CN107466312A - 用于减少表面污损的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于减少表面O污损的方法，其中将至少一种包含摩尔比为0.05:1‑50:1的苯乙烯与至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E的聚合物P的水溶液S施加于所述表面O。
Description
本发明涉及用于减少表面O污损的方法，其中将至少一种包含摩尔比为0.05-50的苯乙烯与至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E的聚合物P的水溶液S施加于所述表面O，所述表面O优选为膜M，其中所述水溶液S包含至少50重量％的水。
本发明还涉及包含摩尔比为0.3-50的苯乙烯与至少一种聚氧化乙烯的(甲基)丙烯酸酯的聚合物P及其制备方法。
不同类型的膜在许多技术领域中起着越来越重要的作用。特别地，用于处理水的方法越来越依赖于膜技术。
膜应用的一个重要问题是污损。生物污损的问题显著存在于用于分离目的如反渗透、正渗透、纳滤、超滤和微滤的半透膜中。膜可以通过其分离机理和/或孔尺寸分类。例如，在水过滤应用中，将超滤和微滤膜(近似孔径：5-1000nm)用于保留有机和生物有机材料的废水处理。在反渗透和正渗透膜(其中一价离子和所有具有较大直径的组分都被排除)中，分离机理主要基于溶液-扩散机理。
在环境介质是水相的所有应用中，由于微生物的粘附和生物膜的形成，可能发生潜在的堵塞。因此，需要减少生物膜形成并因此需要更少的清洁循环的膜。这可以例如通过具有抗粘附或防污性质的膜来实现。
因此，污损目前是过滤膜的主要剩余问题之一。污损导致膜性能下降，缩短膜寿命，限制了膜技术的进一步应用。因此，为了提高其抗性，希望改善膜的防污和抗菌性质，而不损害其分离特性。
已经尝试了几种方法来解决污损和生物污损的问题，并防止由生物体形成和沉积有机物质。
以前用于减少膜上污损的方法例如关注于以下策略以防止膜的生物污损：1)共混用于制造膜的亲水或两亲性共聚物，2)膜的表面改性和3)膜材料的本体改性(bulkmodification)。
最近将膜用两亲性梳状聚合物处理，所述聚合物在膜的表面上可逆地形成薄层，从而减少污损。
Konradi等，Macromol.Rapid Commun.2012，33，1663-1676公开了梳状聚合物在表面上的抗生物污损效率。
Kwon等，Desalination and Water Treatment 2010，15，54-61公开了在PEG丙烯酸酯均聚物上的PEG刷以减少膜表面的生物污损。
H.Choi等，Desalination and Water Treatment 2012，15，133-189公开了在浸涂方法中由具有通过自由基聚合获得的苯乙烯-PEG丙烯酸酯梳状共聚物的无水涂料体系涂覆反渗透膜。
Y.-C.Chiang等，Langmuir 2012，28，1399-1407公开了用通过原子转移自由基聚合(ATRP)获得的苯乙烯-PEG甲基丙烯酸酯梳状共聚物浸涂由PVDF制成的膜。
然而，需要改进减少膜上的污损的解决方案。
因此，本发明的目的是提供减少膜污损的方法，其有效减少污损，易于进行并且不需要改变膜本身。
该目的通过用于减少表面O，尤其是膜M的污损的方法来实现，其中将至少一种包含摩尔比为0.05-50的苯乙烯与至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E的聚合物P的水溶液S施加于所述膜M。
膜的概念在本领域中通常是已知的。在本申请的上下文中，膜应当理解为能够分离两种流体或者将分子和/或离子组分或颗粒与液体分离的薄半透性结构。膜充当选择性屏障，容许一些颗粒、物质或化学品通过，同时保留其他。
膜M例如可以是微孔(平均孔径小于2nm)，中孔(平均孔径2-50nm)或大孔(平均孔径在50nm以上)。就此而言，平均孔径根据DIN 4652:2007-09通过与膜的截留分子量相关而测定。
膜M或膜M的隔离层可由至少一种无机材料如陶瓷或至少一种有机聚合物制成。
无机材料的实例是粘土、硅酸盐、碳化硅、氧化铝、氧化锆或石墨。这类由无机材料制成的膜通常通过施加压力或通过烧结细磨粉末而制备。由无机材料制成的膜可以是包含两个层、三个层或更多个层的复合膜。
在一个实施方案中，由无机材料制成的膜M包含大孔载体层、任选中间层和隔离层。
在一个优选实施方案中，膜M和/或膜M的隔离层包含有机聚合物(下文中称为聚合物)作为主要组分。如果将聚合物以至少50重量％，优选至少60重量％，更优选至少70重量％，甚至更优选至少80重量％，特别优选至少90重量％的量包含在所述膜中或所述膜的隔离层中，则该聚合物应被认为是膜的主要组分。
合适的聚合物的实例是聚亚芳基醚、聚砜、聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PPSU)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)、乙酸纤维素(CA)、二乙酸纤维素、三乙酸纤维素(CTA)、CA-三乙酸酯共混物、纤维素酯、硝酸纤维素、再生纤维素，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺，聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并咪唑酮(PBIL)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚醚酮(PEEK)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)、PAN-聚(氯乙烯)共聚物(PAN-PVC)、PAN-磺酸甲代烯丙酯共聚物、聚(二甲基苯醚)(PPO)、聚碳酸酯、聚酯、聚四氟乙烯PTFE、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚电解质复合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)PMMA、聚二甲基硅氧烷(PDMS)，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺氨基甲酸酯，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺酰亚胺，交联聚酰亚胺或其混合物。
优选地，膜M包含聚砜、聚醚砜(PES)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)、乙酸纤维素(CA)、三乙酸纤维素(CTA)、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)或其混合物作为主要组分。
合适的聚醚砜可以例如由BASF SE以商标名获得。
优选的聚亚芳基醚砜(A)包含通式I的单元：
其中符号t、q、Q、T、Y、Ar和Ar1的定义如下：
t、q：彼此独立地为0、1、2或3，
Q、T、Y：在每种情况下彼此独立地为化学键或选自-O-、-S-、-SO2-、S＝O、C＝O、-N＝N-和-CRaRb-的基团，其中Ra和Rb在每种情况下彼此独立地为氢原子或C1-C12烷基、C1-C12烷氧基或C6-C18芳基，并且其中Q、T和Y中的至少一个为-SO2-，和
Ar和Ar1：彼此独立地为具有6-18个碳原子的亚芳基。
如果在上述前提条件下，Q、T或Y是化学键，则这意指左侧的相邻基团和右侧的相邻基团彼此通过化学键直接连接而存在。
然而，优选式I中的Q、T和Y彼此独立地选自-O-和-SO2-，条件是Q、T和Y中的至少一个是-SO2-。
如果Q、T或Y是-CRaRb-，则Ra和Rb在每种情况下彼此独立地为氢原子或C1-C12烷基、C1-C12烷氧基或C6-C18芳基。
优选的C1-C12烷基包括具有1-12个碳原子的线性和支化的饱和烷基。可特别提及以下结构部分：C1-C6烷基结构部分，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、2-或3-甲基戊基，以及更长链的结构部分，例如非支化的庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、月桂基及其单支化或多支化类似物。
可用于上述可使用的C1-C12烷氧基的烷基结构部分是上述具有1-12个碳原子的前述定义的烷基。可以优选使用的环烷基结构部分特别优选包括C3-C12环烷基结构部分，例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环丙基甲基、环丙基乙基、环丙基丙基、环丁基甲基、环丁基乙基、环戊基乙基、环戊基丙基、环戊基丁基、环戊基戊基、环戊基己基、环己基甲基、环己基二甲基和环己基三甲基。
Ar和Ar1彼此独立地为C6-C18亚芳基。基于以下后面描述的原料，优选Ar衍生自对亲电攻击非常敏感的富电子的芳族物质，优选选自氢醌、间苯二酚、二羟基萘，特别是2,7-二羟基萘和4,4'-双酚。Ar1优选为未取代的C6或C12亚芳基。
可以使用的具体C6-C18亚芳基Ar和Ar1是亚苯基如1,2-、1,3-和1,4-亚苯基，亚萘基如1,6-、1,7-、2,6-和2,7-亚萘基，以及衍生自蒽、菲和并四苯的亚芳基。
在根据式I的优选实施方案中，优选Ar和Ar1彼此独立地选自1,4-亚苯基、1,3-亚苯基、亚萘基，特别是2,7-二羟基亚萘基和4,4'-双亚苯基。
优选的聚亚芳基醚砜(A)是包含以下重复单元Ia-Io中的至少一个的那些：
除了优选存在的单元Ia-Io之外，其他优选的单元是其中衍生自氢醌的一个或多个1,4-亚苯基单元已经由衍生自间苯二酚的1,3-亚苯基单元或者由衍生自二羟基萘的亚萘基单元替代。
特别优选的通式I的单元是单元Ia、Ig和Ik。还特别优选组分(A)的聚亚芳基醚砜基本由一种通式I单元，特别是选自Ia、Ig和Ik的一个单元组成。
在一个特别优选的实施方案中，Ar＝1,4-亚苯基，t＝1，q＝0，T是化学键，Y＝SO2。由上述重复单元组成的特别优选的聚亚芳基醚砜(A)称为聚亚苯基砜(PPSU)(式Ig)。
在另一特别优选的实施方案中，Ar＝1,4-亚苯基，t＝1，q＝0，T＝C(CH3)2，Y＝SO2。由上述重复单元组成的特别优选的聚亚芳基醚砜(A)称为聚砜(PSU)(式Ia)。
在另一特别优选的实施方案中，Ar＝1,4-亚苯基，t＝1，q＝0，T＝Y＝SO2。由上述重复单元组成的特别优选的聚亚芳基醚砜(A)称为聚醚砜(PESU或PES)(式Ik)。该实施方案是非常特别优选的。
对本发明而言，缩写如PPSU、PESU和PSU符合DIN EN ISO 1043-1:2001。
本发明的聚亚芳基醚砜(A)的重均摩尔质量Mw优选为10 000-150000g/mol，特别是15 000-120 000g/mol，特别优选18 000-100 000g/mol，其通过凝胶渗透色谱法在作为溶剂的二甲基乙酰胺中相对于作为标样的窄分布的聚甲基丙烯酸甲酯测定。
在本发明的一个实施方案中，合适的聚亚芳基醚砜，特别是聚砜、聚亚苯基砜或聚醚砜在聚合物中的部分或全部芳环上包含磺酸、羧酸、氨基和/或羟基。
得到上述聚亚芳基醚的制备方法是本领域技术人员已知的，并且例如描述在Herman F.Mc，“Encyclopedia of Polymer Science and Technology”，第三版，第4卷，2003，章节“聚砜”第2-8页，以及Hans R.Kricheldorf，Handbook of Polymer Synthesis，第二版，2005，第427-443页中的“Aromatic Polyethers”中。
膜M可以例如是适合作为反渗透(RO)膜、正渗透(FO)膜、纳滤(NF)膜、超滤(UF)膜或微滤(MF)膜的膜。这些膜类型通常是本领域中已知的。
膜M是例如在US 2011/0027599的[0021]-[0169]中；在US2008/0237126的第4栏第36行至第6栏第3行中；在US 2010/0224555的[0147]-[0490]中；在US 2010/0062156的[0058]-[0225]中；在US2011/0005997的[0045]-[0390]中；在US 2009/0272692的[0019]-[0073]中；在US 2012/0285890的[0016]-[0043]中公开的那些；这些文献通过引用并入本文。
其他合适的膜M是例如在US 6787216的第2栏第54行至第6栏第19行中；在US 6,454,943的第3栏第25行至第6栏第12行中；和WO2006/012920第3页最后一段至第10页第一段中公开的那些。
FO膜通常适于海水、微咸水、污水或淤泥料流的处理。由此将纯水通过FO膜从那些料流中移除成为在具有高渗透压力的膜背面上的所谓驱动液。通常，类似于RO膜的FO型膜通过溶解扩散机理分离液体混合物，其中只有水可以通过膜，而一价离子和较大的组分被拒绝。
在一个优选实施方案中，FO膜M为薄膜复合(TFC)FO膜。薄膜复合膜的制备方法和使用原则上是已知的，且例如由R.J.Petersen描述于Journal of Membrane Science 83(1993)81-150中。
在另一优选实施方案中，FO膜M包含载体层、隔离层和任选保护层。所述保护层可被认为是额外涂层以使表面平滑和/或亲水化。
所述织物层可例如具有10-500μm的厚度。所述织物层可以为例如机织物或非机织物，例如聚酯非机织物。
TFC FO膜M的所述载体层通常包含平均孔径为例如0.5-100nm，优选1-40nm，更优选5-20nm的孔。所述载体层可例如具有5-1000μm，优选10-200μm的厚度。所述载体层可例如包含主要组分聚砜、聚醚砜、聚亚苯基砜(PPSU)、PVDF、聚酰亚胺、聚酰亚胺氨基甲酸酯或乙酸纤维素。纳米颗粒如沸石，特别是沸石LTA可包含在所述载体膜中。这可例如通过将这类纳米颗粒包含在用于制备所述载体层的涂料溶液中而实现。
所述隔离层可例如具有0.05-1μm，优选0.1-0.5μm，更优选0.15-0.3μm的厚度。优选地，所述隔离层可例如包含聚酰胺或乙酸纤维素作为主要组分。
任选地，TFC FO膜M可包含具有30-500nm，优选100-300nm的厚度的保护层。所述保护层可例如包含聚乙烯醇(PVA)作为主要组分。在一个实施方案中，保护层包含卤胺如氯胺。
在一个优选实施方案中，膜M为包含含有聚醚砜作为主要组分的载体层、含有聚酰胺作为主要组分的隔离层和任选含有聚乙烯醇作为主要组分的保护层的TFC FO膜。
在一个优选实施方案中，FO膜M包含由多胺和多官能酰基卤缩合而得到的隔离层。所述隔离层可例如在界面聚合方法中得到。
RO膜通常适于移除分子和离子，特别是一价离子。通常，RO膜基于溶液/扩散机理分离混合物。
在一个优选实施方案中，膜M为薄膜复合(TFC)RO膜。薄膜复合膜的制备方法和使用原则上是已知的，且例如由R.J.Petersen描述于Journal of Membrane Science 83(1993)81-150中。
在另一优选实施方案中，RO膜M包含织物层、载体层、隔离层和任选保护层。所述保护层可被认为是额外涂层以使表面平滑和/或亲水化。
所述织物层可例如具有10-500μm的厚度。所述织物层可例如为机织物或非机织物，例如聚酯非机织物。
TFC RO膜的所述载体层通常包含平均孔径为例如0.5-100nm，优选1-40nm，更优选5-20nm的孔。所述载体层可例如具有5-1000μm，优选10-200μm的厚度。所述载体层可例如包含主要组分聚砜、聚醚砜、PVDF、聚酰亚胺、聚酰亚胺氨基甲酸酯或乙酸纤维素。纳米颗粒如沸石，特别是沸石LTA可包含在所述载体膜中。这可例如通过将这类纳米颗粒包含在用于制备所述载体层的涂料溶液中而实现。
所述隔离层可例如具有0.02-1μm，优选0.03-0.5μm，更优选0.05-0.3μm的厚度。优选地，所述隔离层可例如包含聚酰胺或乙酸纤维素作为主要组分。
任选地，TFC RO膜M可包含厚度为5-500nm，优选10-300nm的保护层。所述保护层可例如包含聚乙烯醇(PVA)作为主要组分。在一个实施方案中，保护层包含卤胺如氯胺。
在一个优选实施方案中，膜M为包含非机织物聚酯织物、含有聚醚砜作为主要组分的载体层、含有聚酰胺作为主要组分的隔离层和任选含有聚乙烯醇作为主要组分的保护层的TFC RO膜。
在一个优选实施方案中，RO膜M包含由多胺和多官能酰基卤缩合而得到的隔离层。所述隔离层可例如在界面聚合方法中得到。
合适的多胺单体可具有伯或仲氨基且可以为芳族(例如二氨基苯、三氨基苯、间苯二胺、对苯二胺、1,3,5-三氨基苯、1,3,4-三氨基苯、3,5-二氨基苯甲酸、2,4-二氨基甲苯、2,4-二氨基茴香醚和二甲苯二胺)或脂族(例如乙二胺、丙二胺、哌嗪和三(2-二氨基乙基)胺)。
合适的多官能酰基卤包括均苯三甲酰氯(TMC)、偏苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯和类似化合物或合适酰基卤的混合物。作为另一实例，第二单体可以为邻苯二甲酰卤。
在本发明一个实施方案中，聚酰胺隔离层可由间苯二胺(MPD)水溶液与均苯三甲酰氯(TMC)在非极性溶剂中的溶液反应而制备。
在本发明的另一实施方案中，膜的隔离层和任选其他层包含纳米颗粒。合适的纳米颗粒通常具有1-1000nm，优选2-100nm的平均粒度，其通过动态光散射测定。合适的纳米颗粒可以是例如沸石、二氧化硅、硅酸盐或氧化铝。合适的纳米颗粒的实例包括铝氧石、明矾石、铵明矾、Altauxite、锰铝矾、羟铝矾、透鳞绿泥石、贝得石、膨润土、勃姆石、氯羟铝石、Cardenite、铜矾石、锥冰晶石、氯铝石、冰晶石、片钠铝石、水铝石、迪开石、氟铝钙矿、三水铝石、多水高岭石(hailoysite)、水羟矾铝石、水铝钙石、水滑石、伊利石、纤维钾明矾、高岭石、蜜蜡石、蒙脱石、钠明矾石、囊脱石、霜晶石、葡萄石、水铝氟石、氟钠镁铝石、铜铁矾、滑石粉、方霜晶石、氟铝镁钠石、磷钙铝矾和锌明矾、土磷锌铝矿、水磷钙锂铍石和羟磷铝铍石；以及硅酸盐：香花石(hsiangwualite)、铍硅钠石、磷方沸石(viseite)、帕水硅铝钙石、葡萄石、水硅铝钙石、鱼眼石、白钙沸石、莫里铅沸石、硅钙石、易变硅钙石和雪硅钙石。
纳米颗粒还可以包括金属物质如金、银、铜、锌、钛、铁、铝、锆、铟、锡、镁或钙或其合金或其氧化物或其混合物。它们也可以是非金属物质如Si3N4、SiC、BN、B4C或TIC或其合金或其混合物。它们可以是碳基物质如石墨、碳玻璃、至少C～的碳簇、富勒烯(buckminsterfullerene)、高级富勒烯、碳纳米管、碳纳米颗粒或其混合物。
在另一实施方案中，膜的隔离层和任选其他层包含沸石、沸石前体、无定形硅铝酸盐或金属有机骨架结构(MOF)和优选的MOF。优选的沸石包括沸石LTA、RHO、PAU和KFI。LTA是尤其优选的。
优选地，包含在膜中的五氧化二钒以外的纳米颗粒具有小于3的多分散性。
在本发明的另一实施方案中，膜M的隔离层包含提高RO膜M的渗透性的其他添加剂。所述其他添加剂可以例如是β-二酮化物化合物，特别是乙酰丙酮化物和/或至少部分氟化的β-二酮化物化合物的金属盐。
NF膜通常尤其适于移除分离的多价离子和大一价离子。通常，NF膜通过溶液/扩散或/和过滤基机理起作用。
NF膜通常用于交叉过滤方法中。
NF膜M可例如包含聚亚芳基醚、聚砜、聚醚砜(PES)或聚亚苯基砜(PPSU)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)、乙酸纤维素(CA)、三乙酸纤维素(CTA)、CA-三乙酸酯混合物、纤维素酯、硝酸纤维素、再生纤维素，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺，聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并咪唑酮(PBIL)、聚醚醚酮(PEEK)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)、聚丙烯腈(PAN)、PAN-聚(氯乙烯)共聚物(PAN-PVC)、PAN-磺酸甲代烯丙酯共聚物、聚砜、聚(二甲基苯醚)(PPO)、聚碳酸酯、聚酯、聚四氟乙烯PTFE、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚电解质复合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)PMMA、聚二甲基硅氧烷(PDMS)，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺氨基甲酸酯，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺酰亚胺，交联聚酰亚胺或其混合物作为主要组分。在一个优选的实施方案中，NF膜的所述主要组分带正电荷或带负电荷。
纳滤膜M通常包含含有磺酸根、羧酸根和/或铵根的带电聚合物。
优选地，NF膜M包含聚酰胺、聚酰亚胺或聚酰亚胺氨基甲酸酯、聚醚醚酮(PEEK)或磺化聚醚醚酮(SPEEK)作为主要组分。
UF膜通常适于除去具有高分子量如1000道尔顿以上的悬浮固体颗粒和溶质。特别地，UF膜通常适于除去细菌和病毒。
UF膜M通常具有0.5-50nm，优选1-40nm，更优选5-20nm的平均孔径。
UF膜M可以例如包含聚亚芳基醚、聚砜、聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PPSU)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)、乙酸纤维素(CA)、三乙酸纤维素(CTA)、CA-三乙酸酯混合物、纤维素酯、硝酸纤维素、再生纤维素，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺，聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并咪唑酮(PBIL)、聚丙烯腈(PAN)、PAN-聚(氯乙烯)共聚物(PAN-PVC)、PAN-磺酸甲代烯丙酯共聚物、聚砜、聚(二甲基苯醚)(PPO)、聚碳酸酯、聚酯、聚四氟乙烯PTFE、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚电解质复合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)PMMA、聚二甲基硅氧烷(PDMS)，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺氨基甲酸酯，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺酰亚胺，交联聚酰亚胺或其混合物作为主要组分。
优选地，UF膜M包含聚砜、聚醚砜、聚亚苯基砜(PPSU)、PVDF、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、交联聚酰亚胺、聚酰亚胺氨基甲酸酯或其混合物作为主要组分。
在一个实施方案中，UF膜M包含其他添加剂如聚乙烯吡咯烷酮。
在一个实施方案中，UF膜M包含其他添加剂如聚亚芳基砜和氧化烯烃如聚氧化乙烯的嵌段共聚物。
在一个优选实施方案中，UF膜M包含聚砜、聚亚苯基砜或聚醚砜与其他添加剂如聚乙烯吡咯烷酮的组合作为主要组分。
在一个优选实施方案中，UF膜M包含80-50重量％的聚醚砜和20-50重量％的聚乙烯吡咯烷酮。
在另一实施方案中，UF膜M包含95-80重量％的聚醚砜和5-15重量％的聚乙烯吡咯烷酮。
在另一实施方案中，UF膜M包含99.9-80重量％的聚醚砜和0.1-20重量％的聚乙烯吡咯烷酮。
在本发明的一个实施方案中，UF膜M作为螺旋绕制膜存在。
在本发明的另一实施方案中，UF膜M作为管状膜存在。
在本发明的另一实施方案中，UF膜M作为平片膜存在。
在本发明的另一实施方案中，UF膜M作为中空纤维膜存在。
在本发明的又一实施方案中，UF膜M作为单孔中空纤维膜存在。
在本发明的又一实施方案中，UF膜M作为多孔中空纤维膜存在。
MF膜通常适用于移除粒度为0.1μm及以上的颗粒。
MF膜M的平均孔径通常为0.1-10μm，优选1.0-5μm。
微滤可以使用加压体系，但不需要包括压力。
MF膜M可以是中空纤维、平片、管状、螺旋绕制、中空细纤维或径迹蚀刻的。它们是多孔的，并容许水、一价物质(Na+、Cl-)、溶解的有机物质、小胶体和病毒通过，同时保留颗粒、沉降物、藻类或大细菌。
微滤体系设计用于除去具有至多2-3％浓度的进料溶液中的低至0.1μm粒度的悬浮固体。
MF膜M可以例如包含聚亚芳基醚、聚砜、聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PPSU)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇(PVA)、乙酸纤维素(CA)、三乙酸纤维素(CTA)、CA-三乙酸酯混合物、纤维素酯、硝酸纤维素、再生纤维素，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺，聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并咪唑酮(PBIL)、聚丙烯腈(PAN)、PAN-聚(氯乙烯)共聚物(PAN-PVC)、PAN-甲代烯丙基磺酸酯共聚物、聚砜、聚(二甲基苯醚)(PPO)、聚碳酸酯、聚酯、聚四氟乙烯PTFE、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚电解质复合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)PMMA、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、芳族、芳族/脂族或脂族聚酰亚胺氨基甲酸酯，芳族、芳族/脂族或脂族聚酰胺酰亚胺，交联聚酰亚胺或其混合物作为主要组分。
根据本发明，膜M用至少一种聚合物P的水溶液S处理。
就此而言，“含水”是指所述聚合物P溶解在溶剂或溶剂混合物中，所述溶剂或溶剂混合物包含至少50重量％，优选至少70重量％，更优选至少90重量％，特别优选至少99重量％的水。在一个优选实施方案中，其中使所述至少一种聚合物P溶解的溶剂是水。
至少一种聚合物P的“水溶液”是指所述至少一种聚合物P完全或部分地溶解在含水溶剂中。在一个优选实施方案中，所述水溶液S是没有任何浊度的透明溶液。在另一实施方案中，所述水溶液S包含至少部分呈溶解状态但显示浊度的聚合物P。
聚合物P包含苯乙烯以及至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E。在本申请的上下文中，这应意指聚合物P包含这些呈聚合形式的单体。
聚合物P包含摩尔比为0.05-50的苯乙烯和酯E(意指苯乙烯与酯E的摩尔比为0.05:1-50:1)。优选地，聚合物P中苯乙烯与酯E的摩尔比为0.2:1-15:1，更优选0.3:1-10:1，特别优选0.5:1-2:1。
在一个实施方案中，酯E是丙烯酸和聚氧化乙烯的酯。
在一个实施方案中，酯E是甲基丙烯酸和聚氧化乙烯的酯。
在一个较不优选的实施方案中，所述聚氧化乙烯在一端用(甲基)丙烯酸酯化，并且在另一端具有羟基。
在一个优选实施方案中，所述聚氧化乙烯在一端用(甲基)丙烯酸酯化，并且在另一端被官能化，例如通过与烷基如甲基、乙基、丙基或丁基，优选甲基醚化。
因此，在一个实施方案中，酯E是丙烯酸和聚乙二醇单烷基醚的酯。
在一个实施方案中，酯E是甲基丙烯酸和聚乙二醇单烷基醚的酯。
就此而言，聚氧化乙烯应意指基本上由氧乙烯单元和任选的末端烷基醚基组成的聚氧化烯。特别地，聚氧化乙烯包含小于10摩尔％的不同于氧乙烯的氧化烯单元。优选地，就此而言使用的聚氧化乙烯包含小于5摩尔％，更优选小于1摩尔％的不同于氧乙烯的氧化烯单元。在一个尤其优选的实施方案中，本文所用的聚氧化乙烯由氧乙烯单元和末端烷基醚基组成。在许多情况下，聚氧化乙烯通过使用醇如甲醇、乙醇、正/异丙醇或正/仲/叔丁醇作为起始剂的氧化乙烯的开环聚合制备。
优选地，酯E的平均摩尔质量Mn为300-10,000g/mol，更优选500-10,000g/mol，甚至更优选800-10,000g/mol，尤其优选1,000-10,000g/mol，特别优选1500-10,000g/mol。
在另一实施方案中，酯E的平均摩尔质量Mn为300-8,000g/mol，更优选300-5,000g/mol，甚至更优选300-3,000g/mol，尤其优选300-2000g/mol。
在尤其优选的实施方案中，酯E的平均摩尔质量Mn为500-8000g/mol，1000-5000g/mol，800-3000g/mol，1000-3000g/mol，800-2500g/mol或1500-2000g/mol。
聚合物P的平均摩尔质量Mn优选为5,000-100,000g/mol。(本申请中给出的平均摩尔质量Mn的所有值通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用如本申请的实验部分所述的方法测定)。
聚合物P通常通过苯乙烯和酯E的自由基聚合制备。
在一个优选的实施方案中，聚合物P通过溶液聚合制备。“溶液聚合”意指所有起始材料至少部分地溶解在相同的溶剂中，并且聚合反应在均相中进行，而不需要存在另外的表面活性剂。在一个优选的实施方案中，将苯乙烯和酯E溶解在合适的溶剂如醇类如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丁醇或其混合物中，然后聚合。优选地，用于苯乙烯和酯E的溶液聚合的这类溶剂包含至少50重量％，优选70重量％，更优选80重量％的醇如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、丁醇或其混合物。优选地，用于苯乙烯和酯E的溶液聚合的这类溶剂包含20重量％或更少，优选10重量％或更少的水。非极性溶剂如烃类(例如芳族溶剂如甲苯)原则上也可能是这类溶液聚合的溶剂。然而，它们产生具有不同性质的聚合物。具体来说，这类聚合物在膜上的防污性能不如醇那样有益。因此，优选在聚合溶剂中存在其量基于溶剂混合物为20重量％和以下，优选10重量％和以下的该类烃如甲苯。
在一个实施方案中，所述自由基聚合可以由氧化性自由基起始剂如有机过氧化物(例如过硫酸钠、过硫酸钾、间氯过苯甲酸)引发。在另一实施方案中，自由基聚合由偶氮起始剂如偶氮二异丁腈或2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(V-59，Wako Pure ChemicalIndustries,Ltd)引发。
通过溶液聚合获得的聚合物P产生的水溶液对于减少膜上污损是非常有效的。在许多情况下，通过溶液聚合获得的聚合物P产生澄清且在室温下不显示任何浊度的水溶液。
在一个较不优选的实施方案中，聚合物P通过乳液聚合制备。
结果非常出乎意料的是，通过乳液聚合获得的聚合物在防止膜上污损方面与通过溶液聚合获得的聚合物相比不太有效。
聚合物P优选是其中苯乙烯和酯E统计学分布的统计共聚物。
本发明的另一方面是具有如上对聚合物P所述的特性的新型聚合物。
为了减少表面O(优选膜M)的污损，将所述表面O，优选膜M用聚合物P的水溶液S处理。所述水溶液S通常基于水溶液S包含0.001-1重量％，优选0.01-0.5重量％，甚至更优选0.05-0.3重量％的聚合物P。
通过将水溶液S施加于膜M上，所述膜M的污损和/或生物污损减少。通常周期性地将水溶液S施加于膜是有利的，其中这类水溶液S至所述膜的施用之间的间隔在两次施用之间可以相同或相似，或者可以是不同的。
在许多情况下，将水溶液S以1天至24个月的间隔施加于膜M上。优选地，将水溶液S施加于膜M上的间隔为2天至12个月，更优选3天至6个月，甚至更优选7天至3个月。在一个实施方案中，将水溶液S以14天至1个月的间隔施加于膜M上。
在一个实施方案中，将水溶液S施加于膜M与膜M的其他处理或清洁步骤配合。例如，在膜M已经经受化学增强回洗步骤(CEB)之后将水溶液S施加于膜M可能是有利的。
CEB意指膜经受回洗，其中将某些清洁添加剂加入回洗水中，如次氯酸盐、表面活性剂、过氧化物或碱性和酸性溶液(例如氢氧化钠和盐酸溶液)。CEB通常在一天至一个月的间隔内进行。
本发明的另一方面是在表面上包含至少一种聚合物P的层的表面O，如膜M。
在另一实施方案中，膜M包含至少一种聚合物P的自组装单层。“自组装单层”意指通过吸附在表面上自发形成并且被组织成差不多大的有序域的分子组件。自组装单层通常具有与吸附到该表面上的各个分子的尺寸相关的厚度，并且通常小于100nm。这类自组装单层在表面O上自发形成，而不需要任何其他工艺步骤。自组装单层可以例如通过原子力显微镜(AFM)或X射线光电子能谱(XPS)来表征。
本发明方法减少了表面O如膜M的污损和/或生物污损。因此，提高膜M的效率。根据本发明处理的表面O也更容易清洁。
本发明方法易于实施，并且不需要复杂的设备。特别是在含水介质中进行，不需要使用有机溶剂。本发明方法是环境友好的，不涉及令人不愉悦的气味，在毒理学和工作卫生方面没有问题并且实施是经济的。本发明方法仅使用少量的聚合物P。本发明方法可以通过用溶液S洗涤/回洗/冲洗这类过滤模块或体系而容易地应用于复杂的表面结构或过滤模块或过滤体系。本发明方法改变表面O，如膜M的性质，而不会不可逆地改变所述表面O或膜M的性质。
本发明方法利用可以非常经济地和环境友好地制备的聚合物。
本发明方法减少了在恒定跨膜压力下保持高水平渗透性和通量，即膜的有效性所需的回洗和CEB循环的数量。
本发明方法减少了CEB中所需的化学品的量。因此，由于这类化学品的潜在侵蚀性，提高膜的寿命。
本发明方法可用于多种应用。
在一个优选实施方案中，将本发明方法用于处理海水、微咸水、河水、地表水或饮用水的方法。
在本发明的一个优选实施方案中，本发明方法中的膜M尤其为用于海水或微咸水的脱盐的RO、FO或NF膜。
在一个实施方案中，本发明方法中的膜M尤其为用于具有例如3-8重量％的特别高盐含量的水的脱盐的RO、FO或NF膜。例如，本发明方法适于使来自采矿和油/气开采和压裂方法的具有3-8重量％的盐含量的水清洁和/或脱盐以在这些应用中得到较高的收率。
在一个实施方案中，本发明方法中的膜M尤其为用于具有例如0.1-3重量％的盐含量的水脱盐的RO、FO或NF膜。例如，本发明方法适于使来自采矿和油/气开采和压裂方法的盐含量为0.1-3重量％的水的清洁和/或脱盐。
在一个实施方案中，本发明方法以混杂体系一起使用不同类型的膜M，例如组合RO和FO膜、RO和UF膜、RO和NF膜、RO和NF和UF膜、NF和UF膜的混杂体系。
在另一优选实施方案中，本发明方法将膜M，特别是NF、UF或MF膜用于在海水或微咸水的脱盐以前的水处理步骤中。
在另一优选实施方案中，本发明方法将膜M，特别是NF、UF或MF膜用于工业或市政废水的处理。
在一个实施方案中，本发明方法使用膜M，特别是RO和/或FO膜，并且可用于食品和饮料加工，例如将液态食品(例如果汁)浓缩、脱盐或脱水，乳清蛋白粉的生产以及奶的浓缩，包含乳糖可通过RO浓缩的来自乳清粉制备的UF透过物，葡萄酒加工，提供洗车用水，制备糖枫汁，在氢气的电化学制备期间防止电极表面上矿物的形成，将水供入鱼缸(reefaquaria)中。
在一个实施方案中，本发明方法使用膜M，特别是UF和MF膜，并且可用于医疗应用如透析和其他血液处理，食品和饮料加工，制备干酪的奶浓缩，蛋白质加工，蛋白质的脱盐和溶剂交换，蛋白质的分馏，果汁的澄清，葡萄酒和啤酒过滤，从发酵液中回收生物技术产生的物质如疫苗和抗生素、酶、酵母、有机酸、氨基酸、维生素和类胡萝卜素、多糖和糖醇、生物乙醇、生物聚合物、医药中间体等，实验室级水净化，饮用水消毒(包括病毒的脱除)，与悬浮活性碳预处理组合的内分泌物和农药的脱除。
在一个实施方案中，本发明方法使用膜M，特别是RO、FO、NF膜，并且可以用于矿山的复原、均相催化剂回收、脱盐反应方法。
在一个实施方案中，本发明方法使用膜M，特别是NF膜，并且可以用于分离二价离子或重金属和/或放射性金属离子，例如在采矿应用、均相催化剂回收、脱盐反应方法中。
在一个实施方案中，本发明方法可用于加工奶制品或乳制品。在一个实施方案中，本发明方法涉及用于处理用于加工奶制品或乳制品的机器的表面。在另一实施方案中，本发明方法涉及处理过滤设备如用于加工奶制品或乳制品的膜。
实施例
所用缩写：
w.％：重量％
PEGMA：聚乙二醇甲基丙烯酸酯
PEGMA2000：平均分子量Mn为2000g/mol的聚乙二醇甲基丙烯酸酯
PEGMA1000：平均分子量Mn为1000g/mol的聚乙二醇甲基丙烯酸酯
PEGMA550：平均分子量Mn为550g/mol的聚乙二醇甲基丙烯酸酯
Sty：苯乙烯
PEGA：聚乙二醇丙烯酸酯
ATRP：原子转移自由基聚合
Mn：平均分子量
SEC：尺寸排阻色谱法
QCM：石英晶体微量天平
PES：聚醚砜
PVDF：聚偏二氟乙烯
PA：聚酰胺
PS：聚苯乙烯
HEPES：4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸
UF：超滤
PWP：纯水渗透性
RF涂覆：涂覆后通量恢复率
RF污损：污损后通量恢复率
h：小时
s：秒
MWCO：截留分子量
如下通过凝胶渗透色谱法(尺寸排阻色谱法)测定数均分子量Mn：*尺寸排阻色谱法使用用于水溶性线性聚合物的混合床监测柱(scounting column)(TSKgel GMPWx1，来自Tosoh Bioscience LLC)在35℃下完成。使用的洗脱剂为包含0.01M叠氮化钠的pH＝7.4的0.01M磷酸盐缓冲液。
聚合物作为在洗脱剂中的1.5mg/mL浓溶液使用。在100μL注射回路中的注射之前，将所有样品通过Millipore IC Millex-LG(0.2μm)过滤器过滤。
使用来自PSS Polymer Standards Service的分子量在900-1100000g/mol之间的窄聚丙烯酸钠盐样品以及使用来自American Polymer Standards Corporation的分子量为1770g/mol和900g/mol的聚丙烯酸样品进行校准。外推此间隔之外的值。对于Mn计算，将3800g/mol固定为下限。
当在实验程序中没有给出其他溶剂时，这类实验在水中进行。
实施例1：共聚物X1的制备(Sty:PEGMA2000＝1:4，标题中的数字给出所用组分的近似摩尔比)
将400.4重量份的1-丙醇，200重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的1.3重量份的苯乙烯和100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为10900g/mol。获得澄清溶液。干燥后，回收白色粉末。
实施例2：共聚物X2的制备(Sty:PEGMA2000＝1:1)
将400.4重量份的1-丙醇，200重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的5.2重量份的苯乙烯和100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为11200g/mol。获得澄清溶液。干燥后，回收白色粉末。
实施例3：共聚物X3的制备(Sty:PEGMA2000＝4:1)
将400.4重量份的1-丙醇，200重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入180.7重量份的1-丙醇中的20.8重量份的苯乙烯和100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为25900g/mol。获得半透明溶液。干燥后，回收白色粉末。
实施例4：共聚物X4的制备(Sty:PEGMA2000＝10:1)
将400.4重量份的1-丙醇，208重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的52重量份的苯乙烯和在100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为50700g/mol。获得混浊溶液。干燥后，回收白色粉末。
实施例5：共聚物X5的制备(Sty:PEGMA2000＝20:1)
将400.4重量份的1-丙醇，208重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的104重量份的苯乙烯和在100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为29100g/mol。获得混浊溶液。干燥后，回收白色粉末。
实施例6：共聚物X6的制备(Sty:PEGMA1000＝1:1)
将400.4重量份的1-丙醇，208重量份的50重量％的PEGMA1000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的10.4重量份的苯乙烯和在100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59的混合物。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为8830g/mol。获得澄清溶液。干燥后，回收白色粉末。
实施例7：共聚物X7的制备(Sty:PEGMA550＝1:1)
将400.4重量份的1-丙醇，220重量份的50重量％的PEGMA550水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的20.8重量份的苯乙烯和在100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59的混合物。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为39100g/mol。获得澄清溶液。干燥后，回收澄清的粘稠液体。实施例8：共聚物X8的制备(Sty:PEGMA1000＝1:4)
将400.4重量份的1-丙醇，200重量份的50重量％的PEGMA1000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的2.6重量份的苯乙烯和在100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59的混合物。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。获得澄清的溶液。干燥后，回收白色粉末。
实施例9：共聚物X9的制备(Sty:PEGMA550＝1:15)
将400.4重量份的1-丙醇，200重量份的50重量％的PEGMA550水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的1-丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的1-丙醇中的1.3重量份的苯乙烯和在100重量份的1-丙醇中的2重量份的Wako V 59的混合物。此后，在6小时内加入100重量份的1-丙醇和2重量份的Wako V 59。将反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。获得澄清溶液。干燥后，回收透明粘稠液体。
实施例10：通过乳液聚合制备共聚物X10(Sty:PEGMA2000＝1:1)
将0.7重量份的苯乙烯，28重量份的PEGMA2000和1.14重量份的普遍适用于制造水包油乳液的基于通过衍生自植物来源的线性脂肪醇与氧化乙烯的缩合制备的聚氧乙烯烷基醚的非离子乳化剂(Emulgin B2PH)在440重量份的水中的溶液加热至65℃。在65℃下，将溶解在14重量份的水中的0.5重量份的过硫酸钠加入反应混合物中，同时将温度升至80℃。10分钟后，在2.5小时内加入6.3重量份的苯乙烯，25.2重量份的PEGMA2000和在180重量份的水中的1.8重量份的Emulgin B2PH。同时，在2.5小时内加入溶解在80重量份的水中的1重量份的过硫酸钠。将反应混合物在80℃下保持5小时。然后将反应混合物冷却至室温。获得乳状乳液。
实施例11：通过不使用乳化剂的乳液聚合制备共聚物X11(Sty:PEGMA2000＝1:1)
实验按照改进的A.Bindindley S.S.Davis，M.C.Davies，J.F.Watts在Journal ofColloid and Interface Science 1995，171，150-161中描述的文献程序进行。在反应器中将5.2重量份的苯乙烯在氮气气氛下在70℃下在880重量份的去离子水中搅拌(300rpm)。在70℃下同时加入216重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.5重量份的过硫酸钠，然后将反应介质在70℃下在24小时内进一步搅拌，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为43100g/mol。
实施例11A：通过在甲苯中溶液聚合制备共聚物X11A(Sty:PEGMA2000＝1:1)
将300重量份的甲苯，126重量份的冷冻干燥的(冻干的)PEGMA2000和6.3重量份的苯乙烯在氮气下混合并加热至80℃。然后，在75℃下将溶解在15重量份的甲苯中的2.65重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V59，Wako Chemicals GmbH，德国)加入反应器中。将反应混合物在80℃下保持24小时。获得澄清溶液。冷却至室温后，通过在2-甲氧基-2-甲基丙烷(1500mL MTBE)中沉淀而纯化聚合物。在40℃的真空烘箱中干燥过夜后，获得白色粉末。
实施例12：在异丙醇中制备共聚物X12(Sty:PEGMA2000＝1:1)
将400.4重量份的异丙醇，200重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的异丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的异丙醇中的5.2重量份的苯乙烯和100重量份的异丙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的异丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为11300g/mol。干燥后，回收白色粉末。
实施例13：在乙醇中制备共聚物X13(Sty:PEGMA2000＝1:1)
将400.4重量份的乙醇，200重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的乙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在180.7重量份的乙醇中的5.2重量份的苯乙烯和100重量份的乙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的乙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为10500g/mol。干燥后，回收白色粉末。
实施例14：在异丙醇中制备共聚物X14(Sty:PEGMA2000＝1:1)
将300.4重量份的异丙醇，400重量份的50重量％的PEGMA2000水溶液和0.025重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)在氮气下混合并加热至75℃。然后在70℃下在1小时内在反应器中加入溶解在9.6重量份的异丙醇中的0.375重量份的2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)(Wako V 59，Wako Chemicals GmbH，德国)。此外，在接下来的2小时内连续加入在80重量份的异丙醇中的5.2重量份的苯乙烯和在100重量份的异丙醇中的2重量份的Wako V 59。此后，在6小时内加入100重量份的异丙醇和2重量份的Wako V 59。将总反应混合物在70℃下再保持2小时，然后通过水蒸汽蒸馏进行纯化。由SEC测得的Mn为18500g/mol。干燥后，回收白色粉末。
实施例15：涂覆模型表面和通过QCM-D的污损评估
具有损耗监测的石英晶体微量天平(QCM-D)测量了激发后自由振荡的石英晶体的频率，其与传感器表面的质量变化成反比。Q-Sense E4(Biolin Scientific Holding AB)操作系统的质量灵敏度约为2ng/cm2。使用标准直流法在23℃下以250μL/min的流速进行QCM测量。典型的实验包括以下步骤：1)10mmol/L HEPES缓冲液pH 7(＝“缓冲液”)直至达到稳定的基线；2)2h 0.1重量％的聚合物在缓冲液中的溶液；3)2h缓冲液；4)0.5h 0.1重量％的在缓冲液中的奶粉；5)0.5h缓冲液。
通过浸涂(对于PES和PVDF)，旋涂(对于PS)或湿化学反应(对于1-十八烷硫醇)，在QCM传感器表面上产生模型聚合物层。对于浸涂，将传感器短暂地浸入1％的相应聚合物在N-甲基吡咯烷酮中的溶液中，随后使用热枪在200℃下干燥。对于旋涂，将40μL的1％的聚合物在四氢呋喃中的溶液的滴液放置在石英晶体的中心，并通过在4000rpm下旋转30秒而铺展在表面上。PA表面通过化学改性在PES层的顶部上涂覆而获得：首先，将1.5重量％的间苯二胺滴液施加于PES层，然后加入约1mL 0.05重量％的1,3,5-苯三羰基三氯化物；最后用正己烷冲洗表面。通过将金涂覆的石英暴露于1mmol/L硫醇在乙醇中的溶液2小时而制备1-十八烷硫醇层，然后用乙醇(3×5mL)冲洗，随后在氮气料流中干燥。
聚合物在模型表面上的吸附通过将改性石英传感器表面用0.1重量％聚合物在HEPES缓冲液中的溶液平衡直到形成单层(上述步骤2))而进行。然后，用缓冲液冲洗传感器表面，直到得到稳定的质量读数(上述步骤3))。
在将样品暴露于0.1重量％的奶粉在HEPES缓冲液中的溶液中0.5小时期间，监测奶污损。在用缓冲液(上述步骤4)和5))冲洗另外0.5小时后记录最终质量变化。结果列于表1。
表1：奶引起的污损的QCM测量。
实施例16：涂覆中空纤维膜和通过监测纯水渗透性(PWP)的污损评估
基于聚醚砜的包含7个孔/膜的单多孔超滤膜(inge，0.9，膜直径为4mm，孔直径为0.9mm)通过在0.1重量％的聚合物水溶液中浸渍数小时(至少2小时)而用聚合物单层涂覆，然后用水进行充分冲洗以消除过量聚合物。
在空白和聚合物涂覆的单纤维在至少1小时内在0.1重量％的脱脂奶水溶液中浸泡，并然后用水进行充分冲洗之后，评估乳蛋白(获自Merck的脱脂奶粉)的污损。
在空白膜、聚合物涂覆的膜以及在室温下使用0.3-0.4巴的施加的可透膜压的奶污损之后的两种膜类型上测定单个60cm长的中空纤维的纯水渗透性(PWP)。使用以下方程在a)聚合物涂覆后和b)乳蛋白污损后，计算通量恢复率(“FR”)：
a)
b)
结果在表2中给出。
表2：未涂覆的多孔膜和涂覆有聚合物X1-X5的多孔膜的通量恢复率。
实施例17：平片商业膜的涂覆和通过监测纯水渗透性(PWP)的污损评估
将基于聚醚砜的商业平片超滤膜UP150、UP050和UP020)在0.1重量％聚合物水溶液中在2小时的浸渍期间用聚合物单层浸涂，然后用水进行充分冲洗，以消除过量聚合物。
在空白和聚合物涂覆的膜在1小时内在0.02重量％的蛋白质水溶液中浸渍，并然后用水进行充分冲洗之后，评估蛋白质的污损。
在平片PESUP150、UP050、UP020膜上的PWP测试在室温下使用10cm直径的商业膜、1巴固定压力和300-600mL纯水在死端池(dead-end cell)中进行。
在膜的聚合物涂覆之后(方程式a)，实施例16))，以及乳蛋白污损之后(方程式b)，实施例16))计算通量恢复率：
表3：未涂覆的平片膜和涂覆有聚合物X1-X5的平片膜的通量恢复率。
实施例18：中级收敛测试中的小模块的模块涂覆和防污效率
使用3个20厘米长的基于聚醚砜的多孔超滤膜制备过滤模块，所述多孔超滤膜包含7个孔/膜，装配在管中(inge，0.9，膜直径为4mm，孔直径为0.9mm)。通过封装环氧树脂，将中空纤维在管内端部密封。
使用蠕动泵ISMATEC型号ISM444B用稀释的0.1重量％的X2聚合物溶液的涂覆程序包括以下步骤：1)通过60mL/min轴向通量对模块进行纯水冲洗；2)封闭模块的一端，并使纯水在10分钟内运行通过膜孔，测量的轴向通量为50mL/min；3)将模块排空水，并用0.1重量％的X2聚合物水溶液填充，其通过孔以70mL/min的轴向通量冲洗90分钟；4)封闭模块的一端，并且使聚合物溶液以50mL/min的轴向通量在10分钟内运行通过膜孔；4)打开两个模块末端，并用0.1重量％的X2聚合物溶液在30分钟内再次冲洗；5)封闭包含聚合物溶液的模块(两个模块末端都被密封)过夜。
空白和涂覆模块在Convergence Inspector-Model Dialysis/UFR系统(Convergence Industry B.V)中进行40小时的限定污损测试。
使Convergence系统在死端条件下以3kg/h恒定进料用0.01重量％的乳蛋白溶液(即获自Merck的脱脂奶粉)运行。每20秒施加使用纯水的回洗，然后当可透膜压(TMP)达到最大值0.8巴时设定使用30mmol/L氢氧化钠溶液进行化学增强回洗(CEB)。记录涂覆和未涂覆模块的TMP相对于时间的变化。
对于包含空白膜的模块(实施例18.1)和聚合物涂覆的模块(实施例18.2)，计算所需CEB总数和总产水量，在表4中给出。
表4：涂覆和未涂覆的膜模块的所需CEB总数和总产水量
| Ex. | 模块类型 | 所需CEB的总数 | 总产水量(kg) |
| 18.1 | 空白模块 | 40 | 63 |
| 18.2 | 经涂覆模块 | 10 | 106 |
涂覆模块的总产水量高出68％。
实施例19：孔尺寸效果-具有减小孔尺寸的平片膜的涂覆和通过监测纯水渗透性(PWP)的污损评估
表5中给出的具有不同孔尺寸的超滤平片商业PESUP150、UP050和UP020膜按照实施例17.3中详述的程序用X2聚合物涂覆。
在空白和聚合物涂覆的单纤维在至少1小时内在0.1重量％的脱脂奶在水中的水溶液中浸渍，并然后用水进行充分冲洗之后，评估乳蛋白(获自Merck脱脂奶粉)的污损。在用聚合物涂覆膜之后(方程式a)，实施例16)，以及乳蛋白污损之后(方程式b)，实施例16)计算通量恢复率。结果在表5中给出。
表5：用聚合物X2涂覆不同孔尺寸的平片膜的通量恢复率
实施例20：由AFM监测的单层形成和分析
敲击模式(tapping mode)
AFM悬臂由外部致动器以接近其第一弯曲共振频率的频率驱动，并在栅格化过程中在表面上扫描。随着悬臂接近表面，产生在纳米尺度上的相互作用力，其抑制悬臂振荡。在测量过程中，通过反馈控制来调节悬臂高度，以保持振荡幅度恒定。这提供了表面的形态图像。
悬臂尖端和样品之间的相互作用力(机械性质和物理化学性质)直接影响致动器的外部激励信号与悬臂响应之间的相移。因此，相位图像直接与材料性质相关，提供了弹性模量、粘弹性和粘附性质的混合信息，并提供了定性材料对比。
对于所有测量，使用来自Olympus的标准AFM Silicon-tips OMCL-AC160TS(k＝42N/m，f0＝300kHz)。使用具有恒定幅度衰减的敲击模式获得所有图像。对于每个样品，以0.8Hz的扫描速率获得形态和相位图像且以1×1μm2的扫描尺寸和512×512像素的标准分辨率记录。
图1显示了在用聚合物X3吸附涂覆之前(A)和之后(B)，在Nadir UP150膜上的相同点的敲击模式AFM材料对比图像。涂覆程序在类似于实施例17.4的平片PESUP150上进行。
使用MFP-3D原子力显微术(AFM)测量图1所示的形态和相移图像。图像清楚地表明，聚合物的薄层被吸附到多孔膜表面。由于膜的单个孔仍然可以辨别，因此该层似乎是均匀的，而且很薄。
胶态探针AFM
通过胶态探针技术进行使用AFM的力测量，其中尖端由微米尺寸的胶态球代替，以改善纳米机械测量中的力灵敏度，并允许相互作用力的定量分析，如Butt等，SurfaceScience Reports，2005，59，1-122所述。通过选择适当化学改性的胶态探针，可以测量特殊相互作用力。
胶态探针测量在MFP-3D AFM软件版本IGOR6.11上进行。为了测量，使用由1)聚苯乙烯，半径为3.3μm(微球)，2)二氧化硅，半径为3.2μm(二氧化硅微球)，3)氨基官能化，半径为3.1μm(氨基微球)制成的胶态探针。使用获自UHU的2K环氧化物(UHU plus 300)将探针胶合到无尖悬臂(HQ：CSC38型A，来自Fa MikroMasch，k＝0.09N/m)。将探针干燥并在室温下硬化24小时。在相对触发模式(最大负荷5nN)的1Hz的变速和0s的停留时间下进行力距离曲线。将Nadir UP150膜样品在胶态探针测量之前在各自的水溶液中浸渍2小时。在涂覆膜的情况下，将样品在0.1重量％的X3聚合物水溶液中储存2小时。在胶态探针测量之前，用水彻底冲洗样品以除去过量的聚合物。
相对空白Nadir UP150膜和涂有聚合物X3的Nadir UP 150在接近时在pH＝7.3的1mM NaCl溶液中记录-OH官能化、-NH2官能化和聚苯乙烯胶态探针(直径分别为3.2μm、3.1μm和3.3μm)的力-距离曲线。部分带负电荷的PES膜表面在接近时吸引氨基官能化探针，如在观察到的距表面几纳米距离处的咬合(snap-in)(负或吸引相互作用力)中所证实的。另一方面，在-OH封端以及聚苯乙烯探针的情况下没有观察到吸引相互作用。在用X3聚合物涂覆时，加入立体因素，所有与其化学或部分表面电荷无关的探针在接近时会产生排斥力，其对亲水性探针而言比疏水性探针更显著。
除了在接近时引入立体排斥之外，Sty:PEGMA涂层还降低了粘附性。
相对空白的Nadir UP150膜和用聚合物X3涂覆的Nadir UP150膜，在pH＝7.3的1mMNaCl溶液中记录了-NH2官能化和聚苯乙烯胶态探针的粘附的累积分布函数。
表示亲水结构部分的-NH2官能化胶态探针在空白的Nadir UP150膜上的粘附的累积分布函数是非常宽的，范围从几个nN/m到～4.5mN/m，具有可变的斜率。d10～0.1mN/m，d50～0.6mN/m和d90～3mN/m。一旦施加Sty:PEGMA涂层，则该曲线在～0.1mN/m下急剧转移到达到100％的较低粘附。
这意指急剧降低了两个相互作用模式，即表示Nadir UP150膜的均匀官能化以及相互作用或粘附性的大小。用作疏水结构部分的实例的聚苯乙烯探针不太显著地粘附到原本的Nadir UP150膜上，但仍然粘附(在0.5mN/m下达到100％)。此外，在用聚合物X3涂覆Nadir UP150膜之后，聚苯乙烯探针的疏水结构部分的粘附显著降低(在<0.1mN/m下达到100％)。
Claims (23)
1.用于减少表面O污损的方法，其中将至少一种包含摩尔比为0.05:1-50:1的苯乙烯与至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E的聚合物P的水溶液S施加于所述表面O，其中所述水溶液S包含至少50重量％的水。
2.根据权利要求1的方法，其中所述表面O是膜M。
3.根据权利要求1-2的方法，其中所述至少一种酯E的平均摩尔质量Mn为300-10000g/mol。
4.根据权利要求1-3的方法，其中所述至少一种酯E的平均摩尔质量Mn为800-3000g/mol。
5.根据权利要求1-3的方法，其中所述聚合物P的平均摩尔质量Mn为5000-100,000g/mol。
6.根据权利要求1-5的方法，其中所述聚合物P是统计共聚物。
7.根据权利要求1-6的方法，其中所述水溶液S包含0.001-1重量％的聚合物P。
8.根据权利要求1-7的方法，其中所述聚合物P已在溶液聚合中获得。
9.根据权利要求8的方法，其中所述聚合物P已在包含基于溶剂为至少50重量％的至少一种醇的溶剂中的溶液聚合中获得。
10.根据权利要求1-9的方法，其中所述聚合物P以1天至24个月的间隔施加于所述表面O。
11.根据权利要求2-10的方法，其中所述膜M是RO、FO、NF、UF或MF膜。
12.根据权利要求1-11的方法，其中所述方法用于处理工业或城市废水、海水、微咸水、河水、地表水或饮用水，使海水或微咸水脱盐、透析、胞浆分离或加工食品和饮料。
13.聚合物，其包含摩尔比为0.3:1-15:1的苯乙烯与至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E，其中所述至少一种(甲基)丙烯酸酯和聚氧化乙烯的酯E的平均摩尔质量Mn为1500-10000g/mol。
14.根据权利要求13的聚合物，其中所述聚合物包含摩尔比为0.5:1-2:1的苯乙烯和至少一种酯E。
15.根据权利要求13-14的聚合物，其中所述聚合物P的平均摩尔质量Mn为5000-100,000g/mol。
16.根据权利要求13-15的聚合物，其中所述共聚物通过苯乙烯和酯E的溶液聚合获得。
17.包含摩尔比为0.05:1-50:1的苯乙烯与至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E的聚合物，其中所述至少一种酯E的平均摩尔质量Mn为300-10000g/mol，并且其中所述聚合物P通过溶液聚合获得。
18.根据权利要求17的聚合物，其中所述聚合物通过在包含基于溶剂为至少50重量％的至少一种醇的溶剂中溶液聚合而获得。
19.用于制备根据权利要求13-18的共聚物的方法，其中所述方法包括苯乙烯和酯E的溶液聚合。
20.根据权利要求19的方法，其中所述溶液聚合在包含基于溶剂为至少50重量％的至少一种醇的溶剂中进行。
21.根据权利要求13-18的聚合物在减少膜污损中的用途。
22.在表面上包含至少一种包含摩尔比为0.05:1-50:1的苯乙烯与至少一种(甲基)丙烯酸和聚氧化乙烯的酯E的聚合物P的层的膜。
23.根据权利要求22的膜，其中所述至少一种聚合物P的层是自组装单层。
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