[发明专利]一种聚偏氟乙烯微孔膜表面亲水化改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚偏氟乙烯微孔膜表面亲水化改性的方法，属于膜表面亲水化改性技术领域。

背景技术

膜分离技术是以高分子分离膜为代表的流体分离单元操作技术，是一种新型的边缘学科高新技术。由于膜分离技术具有许多其他分离技术所没有的优点：浓缩不需要变相，分离系数大，分离选择性强，而且不需要蒸发器或冷冻设备，所以投资成本低，能源消耗少；特别对于那些热敏性的物质（如食品、药品或生物工程产品）的处理，由于分离过程中不受热，容易保护被分离物质的原有色、香、味、营养和口感。在膜分离技术重要性方面，国外有专家将它的应用与发展称为“第三次工业革命”；美国官方也说“目前没有一项技术能像膜分离技术这么广泛的应用”；国际上也流行着“谁掌握着膜技术，谁就掌握化工的未来”的说法。由于膜分离技术具有诸多的优点和重要性，存在着巨大的生产潜力和应用前景，已被广泛应用于生物和食品工业、医药工业、环境工程等诸多方面。

聚偏氟乙烯是一种性能优良的结晶性聚合物，由于其突出的化学稳定性、耐腐蚀性和耐热性更使其在膜分离领域大显身手，已经形成了一系列的聚偏氟乙烯分离膜，其中聚偏氟乙烯微滤膜和超滤膜已成功地应用于化工、电子、纺织、食品、生化等领域。随着聚偏氟乙烯膜的应用范围不断扩大，各国的研究人员都在进行着以聚偏氟乙烯为膜材料的各类新型分离膜的研制开发，从而使其优异的性能得到充分发挥，能满足某些特殊膜过程和特殊领域的要求。相比于其它膜材料，聚偏氟乙烯最突出的特点是具有极强的疏水性，这成为制约聚偏氟乙烯膜在很多领域大规模应用的主要因素，尤其是应用在油水分离、蛋白类分离等方面时，由于聚偏氟乙烯表面能极低，有极强的憎水性，易产生吸附污染，使膜通量下降，降低了膜的使用寿命。

为了改善聚偏氟乙烯膜的亲水性，使其能长期高效利用，人们一直在探讨各类改性方法，总体上看，聚偏氟乙烯膜的改性目的旨在提高其表面亲水性，增加表面能，从而防止形成污染层。其改性方法包括：物理改性、低温等离子体改性、化学改性等。

其中，物理改性是通过物理共混或表面涂层的方法来改善聚偏氟乙烯膜表面的亲水性，共混改性属于本体改性，共混物之间的相容性和含量影响改性后聚偏氟乙烯膜的机械强度、模量、断裂伸长率等。同时，参加共混的大分子若带有庞大的侧基，也会对膜孔径造成影响，这些因素对改性后膜的通量和截留率的影响都是有待于探讨和研究的。而表面涂覆方法的最大问题是添加或涂覆的接枝或嵌段共聚物易从高分子表面脱离，不能得到永久性的改性效果。

低温等离子体改性是近年来发展得较快的方法，其不影响材料的本体性能，通过在材料表面引入含氧的极性基团，从而提高了表面的亲水性。单纯的等离子体处理，其亲水化效果不确定，且保留时间短。

表面化学改性简单、高效。这是由于表面改性只限于在固体的高分子材料表面进行，材料的本体部分仍保持原状并不参与反应，改性后的产物，因表层与本体内部的结构不同，只是一种表面改性的复合材料，由于聚偏氟乙烯膜本体是一类性能优良的膜材料，因此对其改性主要集中在表面改性。采用表面化学改性法的优点是方便易行，不需要特殊的装置和设备，成本低廉，易于实现大规模产业化，能长久地“固定”所需要的亲水性能。

发明内容

本发明的目的是针对聚偏氟乙烯膜表面能低，有极强的憎水性，易产生吸附污染，从而使膜通量下降的特点，提出一种聚偏氟乙烯微孔膜表面亲水化改性的方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种聚偏氟乙烯微孔膜表面亲水化改性的方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步、用去离子水清洗聚偏氟乙烯微孔滤膜，然后将其浸于体积百分浓度为50-90%的乙醇溶液中浸泡12-36hr，再将其浸入去离子水中；

第二步、将第一步处理后的聚偏氟乙烯微孔膜加入到碱性氧化剂溶液中，在20-80℃下反应20-60min，其中，所述碱性氧化剂中含有碱和氧化剂高锰酸钾；

第三步、将第二步处理后的聚偏氟乙烯微孔膜浸入酸性还原剂溶液中去除表面的碱和氧化剂高锰酸钾，用去离子水清洗，烘干；

第四步、将第三步处理后的聚偏氟乙烯微孔膜浸入体积百分比浓度为5-20%的甘油溶液中，在常温下反应5-20min，用去离子水清洗，烘干。

第二步中所述的碱性氧化剂溶液由碱、氧化剂高锰酸钾、相转移催化剂四丁基溴化铵以及水组成。所述的碱为氢氧化钾，氢氧化钾的重量百分比浓度为10-50%，高锰酸钾的重量百分比浓度为1-5%，四丁基溴化铵的浓度为2000mg/l-5000mg/l。