[发明专利]一种两性离子结构的亲水聚酰亚胺薄膜的合成方法

说明书

一种两性离子结构的亲水聚酰亚胺薄膜的合成方法，本发明涉及一种两性离子结构的亲水聚酰亚胺薄膜的合成方法。本发明是要解决现有两性离子聚酰亚胺材料的制备中亲水基团的数量和聚合物分子量难以控制的问题。方法：一、聚合过程中加入含有叔胺基团的二胺单体进行共聚；二、与丙烷磺酸内酯进行季胺盐反应；三、制备得到两性离子结构的亲水聚酰亚胺薄膜。本发明提供的亲水聚酰亚胺薄膜的合成方法，可以很好的控制聚合物的分子量和磺酸基团的数量，以此制备力学性能和亲水性能良好的聚酰亚胺薄膜材料。本发明适用于油水分离的膜材料。

技术领域

本发明涉及一种两性离子结构的亲水聚酰亚胺薄膜的合成方法。

背景技术

膜法水处理技术以其分离效果好、运行能耗低、环境污染小，以及在研究和实际应用中具有重大的环境效益和经济价值等特点，被广泛应用于污水处理与回用、原水处理以及超纯水制备等水处理领域中。

1994年Santos采用管状横向超滤膜对不同的采出水进行了实验研究；结果表明，处理后水中油脂浓度低于14mg·L^-1。采出水和典型的乳化油的超滤膜实验结果表明:所有胶状有机物、悬浮状的铁以及悬浮物都可被超滤膜截留，而对溶解性有机物去除率非常低。

1998年，国家生态环境研究中心王静荣等采用不同材料的中空纤维超滤膜对油田污水做了实验研究；筛选出适合处理油田含油污水的几种中空纤维超滤膜，研究了操作条件对膜透过性能的影响，探讨了不同清洗方法对膜透过性能的恢复效果。

2003年，胜利油田尹赐予等采用HPL型板框式超滤器对油田含油污水进行处理试验；在进口含油500～6000mg·L^-1，经过一次浓缩，可使浓缩后的污水含油达1％～3％，而渗透液中的含油在100mg·L^-1以下，油份截留率达99％。

陶瓷膜处理采油废水的研究是90年代初首先在美国开始的。

比利时鲁汶大学化学工程系Bart Van der Bruggen研究团队采用选择性激光烧结3D打印技术制备聚砜多孔膜，随后在其上沉积蜡烛灰疏松网络结构，轻松获得超疏水表面；这种具有优异机械稳定性和化学稳定性超疏水聚砜膜两侧呈现不同的润湿性，而且通过水预润湿，表面能够转变为超疏油状态。该超浸润性功能膜材料在油水循环应用中展现出优异的性能稳定性和理想的分离效率。

聚酰亚胺类高分子是指含酰胺链段(-CONH-)的一系列聚合物，其突出特点是机械强度高、化学稳定性好，适合制作需要高机械强度场合的分离膜。然而，普通的聚酰亚胺膜的水浸润性不够，会影响分离效率。因此需要改善其亲水性能，同时保证其力学性能良好。具有超强防污能力的两性离子类化合物材料引起了人们的关注，逐渐将其用作防污材料。具有代表性的两性离子聚合物包括磷酸酯甜菜碱类(如十二烷基二甲基羟丙基磷酸脂甜菜碱)、磺基甜菜碱类(如甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱)以及羧酸甜菜碱类(如羧酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯)等。Gu J等人曾经利用TPA-NMe₂，BAPBS，ODA和ODPA合成出来一种两性离子类聚酰亚胺制备得到了聚酰亚胺超滤膜提高了聚酰亚胺超滤膜的防污效果和渗透性。含季铵盐结构的亲水聚酰亚胺薄膜除了具备PI薄膜特有的优良的机械性能及化学稳定性外，由于其特有的接枝季铵盐的特征结构，使制备的薄膜表面具有良好的亲水性能并能兼顾力学性能和亲水性。

上述研究报道中，两性离子聚酰亚胺材料大多数是以两性离子聚合物(如磺基甜菜碱类等)作为添加剂或者是将亲水的磺酸基团作为封端剂接枝到聚合物端基上，这些实验方法的不足之处在于磺酸基团在分子链的数量上会受到限制。随着亲水基团含量增多，亲水性也会变好，但材料的力学性能会有所降低，过多的亲水性磺酸基团会存在薄膜水解的风险，而过少的亲水集团会降低材料的亲水性。因此，有效控制聚合物的分子量和亲水基团的含量是保证材料良好性能的关键技术。

发明内容