CN110170255B - 一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法，其特征在于超亲水膜的制备方法是按以下步骤制备的：一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先一定含量的聚丙烯腈与活性添加剂配置成聚合物溶液，涂布成膜后置于碱性溶液中相转化制备聚丙烯腈超亲水膜；二、配制一定浓度的盐酸溶液，三、将步骤一中所得到的膜经过去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液一定时间，后处理得到超亲水分离膜。本发明操作简单，一步实现超亲水表面的构筑，所制备的超亲水聚丙烯腈膜亲水性优异，接触角<3o，在0.5s内完全浸润，并且表面亲水结构不会发生变化，具有“永久”亲水特性。本方法适用于制备超亲水聚丙烯腈基超滤膜与超亲水聚丙烯腈基微滤膜，具有广阔应用前景。

Description

一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种膜的制备方法。
背景技术
亲水性材料作为新型材料越来越受人们的关注，由于其表面具有优良的亲水性，在环境净化、户外防护、医疗卫生、农业生产、食品包装等领域得到广泛应用。特别是表面亲水性薄膜材料更是得到广大研究者的青睐。
表面浸润性是固体表面的重要特征之一，通常用接触角( Contact angle，CA) 来表征液体对固体的浸润程度。超亲水一般是指水滴能够在材料表面完全铺展开，使接触角等于或者接近于0°。目前，超亲水表面在自洁、防雾、防污、油水分离等领域获得了广泛应用，并在热传递、微流体控制、生物分子固定、蓄积雨水、减阻等方面也表现出潜在的应用前景。
然而，在实际应用过程中，现有的方法多涉及到昂贵的仪器设备或复杂的工艺流程，难以实现大面积超亲水表面的制备，并且易受光、热、氧等外界条件的影响，不能满足长期使用的要求。除此之外，超亲水表面的持久性也是制约其应用的一个重要因素，由于超亲水表面具有高表面能，容易向低表面能方向进行转化以达到稳定状态，会导致其失去超亲水性能，因此开发一种简单易行的超亲水膜的制备方法具有很大的市场前景与应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种超亲水膜的简单制备方法，实现构筑亲水表面的目的。
一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法，具体是按以下步骤制备的：
一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数1%聚醚氨、质量分数1%环氧封端的聚乙二醇，质量分数为2%的硅烷偶联剂KH560，质量分数为8%聚丙烯腈以及质量分数为88%的N-甲基吡咯烷酮聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜。将该种膜置于质量分数8%的NaOH凝固浴中，50oC下，相转化3h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；
二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.5 mol·L-1的盐酸溶液；
三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜。
进一步地限定，在步骤一中所述的聚丙烯腈质量分数分别为5%~18%。
进一步地限定，在步骤一中所述的聚醚胺、端环氧基聚乙二醇和硅烷偶联剂KH560质量分数分别为0.1%~3%, 0.2%~6%, 0~1.0%。
进一步地限定，步骤一中碱诱导一步相转化法中NaOH的质量分数为5%~12%。
进一步地限定，步骤一中所述的碱诱导一步相转化法中碱凝固浴温度为20~50℃。
进一步地限定，步骤一中所述的碱诱导一步相转化法中碱凝固浴时长为2~20h。
本发明优点：一、本发明采用一步相转化法制备具有高度亲水性的聚丙烯腈膜。操作简单，相转化过程即实现膜的超亲水改性，具有规模化生产的应用前景；二、本发明采用具有反应活性的聚乙二醇（PEG）分子作为添加剂，在碱溶液作用下，活性聚乙二醇分子会发生交联反应形成主链含有醚氧结构的亲水性分子，形成新的分子与聚丙烯腈发生物理缠结，固定在膜表面，从而赋予膜更为优异的亲水性能；三、本发明制备的超亲水膜具有多层次亲水结构的半互穿网络聚合物，该特点在于含有能起到“强迫相容”作用的互穿网络，不同聚合物分子相互缠结形成一个整体，不能解脱，从而使该亲水膜具有优异的稳定性，获得长久亲水效果。通过本发明所制备的超亲水聚丙烯腈膜亲水性优异，接触角<3o，并可实现0.5s内完全浸润。相比传统共混加入PEG所制备的聚丙烯腈膜亲水性更为优异，并且表面亲水结构不会发生变化，具有“永久”亲水特性。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法，具体是按以下步骤制备的：
一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数1%聚醚氨、质量分数1%环氧封端的聚乙二醇，质量分数为2%的硅烷偶联剂KH560，质量分数为8%聚丙烯腈以及质量分数为88%的N-甲基吡咯烷酮聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜。将该种膜置于质量分数8%的NaOH凝固浴中，50oC下，相转化3h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；
二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.5 mol·L-1的盐酸溶液；
三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜。
采用接触角测试仪检测本试验制备的超亲水聚丙烯腈膜，接触角为2.5o，0.3 s内可实现完全浸润，浸泡蛋白质溶液24h后，简单清洗后，接触角为4o，仍能保持超亲水性能。
试验二：一种超亲水膜的制备方法，具体是按以下步骤制备的：
一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数1.5 %聚醚氨、质量分数3%环氧封端的聚乙二醇，质量分数为8%聚丙烯腈以及质量分数为87.5%的二甲基甲酰胺聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜。将该种膜置于质量分数8%的NaOH凝固浴中，50oC下，相转化2h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；
二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.2 mol·L-1的盐酸溶液；
三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜。
采用接触角测试仪检测本试验制备的超亲水聚丙烯腈膜，接触角为3.5o，0.4 s内可实现完全浸润，浸泡蛋白质溶液48h后，简单清洗后，接触角为6.4o，仍能保持超亲水性能。
试验三：一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数2%聚醚氨、质量分数3%环氧封端的聚乙二醇，质量分数为2%的硅烷偶联剂KH560，质量分数为8%聚丙烯腈以及质量分数为85%的N-甲基吡咯烷酮聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜。将该种膜置于质量分数8%的NaOH凝固浴中，50oC下，相转化3h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；
二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.4 mol·L-1的盐酸溶液；
三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜。
采用接触角测试仪检测本试验制备的超亲水聚丙烯腈膜，接触角为1.5o，0.1 s内可实现完全浸润，浸泡蛋白质溶液96h后，简单清洗后，接触角<3o，仍能保持超亲水性能，浸泡一个月后仍能保持接触角<7o。
一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法，其特征在于超亲水膜的制备方法是按以下步骤制备的：一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数1%聚醚氨、质量分数1%环氧封端的聚乙二醇溶液，质量分数为2%的硅烷偶联剂KH560，质量分数为8%聚丙烯腈以及质量分数为88%的N-甲基吡咯烷酮聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜。将该种膜置于质量分数8%的NaOH凝固浴中，50oC下，相转化3h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.5 mol·L-1的盐酸溶液；三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜。本发明操作简单，一步实现超亲水表面的构筑，通过本发明所制备的超亲水聚丙烯腈膜亲水性优异，可实现接触角<3o，并可实现0.5s内完全浸润。相比传统共混加入PEG所制备的聚丙烯腈膜亲水性更为优异，并且表面亲水结构不会发生变化，具有“永久”亲水特性。本方法适用于制备超亲水聚丙烯腈基超滤膜与超亲水聚丙烯腈基微滤膜，具有广阔应用前景。

Claims (3)

1.一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法，其特征在于一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法具体是按以下步骤制备的：
一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数1％聚醚氨、质量分数1％环氧封端的聚乙二醇，质量分数为2％的硅烷偶联剂KH560，质量分数为8％聚丙烯腈以及质量分数为88％的N-甲基吡咯烷酮聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜；将该种膜置于质量分数8％的NaOH凝固浴中，50℃下，相转化3h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；
二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.5mol·L-1的盐酸溶液；
三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜；
步骤三中所述的超亲水分离膜的接触角为2.5°，0.3s内可实现完全浸润，浸泡蛋白质溶液24h后，简单清洗后，接触角为4°，仍能保持超亲水性能。
2.一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法，其特征在于一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法具体是按以下步骤制备的：
一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数1.5％聚醚氨、质量分数3％环氧封端的聚乙二醇，质量分数为8％聚丙烯腈以及质量分数为87.5％的二甲基甲酰胺聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜；将该种膜置于质量分数8％的NaOH凝固浴中，50℃下，相转化2h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；
二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.2mol·L-1的盐酸溶液；
三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜；
步骤三中所述的超亲水分离膜的接触角为3.5°，0.4s内可实现完全浸润，浸泡蛋白质溶液48h后，简单清洗后，接触角为6.4°，仍能保持超亲水性能。
3.一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法，其特征在于一种基于聚丙烯腈超亲水膜的制备方法具体是按以下步骤制备的：
一、制备聚丙烯腈超亲水膜：首先将聚合物溶于溶剂中，配置含有质量分数2％聚醚氨、质量分数3％环氧封端的聚乙二醇，质量分数为2％的硅烷偶联剂KH560，质量分数为8％聚丙烯腈以及质量分数为85％的N-甲基吡咯烷酮聚合物混合溶液，并利用该溶液涂布成膜；将该种膜置于质量分数8％的NaOH凝固浴中，50℃下，相转化3h，一步相转化法制备聚丙烯腈超亲水膜；
二、配制盐酸溶液：配制浓度为0.4mol·L-1的盐酸溶液；
三、将步骤一制备的超亲水膜经去离子水冲洗后，浸入步骤二得到的盐酸溶液中，浸泡2h后取出，放在蒸馏水中过夜后，经乙醇处理得到超亲水分离膜；
步骤三中所述的超亲水分离膜的接触角为1.5°，0.1s内可实现完全浸润，浸泡蛋白质溶液96h后，简单清洗后，接触角为＜3°，仍能保持超亲水性能。
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