CN102921316A

CN102921316A - 均相紫外光接枝制备改性聚砜超滤膜的方法

Info

Publication number: CN102921316A
Application number: CN2012104392629A
Authority: CN
Inventors: 高学理; 孟壮; 王智
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种均相紫外光接枝制备改性聚砜超滤膜的方法。将10~20wt％聚砜、0.01~3wt％含辣素衍生结构的丙烯酰胺、0.5~10wt％亲水性单体、0.1~10wt％光引发剂、50~85wt％溶剂溶解均匀后置入紫外光接枝反应器内；通入氮气后开启紫外灯，进行均相紫外光接枝聚合，反应结束后得到初始铸膜液；然后向初始铸膜液中加入0.1~10wt％添加剂，继续搅拌溶解均匀后得到铸膜液；将铸膜液在25~70℃下静置脱泡，采用沉浸凝胶相转化法制备平板超滤膜。本发明制备的聚砜超滤膜具有良好的渗透性和分离性能，机械性能好，且由于抗菌性单体的引入，提高了聚砜膜的抗污染性能。

Description

均相紫外光接枝制备改性聚砜超滤膜的方法

技术领域：

本发明涉及一种均相紫外光接枝制备改性聚砜超滤膜的方法，属分离膜制备技术领域。

背景技术：

超滤是以压力为推动力，利用膜的孔径、材料表面化学特性等使溶剂、小分子溶质透过膜，而胶体、蛋白质、细菌等大分子物质被截留浓缩的筛分过程。常用超滤膜材料有聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等，为了克服膜材料本身的某些缺点，如：亲水性差、易污染、强度差、无抗菌性等等，常常采用共聚、接枝、物理吸附等方法对膜进行改性。接枝是一种常采用的高分子材料改性方法，接枝方法按照自由基引发方式的不同可分为热接枝、光接枝、辐射接枝等，接枝反应可以是固体表面接枝聚合、乳液接枝聚合以及溶液接枝聚合等。其中，紫外光引发的接枝聚合因光源及设备成本较低，反应程度易于控制，易于实现连续化操作等特点而备受瞩目，具有广阔的工业应用前景。

目前，高分子膜的接枝改性多是采用表面接枝聚合的方法。需要在制备的底膜上进行接枝，还要经过基膜预处理及后处理等操作，十分繁琐。中国专利CN101386653公开了一种均相紫外光接枝制备改性高分子材料的方法，但重点侧重于高分子材料的改性制备。

综上所述，目前的超滤膜改性技术普遍存在制备成本较高，工艺操作复杂，制备的超滤膜的渗透性、分离性能、机械性、抗菌性等性能不够理想等缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，通过调整用于均相紫外光接枝改性的高分子膜材料的浓度，配合后期铸膜液成分的调整，制备改性超滤膜，简化超滤膜改性步骤，得到性能理想的超滤膜。

为了实现上述发明目的，本发明方法按照如下步骤操作：将10~20wt％聚砜、0.01~3wt％抗菌性的含辣素衍生结构的丙烯酰胺、0.5~10wt％亲水性单体、0.1~10wt％光引发剂、50~85wt％溶剂溶解均匀后置入紫外光接枝反应器内；通入氮气10~60分钟后开启紫外灯，进行均相紫外光接枝聚合，反应结束后得到初始铸膜液；然后向初始铸膜液中加入0.1~10wt％添加剂，继续搅拌6~12小时溶解均匀后得到铸膜液；将铸膜液在25~70℃下静置脱泡24小时后，采用L-S相转化法（沉浸凝胶相转化法）制备平板超滤膜即得到改性聚砜超滤膜。

本发明方法所述亲水性单体包括丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、马来酸酐、α-甲基丙烯酸、丙烯酸叔丁酯等。

本发明方法所述光引发剂包括安息香双甲醚、丁二酮、蒽醌、苯偶酰、二苯甲酮等。

本发明方法所述溶剂包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃等。

本发明方法所述添加剂包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、吐温等有机添加剂或氯化锂、硝酸锂、水等无机添加剂或其混合物。

本发明方法所述接枝聚合反应的条件为：在温度为25~75℃、紫外灯功率为50~3000W、波长为180~380nm下光照接枝聚合5~180分钟。

本发明所述L-S相转化法制备平板超滤膜操作条件为：控制环境温度为25~55℃，湿度为30%~70%，在铸膜液温度为25~45℃、刮膜速度为10cm/s的条件下刮膜，将刮好的膜立即放入温度为10~60℃的去离子水凝固浴中，凝固15分钟。

本发明方法制备的聚砜超滤膜具有良好的渗透性和分离性能，机械性能好，且由于抗菌性单体的引入，提高了聚砜膜的抗污染性能。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明方法做进一步阐述。

实施例1、

将10wt％的聚砜、0.1wt%的含辣素衍生结构的丙烯酰胺，1wt％的丙烯酸甲酯、0.5wt％二苯甲酮、84.4wt％的二甲基甲酰胺在45℃下搅拌2小时至充分溶解后置入紫外光接枝反应器内，然后通氮气15分钟后，打开紫外灯进行光接枝聚合，接枝聚合反应的条件为：在温度为25℃、紫外灯功率为500W、波长为180nm，聚合时间为30分钟，反应结束后得到初始铸膜液；将3wt％的聚乙二醇（800MW）添加到初始铸膜液中，继续搅拌15小时至溶解均匀，得到铸膜液；将铸膜液在45℃下静置脱泡24小时。

控制环境温度和湿度分别为25℃和70%，在铸膜液温度为25℃、刮膜速度为10cm/s条件下刮膜，将刮好的膜立即转移到温度为30℃的去离子水凝固浴中，凝固15分钟。所制备的超滤膜放入去离子水中浸泡洗涤3次，每12小时换一次水，然后进行性能测试。

所制备的抗菌性聚砜超滤膜，其纯水透过系数为183.73L/（m²·hr·0.1MPa），对牛血清蛋白（BSA，67000MW）的截留率为94.53%，抑菌率为81%。

实施例2、

将15wt％的聚砜、0.5wt%的含辣素衍生结构的丙烯酰胺，5wt％的丙烯酸甲酯、0.5wt％二苯甲酮、76wt％的二甲基甲酰胺在45℃下搅拌2小时至充分溶解后置入紫外光接枝反应器内，然后通氮气15分钟后，打开紫外灯进行光接枝聚合，接枝聚合反应的条件为：在温度为50℃、紫外灯功率为1500W、波长为250nm，聚合时间为30分钟，反应结束后得到初始铸膜液；将3wt％的聚乙二醇（800MW）添加到初始铸膜液中，继续搅拌15小时至溶解均匀，得到铸膜液；将铸膜液在45℃下静置脱泡24小时。

控制环境温度和湿度分别为25℃和50%，在铸膜液温度为35℃、刮膜速度为10cm/s条件下刮膜，将刮好的膜立即转移到温度为40℃的去离子水凝固浴中，凝固15分钟。所制备的超滤膜放入去离子水中浸泡洗涤3次，每12小时换一次水，然后进行性能测试。

所制备的抗菌性聚砜超滤膜，其纯水透过系数为221.73L/（m²·hr·0.1MPa），对牛血清蛋白（BSA，67000MW）的截留率为92.04%，抑菌率为89%。

实施例3、

将17wt％的聚砜、0.7wt%的含辣素衍生结构的丙烯酰胺，8wt％的丙烯酸甲酯、0.5wt％二苯甲酮、70.8wt％的二甲基甲酰胺在45℃下搅拌2小时至充分溶解后置入紫外光接枝反应器内，然后通氮气15分钟后，打开紫外灯进行光接枝聚合，接枝聚合反应的条件为：在温度为75℃、紫外灯功率为2500W、波长为380nm，聚合时间为30分钟，反应结束后得到初始铸膜液；将3wt％的聚乙二醇（800MW）添加到初始铸膜液中，继续搅拌15小时至溶解均匀，得到铸膜液；将铸膜液在45℃下静置脱泡24小时。

控制环境温度和湿度分别为25℃和60%，在铸膜液温度为35℃、刮膜速度为10cm/s条件下刮膜，将刮好的膜立即转移到温度为20℃的去离子水凝固浴中，凝固15分钟。所制备的超滤膜放入去离子水中浸泡洗涤3次，每12小时换一次水，然后进行性能测试。

所制备的抗菌性聚砜超滤膜，其纯水透过系数为247.46L/（m²·hr·0.1MPa），对牛血清蛋白（BSA，67000MW）的截留率为89.49%，抑菌率为93%。

Claims

1.一种均相紫外光接枝制备改性聚砜超滤膜的方法，其特征在于按照如下步骤操作：将10~20wt％聚砜、0.01~3wt％含辣素衍生结构的丙烯酰胺、0.5~10wt％亲水性单体、0.1~10wt％光引发剂、50~85wt％溶剂溶解均匀后置入紫外光接枝反应器内；通入氮气10~60分钟后开启紫外灯，进行均相紫外光接枝聚合，反应结束后得到初始铸膜液；然后向初始铸膜液中加入0.1~10wt％添加剂，继续搅拌溶解均匀后得到铸膜液；将铸膜液在25~70℃下静置脱泡后，采用沉浸凝胶相转化法制备平板超滤膜即得到改性聚砜超滤膜；所述亲水性单体包括丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、马来酸酐、α-甲基丙烯酸、丙烯酸叔丁酯；所述光引发剂包括安息香双甲醚、丁二酮、蒽醌、苯偶酰、二苯甲酮；所述溶剂包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃；所述添加剂包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、吐温或氯化锂、硝酸锂、水或其混合物。

2.根据权利要求1所述的一种均相紫外光接枝制备改性聚砜超滤膜的方法，其特征在于：接枝聚合反应的条件为：在温度为25~75℃、紫外灯功率为50~3000W、波长为180~380nm下光照接枝聚合5~180分钟。

3.根据权利要求1所述的一种均相紫外光接枝制备改性聚砜超滤膜的方法，其特征在于：沉浸凝胶相转化法制备平板超滤膜操作条件为：控制环境温度为25~55℃，湿度为30%~70%，在铸膜液温度为25~45℃、刮膜速度为10cm/s的条件下刮膜，将刮好的膜立即放入温度为10~60℃的去离子水凝固浴中，凝固15分钟。