[发明专利]一种温度响应型复合开关膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种温度响应型复合开关膜的制备方法，步骤如下：(1)将多孔膜基材在去离子水中浸泡至少2h；(2)将聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米凝胶颗粒均匀分散在温度为4～25℃、pH值为7～10的Tris缓冲液中得到纳米凝胶颗粒分散液，将盐酸多巴胺溶解于纳米凝胶颗粒分散液中得到修饰液；(3)采用修饰液对浸泡后的多孔膜基材进行至少1次修饰操作，即得温度响应型复合开关膜。本发明所述方法的工艺简单、成本低廉、不受膜基材限制、且制备的复合开关膜可在静压力下快速响应环境温度变化。

技术领域

本发明属于温度响应型开关膜领域，特别涉及一种温度响应型复合开关膜的制备方法。

背景技术

温度响应型开关膜是指可以通过响应外界环境温度的变化使自身的膜孔尺寸、渗透特性、分离特性等性质发生可逆变化的膜材料。近年来，温度响应型开关膜在水处理、药物分子的可控释放、物理/化学传感器、微阀、组织工程等智能系统领域展现出巨大的应用潜力(见Liu,Z.；Wang,W.；Xie,R.,et al.Chemical society reviews 2015,45(3),460.)。然而，传统制备温度响应型复合开关膜的方法存在工艺复杂、改性步骤繁多、制备周期长等问题，制备得到的温度响应型复合膜难以在静压力下快速响应温度的变化而实现膜孔的开关，这极大地限制了温度响应型开关膜的应用范围。

目前，构建温度响应型复合开关膜的方法主要有化学接枝法和物理共混法。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(Poly(N-isopropylacrylamide),PNIPAM)作为一种最为常见、相对易于制备的温度响应型高分子材料，近年来已成为构筑温度响应型开关膜的主要功能材料。PNIPAM高分子材料在低于其低临界溶解温度(LCST,～32℃)时，高分子链与水分子形成氢键，呈现出舒展亲水的状态，如果是PNIPAM纳米凝胶颗粒，此时则会表现出亲水溶胀的体积相变行为；当温度高于LCST时，PNIPAM高分子链与水分子之间的氢键发生断裂，呈现出蜷缩疏水的状态，如果是PNIPAM纳米凝胶颗粒，此时则会表现出体积收缩的疏水状态。化学接枝法一般是通过等离子照射(见Xie,R.；Li,Y.；Chu,L.Y.Journal of Membrane Science2007,289(1-2),76.)、原子转移自由基聚合(ATRP)(见Meng,T.；Xie,R.；Ju,X.J.,etal.Journal of Membrane Science 2013,427(1),63.)、可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)(见Min,E.H.；Ting,S.R.S.；Billon,L.,et al.Journal of Polymer Science Part APolymer Chemistry 2010,48(15),3440.)等自由基聚合方法将PNIPAM高分子链接枝到基材膜的孔内，然而此类方法需要提前对膜基材进行多步的表面修饰，制备周期长且操作复杂，并且针对于不同的膜基材需要选择不同的表面活化方法，这不利于温度响应型开关膜的快速、简易化和工业化的制备(见Menne,D.；Pitsch,F.；Wong,J.E.,et al.AngewandteChemie 2014,53(22),5706.)。物理共混法一般是将PNIPAM高分子材料与成膜预聚液提前混合，在膜材固化的过程中将功能材料修饰在膜孔及膜基材母体内，从而得到温度响应型复合膜(见Luo,F.；Xie,R.；Liu,Z.,et al.Scientific Reports 2015,5,14708；Luo,T.；Lin,S.；Xie,R.,et al.Journal of Membrane Science 2014,450(2),162.)，这种方法的操作过程相对较为简单，但是由于成膜后功能高分子大部分会分布在母体材料内，因此功能高分子的添加量较大，制膜成本高；另外，由于成膜的材料需要提前与功能高分子共混后成膜，因此通过该方法无法对商品化的成品膜进行改性修饰。更重要的是，现有的化学接枝法和物理共混法制备的温度响应型多孔膜的过膜阻力大，需要在一定的操作压力下才能使水分子通过膜孔，而对于一些简易的检测设备，往往需要在静压力下实现对信号的快速检测，因此这极大的限制了温度响应型开关膜的应用范围。