CN106757789A - 一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法 - Google Patents

一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，主要步骤将聚偏二氟乙烯溶入到二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶剂中，再加入多巴胺单体，将聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液进行静电纺丝，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜；最后，放置于30‑50℃的烘箱中反应6‑30小时后取出，得到聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜，本发明的方法制得到的聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜具有超强的亲水性能，具有很好的油水分离及吸附性能。

Description

一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于工程材料领域，更具体说，本发明涉及一种聚偏二氟乙烯复合薄膜的制备方法。
背景技术
聚偏二氟乙烯是一种由单体1,1-二氟乙烯聚合得到的半结晶型聚合物，具有优异的机械性能、耐热性能、耐化学腐蚀性能以及耐候性能，具有疏水性，易溶于有机溶剂。除此以外，聚偏二氟乙烯有良好的成膜性能，得到的聚偏二氟乙烯薄膜具有机械强度大、韧性好、耐热、抗蠕变、耐磨、耐冲击、耐氧化等性能优势，可以制备不对称微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等，广泛应用于饮用水净化处理、生物制药、航空、汽车、化工、及环境保护等领域。
但是，聚偏二氟乙烯薄膜是非极性的，表面能较低、润湿性差，具有很强的疏水性，这严重限制了其在水相分离体系中的应用：一方面，强烈的疏水性使水在透过膜时要克服较高的阻力，必须增大操作压力才能迫使水透过膜，因而能耗较高；另一方面，强烈的疏水性使得污染物(例如油水分离、蛋白类药物分离时的有机物、蛋白质)很容易通过静电相互作用、氢键、范德华力等在膜表面及膜孔内吸附，造成膜污染而使得膜通量衰减、截留率下降，使用寿命短。因此，为了降低能耗、有效减轻膜污染，对聚偏二氟乙烯薄膜进行亲水性改性显得尤为重要。目前，对聚偏二氟乙烯薄膜亲水改性的方法主要有两方面：一是本体改性，主要是将聚偏二氟乙烯与亲水聚合物或者无机粒子进行接枝共聚或者共混；二是表面改性，在聚偏二氟乙烯薄膜的表面通过物理或者化学的方法，引入羟基、羧基、磺酸基等强极性基团，或者引入亲水性的基团、侧链或大分子如聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸等。目前的研究报道中，用多巴胺对聚偏二氟乙烯薄膜进行功能化时，采用的是表面改性，具体方法为将多巴胺涂覆在聚偏二氟乙烯薄膜表面，或者将聚偏二氟乙烯薄膜浸泡在多巴胺的溶液中，利用多巴胺的自聚-附着特性而粘附于聚偏二氟乙烯薄膜表面。
发明内容
本发明的目的是提供一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，该方法制得到的聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜具有超强的亲水性能，具有很好的油水分离及吸附性能。
为了实现上述目的，本发明一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，主要步骤如下：
1)将聚偏二氟乙烯溶入到二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶剂中，在搅拌的条件下，升温到40-50℃，持续搅拌4-6小时，溶液中聚偏二氟乙烯的质量百分比为18％-25％；
2)在聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液中加入多巴胺单体，持续搅拌1-2小时，后再对其进行超声处理0.5-1小时，其中，聚偏二氟乙烯与多巴胺单体的质量比为100：20-80；
3)将聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液进行静电纺丝，接收板上包覆铝箔，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜；
4)将得到的聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜放入到pH值为8.5的0.1mol/L的三(羟甲基)氨基甲烷溶液中，而后密封，放置于30-50℃的烘箱中反应6-30小时后取出，取出后用蒸馏水洗涤至pH值为中性，得到聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜，最后将薄膜放入40-80℃的烘箱中烘干，即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将聚多巴胺引入到聚偏二氟乙烯基体中，对聚偏二氟乙烯薄膜进行亲水改性，制备得到的聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜具有超亲水性。
本发明将多巴胺单体与聚偏二氟乙烯溶液共混后进行静电纺丝，然后再让多巴胺单体自聚为聚多巴胺。一方面，采用的亲水改性方法是本体改性，多巴胺与聚偏二氟乙烯基体之间的作用力较表面改性更强；另一方面，多巴胺的添加量可以达到聚偏二氟乙烯质量的20-80％，在达到超亲水性的同时，对聚偏二氟乙烯基薄膜的孔尺寸不会产生明显的影响，有较好的油水分离效果及吸附性能。
实验证明，相比于纯的聚偏二氟乙烯薄膜的水接触角为130°，对亚甲基蓝的吸附量为4.2mg/g，本发明制得的聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的水接触角可达0°，油水分离通量达452.0L/m2﹒h，对亚甲基蓝的吸附量达到162.8mg/g。
进一步，本发明的二甲基乙酰胺和丙酮混合溶剂中二者的体积比为1:1。这样的比例一方面能很好的将聚偏二氟乙烯溶解为溶液，另一方面所得到的溶液的浓度、黏度、电导率、表面张力等适合进行静电纺丝。
进一步，本发明超声处理的强度均为2.5-5×104W/m3。这样的超声处理可以充分利用超声空化作用促进多巴胺在聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液中的分散。
进一步，本发明静电纺丝的纺丝速度为0.01ml/min，纺丝电压为15-21kV，固化距离为15-20cm。这样的纺丝速度、纺丝电压及固化距离使得聚偏二氟乙烯/多巴胺的溶液可以较好的进行喷射纺丝，得到纤维直径均匀的纳米级纤维。
进一步，本发明多巴胺聚合反应的Tris溶液的pH值为8.5。这样的pH条件才能使多巴胺进行自聚。
附图说明
图1为实施例一的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例一：
一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，其步骤是：
A、聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液的制备：
将二甲基乙酰胺和丙酮按体积比1:1配制成混合溶剂，再将聚偏二氟乙烯加入到混合溶剂中，在搅拌的条件下，升温到45℃，持续搅拌5h，得到聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液，溶液中聚偏二氟乙烯的质量百分比为20％；再在前述聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液中加入多巴胺单体，持续搅拌1.5h，后再对其进行超声处理1h，超声处理强度为5×104W/m3。聚偏二氟乙烯与多巴胺单体的质量比为100：50；
B、聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备：
将聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液进行静电纺丝，纺丝速度为0.01ml/min，纺丝电压为18kV，固化距离为18cm，接收板上包覆铝箔，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜；
将得到的聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜放入到pH值为8.5的0.1mol/L的三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)溶液中，而后密封，放置于30℃的烘箱中反应18h后取出，取出后用蒸馏水洗涤至pH值为中性，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜，最后将薄膜放入60℃的烘箱中烘干，即得。
经测试本例的制得复合薄膜的水接触角为0°。
图1为实施例一的扫描电镜图片，从图中可以看出，所得到的多孔纤维膜纤维直径均匀，每根纤维表面均被聚多巴胺覆盖，聚多巴胺与聚偏二氟乙烯基体的作用力较强，而孔没有被聚多巴胺覆盖。
实施例二：
A、聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液的制备：
将二甲基乙酰胺和丙酮按体积比1:1配制成混合溶剂，再将聚偏二氟乙烯加入到混合溶剂中，在搅拌的条件下，升温到40℃，持续搅拌4h，得到聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液，溶液中聚偏二氟乙烯的质量百分比为18％；再在前述聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液中加入多巴胺单体，持续搅拌1h，后再对其进行超声处理0.5h，超声处理强度为2.5×104W/m3。聚偏二氟乙烯与多巴胺单体的质量比为100：20；
B、聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备：
将聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液进行静电纺丝，纺丝速度为0.01ml/min，纺丝电压为15kV，固化距离为15cm，接收板上包覆铝箔，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜；
将得到的聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜放入到pH值为8.5的0.1mol/L的Tris溶液中，而后密封，放置于30℃的烘箱中反应30h后取出，取出后用蒸馏水洗涤至pH值为中性，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜，最后将薄膜放入40℃的烘箱中烘干，即得。
实施例三：
A、聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液的制备：
将二甲基乙酰胺和丙酮按体积比1:1配制成混合溶剂，再将聚偏二氟乙烯加入到混合溶剂中，在搅拌的条件下，升温到50℃，持续搅拌6h，得到聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液，溶液中聚偏二氟乙烯的质量百分比为25％；再在前述聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液中加入多巴胺单体，持续搅拌2h，后再对其进行超声处理1h，超声处理强度为5×104W/m3。聚偏二氟乙烯与多巴胺单体的质量比为100：80；
B、聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备：
将聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液进行静电纺丝，纺丝速度为0.01ml/min，纺丝电压为21kV，固化距离为20cm，接收板上包覆铝箔，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜；
将得到的聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜放入到pH值为8.5的0.1mol/L的Tris溶液中，而后密封，放置于50℃的烘箱中反应6h后取出，取出后用蒸馏水洗涤至pH值为中性，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜，最后将薄膜放入80℃的烘箱中烘干，即得。

Claims (4)

1.一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，主要步骤如下：
1)将聚偏二氟乙烯溶入到二甲基乙酰胺和丙酮的混合溶剂中，在搅拌的条件下，升温到40-50℃，持续搅拌4-6小时，溶液中聚偏二氟乙烯的质量百分比为18％-25％；
2)在聚偏二氟乙烯的二甲基乙酰胺-丙酮溶液中加入多巴胺单体，持续搅拌1-2小时，后再对其进行超声处理0.5-1小时，其中，聚偏二氟乙烯与多巴胺单体的质量比为100：20-80；
3)将聚偏二氟乙烯/多巴胺溶液进行静电纺丝，接收板上包覆铝箔，得到聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜；
4)将得到的聚偏二氟乙烯/多巴胺复合薄膜放入到pH值为8.5的0.1mol/L的三(羟甲基)氨基甲烷溶液中，而后密封，放置于30-50℃的烘箱中反应6-30小时后取出，取出后用蒸馏水洗涤至pH值为中性，得到聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜，最后将薄膜放入40-80℃的烘箱中烘干，即得。
2.按照权利要求1所述的一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述的混合溶剂中二甲基乙酰胺和丙酮的的体积比为1:1。
3.按照权利要求1所述的一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，其特征在于，超声处理的强度为2.5-5×104W/m3。
4.按照权利要求1所述的一种超亲水聚偏二氟乙烯/聚多巴胺复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝中，纺丝速度为0.01ml/min，纺丝电压为15-21kV，固化距离为15-20cm。
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