CN107174978A - 一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料 - Google Patents

一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，主要包括聚偏氟乙烯、两亲性共聚物和良溶剂，采用两亲性共聚物在良溶剂中共混改性聚偏氟乙烯，采用相反转法制备聚偏氟乙烯复合材料，操作简单。两亲性共聚物包括疏水链段和亲水链段，两亲性共聚物的疏水链段与聚偏氟乙烯的相容性较好，有效解决与聚偏氟乙烯共混过程中相容性差的问题，两亲性共聚物的亲水链段富集在聚偏氟乙烯的表面可以显著改善聚偏氟乙烯的亲水性，制备得到亲水性的聚偏氟乙烯复合材料，可以扩大聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。

Description

一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料
技术背景
本发明涉及一种水处理膜材料，尤其涉及一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚偏氟乙烯（PVDF）由于含有C-F键，且聚偏氟乙烯是一种线型半结晶型聚合物，具有较好的力学性能、耐热、耐化学腐蚀、易成膜等优点，广泛的应用于制备微滤膜、超滤膜和反渗透膜等水处理领域，但是由于聚偏氟乙烯的表面能低，具有强疏水性，这一性能使聚偏氟乙烯在水处理过程中存在通量低和容易被污染，减少了聚偏氟乙烯的水处理使用寿命，限制了聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。因此改性聚偏氟乙烯的亲水性迫在眉睫，目前比较简单有效的方法是采用亲水性的有机材料或无机材料对聚偏氟乙烯进行共混改性，但是单纯的有机材料与聚偏氟乙烯的相容性差，无机材料在聚偏氟乙烯材料内分散性不好，导致材料的性能不稳定。本发明提供了一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，采用相反转法制备聚偏氟乙烯复合材料，操作简单。用两亲性共聚物共混改性聚偏氟乙烯，两亲性共聚物的疏水链段与聚偏氟乙烯的相容性较好，两亲性共聚物的亲水链段富集在聚偏氟乙烯的表面有效改善聚偏氟乙烯的亲水性，显著提高聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，采用两亲性共聚物共混改性聚偏氟乙烯，两亲性共聚物的疏水链段与聚偏氟乙烯的相容性较好，两亲性共聚物的亲水链段富集在聚偏氟乙烯的表面有效改善聚偏氟乙烯的亲水性，显著提高聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。
本发明通过以下技术方案实现：一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，包括聚偏氟乙烯、良溶剂和两亲性共聚物，所述两亲性共聚物与聚偏氟乙烯在良溶剂中共混制备成膜液，采用相反转法制备了亲水性聚偏氟乙烯复合材料。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述聚偏氟乙烯的分子量为30-60万。
所述两亲性共聚物的共聚单体中疏水性单体和亲水性单体摩尔比为1:4-3:1。所述两亲性共聚物的一端为疏水链段，另一端为含羟基、羧基、酯基或酰胺基中的一种或一种以上官能团的亲水链段。所述两亲性共聚物的疏水链段是为了增强与聚偏氟乙烯的相容性，所述两亲性共聚物的亲水链段富集在聚偏氟乙烯的表面可以改性聚偏氟乙烯的表面亲水性。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述共聚单体中亲水性单体包括乙二醇、乙烯醇、马来酸酐、丙烯酸、丙烯酰胺中的一种或多种；所述共聚单体中疏水性单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯一种或多种。共聚单体通过常规的自由基聚合法或接枝聚合法制备，自由基聚合法和接枝聚合法为常规聚合方法，故不再赘述。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述良溶剂主要为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或丙酮中的一种。所述良溶剂是同时溶解聚偏氟乙烯和两亲性共聚物，本发明是通过聚偏氟乙烯和两亲性共聚物溶液共混进行改性，溶液共混操作简单，混合均匀，为后一步制膜最准备。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述两亲性共聚物占聚偏氟乙烯质量的百分比为5%-35%。两亲性聚合物的量过少改性聚偏氟乙烯的亲水性效果较差，两亲性聚合物的量过多改性聚偏氟乙烯的亲水性能不变，造成浪费，经过多次试验分析得到两亲性共聚物的百分比为5%-35%时较佳。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述成膜液的质量百分比为10%-35%，成膜液的浓度过低不易成膜，成膜液的浓度过高成膜性能较差，经过多次试验分析得出成膜液的浓度在10-35%时成膜效果较好。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述相反转法包括以下步骤：
步骤A，将一定量的两亲性聚合物与聚偏氟乙烯在良溶剂中配制成膜液；
步骤B，用玻璃刮刀将成膜液刮在玻璃板上，得到液膜，然后迅速将其浸入去离子水凝固浴中，成膜后取出，用去离子水清洗12h，最后在空气中晾干备用。
本发明的优点在于，采用两亲性共聚物对聚偏氟乙烯进行共混改性，两亲性共聚物具有疏水链段和亲水链段，两亲性共聚物的疏水链段与聚偏氟乙烯的相容性较好，有效解决与聚偏氟乙烯共混过程中相容性差的问题；共混改性后，两亲性共聚物的亲水链段富集在聚偏氟乙烯的表面可以改善聚偏氟乙烯的亲水性，可以制备出亲水性的聚偏氟乙烯复合材料，显著扩大聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。
附图说明
无。
具体实施方式
实施例1：
采用自由基聚合法制备两亲性聚甲基丙烯酸甲酯—聚乙二醇共聚物，其中甲基丙烯酸甲酯与乙二醇的摩尔比为2:1，取两亲性共聚物3g，聚偏氟乙烯（分子量为30万）15g，良溶剂二甲基甲酰胺80g共混制备成膜液，用玻璃刮刀将成膜液刮在玻璃板上，得到液膜，然后迅速将其浸入去离子水凝固浴中，成膜后取出，用去离子水清洗12h，晾干备用，制得亲水性聚偏氟乙烯复合材料1。
采用接触角测量仪(OCA -20 ,Dataphysics , Germany)测试超纯去离子水(电导率<1 .0 ×10-7)在膜表面的接触角, 通过微机摄像记录其接触角值。
本实施例制备的聚偏氟乙烯复合材料1的接触角为45.2°，纯聚偏氟乙烯材料的接触角为95.9°，相比纯聚偏氟乙烯材料，两亲性聚合物共混改性后的聚偏氟乙烯复合材料1的接触角明显降低，聚偏氟乙烯复合材料1的表面为亲水性，可以显著提高聚偏氟乙烯水处理膜的使用效率和使用寿命，扩大聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。
实施例2：
采用自由基聚合法制备两亲性聚甲基丙烯酸甲酯—聚乙烯醇共聚物，其中甲基丙烯酸甲酯与乙烯醇的摩尔比为3:1，取两亲性共聚物5g，聚偏氟乙烯15g和良溶剂二甲基乙酰胺80g制备成膜液，用玻璃刮刀将成膜液刮在玻璃板上，得到液膜，然后迅速将其浸入去离子水凝固浴中，成膜后取出，用去离子水清洗12h，最后在空气中晾干备用，制得亲水性聚偏氟乙烯复合材料2。
接触角表征方法如实施例1，本实施例制备的聚偏氟乙烯复合材料2的接触角为53°，纯聚偏氟乙烯材料的接触角为95.9°，相比纯聚偏氟乙烯材料，两亲性聚合物共混改性后的聚偏氟乙烯复合材料2的接触角明显降低，聚偏氟乙烯复合材料2的表面为亲水性，可以显著提高聚偏氟乙烯水处理膜的使用效率和使用寿命，扩大聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。
实施例3：
采用自由基聚合法制备两亲性聚丙烯酰胺—聚甲基丙烯酸六氟丁酯共聚物，其中甲基丙烯酸甲酯与乙二醇单体的摩尔比为3:1，取两亲性共聚物5g，聚偏氟乙烯（分子量为30万）15g，良溶剂二甲基甲酰胺80g制备成膜液，用玻璃刮刀将成膜液刮在玻璃板上，得到液膜，然后迅速将其浸入去离子水凝固浴中，成膜后取出，用去离子水清洗12h，最后在空气中晾干备用，制得亲水性聚偏氟乙烯复合材料3。
接触角表征方法如实施例1，本实施例制备的聚偏氟乙烯的接触角为42.8°，纯聚偏氟乙烯材料的接触角为95.9°，相比纯聚偏氟乙烯材料，两亲性聚合物共混改性后的聚偏氟乙烯复合材料3的接触角降低，聚偏氟乙烯复合材料3的表面为亲水性，可以显著提高聚偏氟乙烯水处理膜的使用效率和使用寿命，扩大聚偏氟乙烯在水处理领域的应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，包括聚偏氟乙烯和良溶剂，其特征在于，还包括两亲性共聚物，所述两亲性共聚物与聚偏氟乙烯在良溶剂中共混制备成膜液，采用相反转化法制备亲水性聚偏氟乙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于，所述两亲性共聚物的共聚单体中疏水性单体和亲水性单体摩尔比为1:4-3:1。
3.根据权利要求2所述的一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于，所述疏水性单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯中的一种或多种；所述亲水性单体包括乙二醇、乙烯醇、马来酸酐、丙烯酸、丙烯酰胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于，所述良溶剂主要为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或丙酮中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于，所述两亲性共聚物占聚偏氟乙烯质量的百分比为5%-35%。
6.根据权利要求1所述的一种亲水性聚偏氟乙烯复合材料，其特征在于，所述成膜液的质量百分比为10wt%-35wt%。
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