[发明专利]一种自组装亲水性聚砜膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子膜材料技术领域，特别涉及一种自组装亲水性聚砜膜及其制备方法和应用。

背景技术

聚砜（Polysulfone，简称PSF）是一类在分子主链上含有芳环和砜基的热塑性树脂。聚砜膜可耐普通酸、碱、盐的腐蚀、耐水解、耐脂肪烃溶剂，有十分优良的化学稳定性、热稳定性及机械力学性能，从而被广泛应用于水处理、化工分离、食品饮料纯化、生物医药以及医疗等领域。

但由于聚砜材料的疏水性，在过滤纯化水相介质的过程中会遇到两个问题：第一，聚砜滤膜在使用过程中，由于疏水性引起蛋白质等大分子物质在表面产生不可逆的吸附，使膜的通透率下降30%以上，造成严重的膜污染，并且经过清洗后通量仅能恢复70%左右，严重限制了聚砜膜的实际应用。第二，在过滤水相介质的过程中，需要施加较大的压力才能使水透过膜，增加动力消耗。通过对膜进行亲水改性，可以增加膜的通量，并且可以提高膜的抗污染能力。

分离膜的亲水化改性方法可分为物理改性和化学改性，物理改性主要包括表面涂覆和物理共混等，而化学改性有表面辐照、接枝、聚合和交联等。物理改性方法：CN1153867C公开了一种均匀地涂布了亲水性聚合物材料的疏水聚合物构成涂层多孔基底，提高了膜的亲水性，但是亲水性聚合物与疏水基底之间相互作用力较弱，在使用的过程中涂层易脱落，影响使用。CN101808716A补充了非离子表面活性剂或用其处理亲水膜和制备这种膜的方法。通过将膜浸入非离子表面活性剂的溶液中，赋予膜亲水性，提高抗污染能力，但是表面活性剂与膜表面作用力弱，在使用过程中易被冲走。专利CN1687222公开了采用平均粒径为1～20nm的二氧化钛与聚偏氟乙烯共混改性方法，改善了膜材料的亲水性。但是由于二氧化钛与高分子材料之间无法形成牢固作用力，从而不能保证膜亲水性以及使用的可持续性。

利用两亲性聚合物与膜基材共混制膜，是一种具有发展前景的方法。这种改性方法的特点是膜制备与膜改性同步进行，改性后亲水层均匀分布在膜表面和膜孔表面,这是表面涂覆（吸附）和表面接枝难以做到的，同时只需添加少量的两亲性聚合物即可有效提高膜的亲水性，且并不影响膜的结构和性能。

近年来关于分子刷与聚砜共混制膜的报道较多，但是目前报道的文献大部分集中在一元分子刷或嵌段共聚物与制膜基材共混方向。关于二元分子刷与聚砜共混制膜的报道尚未发现，二元分子刷与膜基材共混，在成膜过程中亲水的侧链可以随着水流动而在膜孔和膜表面位置进行组装，另一个疏水的侧链可以与膜基材互容，成膜过程中与基材相容、纠缠，类似与“锚”将分子刷固定在膜上。这样的膜，分子刷添加量少，即可得到很好的亲水效果，并且使用稳定，分子刷并不会随着使用而逐渐流失。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种自组装亲水性聚砜膜的制备方法。本发明采用两亲性接枝共聚物与聚砜共混，通过相转移法制膜，在溶剂/水组成的梯度凝固浴中逐渐组装成膜，疏水链段将分子刷固定在膜上，而凝固浴中水引导亲水性的羧基在膜表面和膜孔位置进行聚集，从而提高聚砜膜的亲水性能。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的自组装亲水性聚砜膜。

本发明再一目的在于提供上述自组装亲水性聚砜膜在纯水渗透中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种自组装亲水性聚砜膜的制备方法，包含以下具体步骤：

（1）将1～10重量份功能性共混添加剂，5～50重量份致孔剂，10～100重量份聚砜，溶解于100～500重量份有机溶剂中，得到铸膜液。

（2）将铸膜液倾倒在玻璃板上，刮制均匀。

（3）静置后，将玻璃板浸泡于凝固浴中成膜，再放入水中浸泡，取出真空干燥，得到自组装亲水性聚砜膜。

步骤（1）所述的功能性共混添加剂指PSF-g-(PMMA-r-PAA)、PSF-g-(PMMA-r-PNIPAAm)、PSF-g-(PMMA-r-MPEG)、PSF-g-(PnBA-r-PAA)、PSF-g-(PnBA-r-PNIPAAm)和PSF-g-(PnBA-r-MPEG)中的至少一种。

其中，PSF即聚砜，PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯，PAA即聚丙烯酸，PNIPAAm即聚异丙基丙烯酰胺，MPEG即聚乙二醇单甲，PnBA即聚丙烯酸正丁酯醚。

步骤（1）所述的致孔剂指聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中的至少一种。

优选地，步骤（1）所述聚砜的剪切分子量为10000～50000Da。