[发明专利]一种聚合物薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种温敏性的易清洗聚合物薄膜，所述聚合物薄膜以聚偏氟乙烯膜为基础膜，在所述聚偏氟乙烯膜的一面接枝有温敏性材料聚N,N‑二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸；该薄膜的制备方法为在引发剂的引发下，使覆于基板上的聚偏氟乙烯基础膜与N,N‑二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸发生聚合反应，使得聚偏氟乙烯膜的一面接枝上聚N,N‑二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸，而后去除基板，得到所述薄膜。该薄膜具有高反冲洗效率和重复利用率，且能与水分子形成牢固而稳定的水化层，能减少蛋白质对膜表面的污染。

技术领域

本发明属于材料学及膜技术领域，涉及一种聚合物薄膜及其制备方法和应用，尤其涉及一种温敏性的易清洗聚合物薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜分离技术由于具备分离、纯化、浓缩和精制等功能在食品、医药、生物和水处理方面得到越来越广泛的应用，与传统工艺相比具有操作简单、工作环境安全及节约能耗等优点。其分离过程属于物理过程，不涉及任何化学变化，在推动力作用下，渗透物质先溶解进入膜的上游侧，由于膜的选择性，小分子扩散至膜的下游侧，大分子被拦截，从而实现分离过程，因此膜分离技术被认为是最具前景的分离技术之一。

作为一种常见的分离膜材料，聚偏氟乙烯具有优异的机械性能、热稳定和化学稳定性，不易被酸、碱、强氧化剂和卤素腐蚀，且具有拉伸强度好、抗紫外线和耐气候老化等特点。其疏水性强，因此是气体净化、膜蒸馏、有机溶剂精制等非水体系分离过程的理想材料，但在应用于生化、食品及水净化等水相分离时，存在严重的膜污染问题，在使用过程中容易吸附污垢和杂质，降低使用寿命。以海水淡化为例，各种海洋微生物极易在膜表面发生粘附，进而生长繁殖、分泌蛋白质和多糖，最终在膜表民形成顽固的生物膜，使膜通量急剧下降，尽管可以采取预处理措施加以缓解，但难以根治。

为解决上述问题，需要对聚偏氟乙烯膜进行改性，目前，对聚偏氟乙烯膜的改性方法主要可分为表面改性和本体改性。表面改性是在已经制好的膜表面进行改性，优点是不改变膜的本体性质和结构，只是通过表面涂覆或表面接枝等方法使膜的表面具有亲水层，从而提高膜表面的亲水性和抗污染性能。本体改性是通过化学接枝、物理共混等方法将具有亲水性质的物质引入材料本身中，从而改善材料本身的疏水性能。

CN108310984A公开了一种耐污染亲水性聚偏氟乙烯改性膜及其制备方法，改性膜是由聚偏氟乙烯和接枝共聚物组成的复合膜；其厚度为50-250μm，接触角为53-71°，纯水通量为52-328L/m²·h，0.5g/L牛血清蛋白的截留率为91-98.7％，葡聚糖的截留分子量为5000-32000Da，过滤BSA溶液并经纯水清洗后纯水通量恢复率为93.6-98.8％；所述接枝共聚物为聚偏氟乙烯-g-聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺或聚偏氟乙烯-g-聚二甲胺基丙基丙烯酰胺。具体制备步骤为：对PVDF粉末的碱处理；接枝共聚物的制备：将碱处理后的粉末与丙烯酰胺类单体进行接枝反应，合成接枝共聚物；制备铸膜液；通过非溶剂致相分离法制备改性PVDF膜。此聚偏氟乙烯改性膜可以使亲水性得到改善，通量大幅度增加，抗污染性能得以增强从而延长其使用寿命。

CN102728241B公开了一种抗污染分离膜及其制备方法，首先通过自由基聚合合成MMA、DMC和AMPS的具有两性离子结构的无规共聚物，在聚偏氟乙烯中添加该共聚物及致孔剂聚乙二醇，以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，水为凝固剂，相转化法制备抗污染分离膜。由于共聚物结构中同时存在带正电的季胺基和负电的磺酸基，对水分子的结合能力比传统的聚乙二醇及其衍生物更为强烈，形成的水化层更为稳定，因此所制备的新型聚偏氟乙烯膜抗污染性能持久。

CN1279093C公开了一种温敏聚偏氟乙烯中空纤维智能膜的制备方法及其产品，它是由N-异丙基丙烯酰胺在聚偏氟乙烯膜表面上化学接枝共聚所得，该智能膜具有通量大、过滤压力低、易于清洗等优点。

目前，采用聚N,N-二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸来对聚偏氟乙烯膜进行改性的报道还未出现，因此，开发一种聚N,N-二甲基(丙烯酰胺丙基)氨基丙磺酸修饰的易清洗的聚偏氟乙烯膜是很有意义的。

发明内容