[发明专利]一种聚合物分离膜表面改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物分离膜表面改性技术领域，尤其涉及一种聚合物分离膜表面改性的方法。

背景技术

膜技术是21世纪80年代以来逐渐兴起的一项分离技术，目前已被广泛应用于水处理、化工分离、食品、环境、能源、生物医药等领域。膜技术具有经济高效、绿色环保等优点，是解决人类当前所面临的环境、水资源、能源等领域重大问题的共性支撑新型技术之一。膜材料是膜技术的核心，膜材料的性质对膜的物化稳定性和分离性能起着决定性的作用。其中，有机高分子膜材料具有良好的成膜性、化学和热稳定性、耐酸碱性、耐微生物侵蚀和耐氧化性能，为膜技术的研究和发展提供了原料基础。事实上，95%以上的膜技术依赖于有机高分子膜，常用的高分子膜材料主要有改性纤维素类、聚烯烃、聚砜类、聚丙烯腈类、丙烯酸共聚物、聚酰胺、聚碳酸酯和含氟聚合物。

然而，绝大多数的合成高分子膜具有较强的疏水性，使其在分离提纯的诸多应用中存在以下突出问题。在使用膜进行水相或生物分离（如蛋白质超滤）纯化操作时，水透过膜孔的阻力较大，膜传质的能耗高；此外，有机物、胶体和微生物容易在膜表面和膜孔壁发生粘附，生成滤饼层并形成严重的膜污染，进而导致膜通量急剧下降、膜性能劣化和膜使用寿命缩短。在应用于生物医用领域（如血液透析和组织工程）时，膜由于本身的疏水性容易引起血浆蛋白质的非特异性粘附、凝血、细胞排斥和炎症等反应，使膜在生物医用领域的推广应用受到极大的限制。因此，对高分子膜进行改性与修饰成为优化膜性能，推广高分子膜在水相、生物及血液分离体系应用范围的有效途径。

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是一种广泛应用于日用化工、食品、生物医药等工业领域的高分子精细化学品。PVP可溶于水和大部分有机溶剂，具有良好的络合能力、胶体性质、生理惰性及生物相容性。研究表明，采用PVP对固体材料表面进行修饰可显著提高材料表面的亲水性、血液相容性和抗污染性能（Biomaterials 23(2002)2659-2666）。将PVP引入固体材料表面的方法主要包括涂覆和表面接枝。美国专利US2007004596在基材表面涂覆PVP和杀生物剂，所构建的基材表面可有效防止生物膜的形成。该方法虽能在一定程度上改善材料的表面性能，但涂覆层与基材之间的结合力通常较弱，涂层在材料的使用过程中逐渐脱落，改性材料的稳定性、可重复性和耐久性不佳。表面接枝（如UV或γ-射线辐照接枝、可控/活性自由基接枝聚合等）可通过“grafting-from”或“grafting-to”两种方式将PVP共价结合到固体材料表面。与涂覆方法相比，表面接枝极大地提高了PVP改性层与基材之间的结合力，改性效果持久稳定。中国专利CN200910194328.0采用UV辐照接枝聚合在聚氨酯材料表面以“grafting-from”的方式生成PVP改性层，并通过PVP与碘的络合反应，制备了共价固载聚维酮碘（PVP-I）的聚氨酯导管，显著改善了聚氨酯医用导管的生物相容性、抗感染和抗菌性能。中国专利CN201010018152.6通过“点击”化学技术以“grafting-to”的方式将ATRP反应所得的PVP共价结合到聚氨酯材料表面，提高了聚氨酯材料的亲水性。然而，表面接枝的方法所采用的设备复杂，改性步骤繁琐，成本高，稳定性和安全性不佳。此外，UV和γ-射线辐照处理可能导致聚合物分子链的降解和分离膜本体结构的破坏，使膜的分离性能和机械强度下降。因此，为克服上述方法的不足，需要开发一种更经济高效、操作简单的方法来实现有机高分子分离膜的表面改性。