[发明专利]一种聚合物膜材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚合物膜材料及其制备方法。本发明中通过先将带有叔胺基的两亲聚合物与用于制备分离膜的聚合物溶于有机溶剂中制备成聚合物膜，然后将聚合物膜放入季铵化试剂溶液中进行季铵化反应，得到两性离子化聚合物膜材料，由于两性离子的聚合物与用于制备分离膜的聚合物以共混物的形式存在，且两性离子的聚合物包括疏水链段，因此本发明提供的聚合物膜材料具有持久亲水抗污性能，并且由于两性离子强的亲水性，亲水链段向膜表面迁移的速度快，膜表面的亲水链段覆盖率高，抗污性能优异。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚合物膜材料及其制备方法。

背景技术

在膜过滤过程中，常用的纳滤或超滤的聚合物分离膜由于膜材料自身的疏水性，在使用过程中很容易吸附被处理液中蛋白质、胶体粒子等污染物，导致膜孔堵塞，造成膜污染，从而引起使用过程中膜的通量不可逆转地显著下降和膜两侧的压力差持续增大，分离效果差，缩短膜的使用寿命。

导致膜污染的最根本原因是材料的疏水性，大量的研究工作证明，膜表面亲水性的提升有利于改善膜材料的抗污性能，因此对聚合物多孔膜进行改性、赋予膜表面亲水性是提高疏水性膜抗污性的重要方式之一。常用的方法是在膜表面涂覆亲水聚合物涂层，但是涂层容易在使用过程中脱落，同时涂覆过程中会造成膜孔堵塞、降低其功能性。而接枝改性、共聚改性的方法则过程复杂，较难实现规模化生产。共混改性的方法相对简单，并且易于产业化，该种方法在制膜液中添加水溶性聚合物和纳米粒子，从而进行膜的亲水改性。但由于添加物具有水溶性或与基体结合力微弱，会在使用过程中逐渐流失，导致膜的亲水改性效果不能持久。因此，开发切实可行的改性方法就显得尤为重要。

近年的研究表明，可以采用两亲聚合物作为共混改性添加剂。由于两亲聚合物中的亲水链与膜本体材料之间的热力学不相容，亲水链段在成膜过程中将自发地向膜表面迁移富集，在膜表面形成亲水性薄层，从而显著提高膜的表面亲水性与抗污染性能。同时，两亲聚合物分子中的疏水链因与膜本体材料具有良好的相容性，会阻止两亲聚合物从膜基体流失。但由于亲水链段向膜表面迁移的速度比较慢，膜表面的亲水链段覆盖率低，改性功效受到一定限制。

现有技术中还公开了采用具有两性离子对基团的聚合物对聚合物膜的表面进行改性。但是由于两性聚合物不能溶解在有机溶剂中，所以现有技术中如参考文献1(CN102580585A)中其通过聚乙烯醇接枝两性离子共聚物和多元胺、多元酰氯单体进行界面聚合，在聚丙烯腈多孔支撑膜上，形成含有两性离子基团的聚酰胺功能层的复合纳滤膜。这种双层结构同样存在两性离子对基团聚合物会在使用过程中逐渐流失，导致膜的亲水改性效果不能持久的问题。此外，参考文献2(CN104069753A)中也公开了一种含芳酮基团的聚合物膜的抗污染改性方法。该方法采用紫外接枝聚合(甲基)丙烯酸环氧烷基酯于超(微)滤或纳滤膜表面，进一步反应生成卤代烷，在一定催化剂、配体或还原剂存在的条件下与丙烯酸甜菜碱类化合物反应，得到具有良好亲水性和抗污染性能的超(微)滤或纳滤膜。虽然采用辐射接枝可以提高亲水改性的持久性，但是成本较高，难以在聚合物膜的加工中得到充分应。因此，提供一种具有持久亲水抗污性能的聚合物膜材料及其制备方法成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有持久亲水抗污性能的聚合物膜材料及其制备方法。本发明中通过先将带有叔胺基的两亲聚合物与用于制备分离膜的聚合物溶于有机溶剂中制备成聚合物膜，然后将聚合物膜放入季铵化试剂溶液中进行季铵化反应，得到两性离子化聚合物膜材料，由于两性离子的聚合物与用于制备分离膜的聚合物以共混物的形式存在，且两性离子的聚合物包括疏水链段，因此本发明提供的聚合物膜材料具有持久亲水抗污性能；进一步地，由于两性离子强的亲水性，亲水链段向膜表面迁移的速度快，膜表面的亲水链段覆盖率高，抗污性能优异。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种聚合物膜材料，包含(a)具有两性离子的聚合物和(b)用于制备分离膜的聚合物，其中两性离子包括季铵基团。