[发明专利]一种水溶性单体原位聚合制备亲水性PES超滤膜的方法

说明书

本发明公开了一种水溶性单体原位聚合制备亲水性PES超滤膜的方法。主要基于化学交联改性，在引发剂作用下使水溶性单体发生聚合与大分子链发生交联，将亲水性片段固定在PES膜上，制备出亲水性PES超滤膜。其中，水溶性单体主要为具有烯烃双键和亲水基团的N‑2‑羟丁基丙酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、甲基丙烯酸酯、N‑乙烯基吡咯烷酮、N‑异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟甲酯、偶氮二甲基N‑2‑羟丁基丙酰胺及N‑乙基丙烯酰胺。本发明工艺简单、操作方便及易于量产，通过调控外部条件来控制单体聚合程度，在一定反应温度和时间下即可制备出亲水性PES超滤膜。本发明技术方案制备的抗污染PES超滤膜，对水净化、蛋白质分离等方面有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种制备亲水性PES超滤膜的方法，特别涉及一种水溶性单体原位聚合制备亲水性PES超滤膜的方法，属于有机高分子材料技术领域。

背景技术

超滤膜主要借助物理方式分离大分子，这也使它在分离物质时不会受到热负载的影响，可广泛应用于生物和医疗领域。聚醚砜(PES)作为一种普遍制备多孔结构半透膜的材料之一，具有极好的抗氧化性、热稳定性和力学性能。但PES膜的相对疏水性，使膜表面容易吸附微粒杂质、蛋白质或者细菌，造成膜孔被堵塞，导致水通量降低。目前，制备耐污染超滤膜的方法主要是向膜液中加入水溶性聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)等，改善超滤膜的亲水性，阻止污染物与膜表面接触。然而，该方法制备的超滤膜仍存在一些问题：添加的水溶性聚合物会在应用中易洗脱，从而失去亲水性，导致超滤膜水渗透性、截留率随使用次数的增多而降低。水溶性单体在水和有机溶剂中具有良好的溶解度、低毒性和成膜特性，采用单体聚合交联的方式可达到更好的分散性，提高成膜的整体性能。

目前，在亲水性聚醚砜超滤膜技术制备领域，中国专利(CN 105457510A)“一种亲水性聚醚砜超滤膜及其制备方法”采用聚醚砜、聚乙烯醇、有机溶剂、致孔剂、交联剂共混方式制备抗污染、亲水性聚醚砜超滤膜；中国专利(CN 107376673A)“一种负载有TiO₂纳米管的PES超滤膜及其制备方法和应用”利用TiO₂纳米管在PES超滤膜表面负载赋予膜更好的抗污染性，TiO₂主要经多巴胺和有机硅烷偶联剂接枝在PES超滤膜表面；中国专利(CN106457161A)“具有抗菌和亲水性能的膜及制备方法”使用非金属无机纳米颗粒如二氧化硅纳米颗粒、碳纳米颗粒、玻璃纤维填料、陶瓷填料、海泡石和硬硅钙石等，以及金属纳米颗粒，如氧化锌、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化铁、银纳米颗粒等作为填料，与膜进行结合制备具有抗菌性和亲水性的分离膜。以上方式均能赋予膜很好的抗污染性能，但是存在填充物易洗脱问题，大大降低了成品的持续使用性。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种水溶性单体原位聚合制备亲水性PES超滤膜的方法，采用水溶性单体作为添加剂，在引发剂作用下发生聚合反应，使其与PES大分子链充分交联，提高膜的抗污染性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案采用以下步骤：

1)将干燥的PES固体、水溶性单体和致孔剂在50-100℃溶于N-甲基吡咯烷酮中，搅拌反应4-6h，制成14-20wt.％均相铸膜液，加入引发剂，搅拌反应1-2h，静置脱泡，其中PES固体、NMP溶剂、水溶性单体、致孔剂和引发剂的含量比为(14-20)：(40-70)：(1-10)：(10-30)：(0.0001-0.001)，得到脱泡铸膜液；

2)将步骤1)得到的脱泡铸膜液在基板上刮成均匀液膜，并在空气中进行一段时间预蒸发，得到初生态膜；

3)将步骤2)得到的初生态膜在20-45℃的凝固浴中相转化，成膜后转移到纯水中浸泡6-12h，除去残留有机溶剂，得到亲水性PES超滤膜。

所述步骤1)中的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁腈中的一种。