[发明专利]聚偏氟乙烯亲水改性膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚偏氟乙烯亲水改性膜及其制备方法。

背景技术

在21世纪的水处理领域里，膜分离技术由于具有高效、环保、节能以及过程简单、可实现自动化控制的特性而成为该领域的首选技术之一。膜作为膜技术的核心，它的化学性质和结构对膜分离的性能起着决定性作用。聚偏氟乙烯(PVDF)具有优良的化学稳定性、耐辐射性、耐热性以及易于成膜等优点。因此得到研究人员的普遍关注，被广泛的应用于化工、电子、纺织、食品、生化等领域。但是，由于PVDF表面能低、疏水性极强，在进行分离过程中极易发生表面吸附污染，造成分离性能下降，使清洗和维护成本加大，而且限制了在其他领域的应用。目前，对PVDF的改性方向有：1.改善膜的亲水性和生物相容性提高膜抗污能力和使用寿命；2.对PVDF膜进行功能化，扩展膜的使用领域。

表面改性技术因为不改变材料本体性质，工艺路线简单，易于引入多种功能性基团等优点成为PVDF膜改性的主要手段。常用的膜表面改性技术包括表面化学处理改性、膜表面复合改性、辐照改性和膜表面化学接枝改性等。PVDF具有很好的耐化学性质，表面化学处理改性中试剂很难对其进行反应，而且改性后膜的机械强度等本体性质受到影响；复合改性的表面涂层容易脱落；辐照改性利用高能射线或离子的照射在膜表面产生自由基与单体发生反应，但是高能射线同样能破坏膜本体的机械性能；表面化学接枝改性的首要问题就是怎样实现链的可控生长。原子转移自由基聚合(ATRP)具有引发效率和单体转化率高、制备聚合物分子量可控、分布单一等优点，已成为应用最广泛的活性自由基聚合(LRP)技术(目前的关于LRP研究论文和专利大约75％都是ATRP方面的)。但是PVDF的C-F键能比较高，难于断裂，因此它的ATRP引发活性比较低。很多情况下，人们通过化学反应在PVDF膜表面引入活性更高的Br端基，然后进行ATRP接枝反应，致使改性过程复杂难于操作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种亲水性高及抗污能力大的聚偏氟乙烯亲水改性膜。

本发明的第二个目的是提供一种工艺简单环保，适于工业化生产的聚偏氟乙烯亲水改性膜的制备方法。

本发明的技术方案概述如下：

聚偏氟乙烯改性功能膜，是通过水相原子转移自由基聚合的方法在聚偏氟乙烯膜表面上接枝有功能性聚合物。

所述功能性聚合物为聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酰胺类水溶性聚合物。

所述聚甲基丙烯酸酯为聚-2-(二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯、聚-2-(二异丙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、聚-2-(二乙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、聚(聚乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚-2-羟乙基甲基丙烯酸酯、聚-3-羟基丙基甲基丙烯酸酯、聚-2-羟基丙基甲基丙烯酸酯或聚-2，3-二羟基丙基甲基丙烯酸酯。

所述聚丙烯酰胺类水溶性聚合物为聚-N-异丙基丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚-N，N-二甲基丙烯酰胺或聚-2-甲氧基乙基丙烯酰胺。

聚偏氟乙烯改性功能膜的制备方法，包括下述步骤：

(1)将清洗干净的面积为9-25cm²的聚偏氟乙烯微孔膜、原子转移自由聚合单体的水溶液、氯化铜、原子转移自由基聚合配体及去离子水加入容器中，得到20-200毫升水溶液，使原子转移自由基单体浓度为0.1-0.5克/毫升，使氯化铜的浓度为0.44-2.2微摩尔/毫升，使原子转移自由基聚合配体的浓度为0.44-2.2微摩尔/毫升；

(2)充氮气5-10min排除容器中的氧气；

(3)加入0.2-8毫升摩尔浓度为1-22毫摩尔/毫升的维生素C水溶液，继续充氮气5-10min；

(4)将容器密封，在30-60℃反应0.5-7h；

(5)将膜取出，在40℃水浴，放入无水乙醇中搅拌清洗2-24h，然后用去离子水搅拌清洗2-24h，取出晾干，即制成聚偏氟乙烯改性改性功能膜。

所述原子转移自由聚合单体为2-(二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(二异丙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(二乙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、聚(聚乙二醇)甲基丙烯酸酯、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸钠、3-羟基丙基甲基丙烯酸酯、2-羟基丙基甲基丙烯酸酯、2，3-二羟基丙基甲基丙烯酸酯、N，N-二甲基丙烯酰胺或2-甲氧基乙基丙烯酰胺。

所述原子转移自由聚合配体为2，2-联吡啶、4，4’-二(5-壬基)-2，2’-联吡啶、1，1，4，7，7-五甲基二亚乙基三胺或三-(N，N’-二甲氨基乙基)胺。