[发明专利]对称规整结构梳状两亲性聚合物及超亲水改性的聚合物中空纤维膜

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物膜领域，具体涉及一种对称规整结构梳状两亲性聚合物及超亲水改性的聚合物中空纤维分离膜。

背景技术

聚合物分离膜材料已被广泛应用于工业、农业、医药、环保等领域，膜分离技术具有高效、节能的特点，对于节约能源、提高效率、净化环境等做出了重要贡献。但目前常用的膜分离材料多为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯等高分子材料，这类聚合物表面能低、疏水性较强，在处理水相分离体系时，流体透过聚合物分离膜的传质驱动力高，能耗大，水通量低；另外，这类疏水性膜材料表面极易吸附有机物和蛋白质等杂质，产生浓差极化，使膜被严重污染，从而导致通量急剧下降，这些缺点制约了它们的进一步推广应用。

采用表面改性技术可以优化膜分离材料的表面性能，尤其是亲水性能，而又不会破坏它的本体性能，能够提高膜分离材料的使用效率，并延长其使用寿命。到目前为止，已发展了有多种不同方法可用于聚合物分离膜表面亲水改性，主要分为物理方法和化学方法。前者如物理涂覆法，它虽然简单，但由于只是通过物理吸附作用来固定表面改性剂，导致表面改 性剂易流失，亲水性在使用过程中逐渐下降。化学改性的方法有很多，主要包括紫外光辐照接枝改性(CN1618509)、表面等离子体处理(CN1539550)、γ–射线辐射改性(CN1569934)、臭氧接枝改性(CN1640533)和表面活性剂涂覆改性(CN1257747)等。以上亲水改性方法还存在活性粒子密度不易调控、辐射强、操作不方便、不利于连续化操作、耗能大等缺点。

此外，现有聚合物分离膜亲水改性方法(包括表面化学改性、表面物理涂覆和共混两亲性聚合物等方法)，亲水改性效果仍也不理想，亲水改性后膜水接触角仍在40°以上，达不到理想的聚合物分离膜抗污染效果；除亲水改性效果不佳外，改性聚合物膜亲水性能往往不能长期稳定存在，特别是亲水改性聚合物膜浸泡在水中运行1年或经酸碱(pH＝1～12)清洗1周，改性聚合物膜亲水性能基本丧失。因此，有必要发展一种简单高效、适于工业化连续生产的具有长期稳定性和超亲水性聚合物分离膜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种对称规整结构梳状两亲性聚合物及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种超亲水改性的聚合物中空纤维膜及其制备方法，该纤维膜中包含上述对称规整结构梳状两亲性聚合物。

本发明提供的对称规整结构梳状两亲性聚合物可应用于制备亲水改性聚合物分离膜，本发明全新设计了一种对称规整结构梳状两亲性聚合物作为添加剂来改善聚合物膜的亲水性，制得超亲水改性的聚合物中空纤维 分离膜，所制得的超亲水改性的聚合物中空纤维分离膜表面，水滴能完全浸润在膜表面(即水接触角可以达到0°)，并且具有长期亲水稳定性，所述的超亲水改性的聚合物中空纤维分离膜浸泡在水中运行3年以上或经酸碱(pH＝1～12)清洗10天以上，超亲水改性的聚合物中空纤维分离膜表面水接触角仍能保持在40°以下。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种对称规整结构梳状两亲性聚合物，所述聚合物的主链是由氮、磷原子交替构成的聚膦腈，且所述聚膦腈主链上的每个单元结构(-P-N-)上分别连接一个疏水链烷基仲胺和一个亲水链端氨基聚醚侧基，所述疏水链烷基仲胺侧基和所述亲水链端氨基聚醚侧基分别对称规整地分布于所述聚膦腈主链的两侧，所述对称规整结构梳状两亲性聚合物的结构式如式(Ⅰ)所示：

其中，x:y为所述亲水链端氨基聚醚侧基与所述疏水链烷基仲胺侧基的摩尔比，并且所述疏水链烷基仲胺侧基和所述亲水链端氨基聚醚侧基的摩尔比为0.45:0.55～0.5:0.5，m，n均为2～18的整数，k为400～2000的整数，所述对称规整结构梳状两亲性聚合物的数均分子量为2～50万，分 子量分布指数为1.6～3.5。

在上述对称规整结构梳状两亲性聚合物中，所述疏水链烷基仲胺侧基和所述亲水链端氨基聚醚的摩尔比是0.45:0.55～0.5:0.5，即(0.45-0.5):(0.5-0.55)，具体地，二者的摩尔比可以为0.45:0.55、0.46:0.54、0.47:0.52、0.48:0.52、0.5:0.5；