命。通过表面改性，制备表面不易污染或易清洗的聚合物多孔膜是解决膜 污染的有效途径。

近年来，自清洁性表面的研究引起了普遍的关注并取得了重要的进展。自然界中很多植 物、动物的表面具有自清洁性质，比如荷叶表面经雨水冲刷即可清洁，壁虎并不专门清洗脚 垫即可维持与墙壁的附着力，这是生物长期适应自然的结果。模仿荷叶、蝉翼的表面结构， 在材料表面构筑微/纳米级的微突结构及疏水成分，可以赋予材料表面的疏水自清洁性。其原 理是材料表面具有超疏水性和非常小的水滚动角，使附着的污染物易于随着水滴的滚动而被 卷离。然而这种自清洁机制并不适用于多孔性分离膜表面的自清洁改性，因为水不易透过表 面疏水性多孔膜的微孔通道。利用TiO₂的UV催化性质也是设计自清洁性表面的有效方法。在 UV照射下，TiO₂粒子可氧化分解有机物，同时表面转变为超亲水性。以TiO₂粒子改性聚合物 多孔膜表面，可提高膜表面的耐污染性、提高水通量并能抑制细菌的生长。但TiO₂/UV方法 也会引起基体聚合物的降解、粉化，同时TiO₂/UV方法的光催化效率还需要进一步的提高。

另外，近年来，刺激-响应型聚合物的表面自清洁机制及性能研究开始引起关注。所谓的 刺激-响应性是指材料在接受环境信号的刺激后，其分子的结构、能量状态发生变化而做出响 应的过程。刺激-响应型聚合物可接受温度、pH值、离子、溶剂、化学物质、电场、光等的 环境信号，而发生分子链的伸展/卷曲、亲水性/疏水性、特异性吸附等行为的变化，刺激- 响应行为一般具有可逆性。由于聚合物材料具有多重结构层次，易于通过分子和结构设计来 实现材料的这种智能化性能。

2007年Youngblood等(Advanced Materials，19，3838-3843，2007)在玻璃基底上 键接了具有溶剂刺激-响应性的聚乙二醇-全氟烷烃嵌段聚合物刷，在油性环境中疏水的全氟 烷烃段伸向外侧，与水接触时聚合物刷的结构反转，聚乙二醇段伸向外侧。利用这种溶剂的 刺激-响应性行为可以实现表面自清洁性，当十六烷预污染的聚合物刷表面与水接触并简单震 荡后，十六烷即从表面脱离并浮于水的表面。接触角数据表明，聚合物刷表面十六烷的后退 角大于水的前进角，Youngblood认为正是这种接触角的差距，使水易于在聚合物刷表面铺展 并取代了十六烷/聚合物刷的界面，赋予了改性表面的自清洁性能。