[发明专利]一种高分子滤膜的亲水性改性方法及所得产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子滤膜的亲水性改性方法，本发明还涉及一种亲水性改性的高分子滤膜。

背景技术

聚砜、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等高分子材料是一类性能优良的分离膜材料，具有优良的物理性质和化学性质，采用它们制备的滤膜不仅具有良好的分离性能，而且具有良好的机械性能、耐酸碱及化学品腐蚀性、耐微生物侵蚀，是几种常用的膜材料。但由于这类高分子膜材料表面能较低，具有强烈的疏水性，接触角通常为62-108度。因此在过滤含污染物的废水时易被污染，导致水通量急剧下降，严重地影响了其使用效率和使用寿命。表面化学理论研究认为，疏水性污染物从水溶液中吸附到滤膜表面的作用力主要有4种：静电作用力(库仑力)、氢键作用力、疏水作用力(熵效应)及范德华力。在水溶液中，水是浓度最高的形成氢键的物质，因此无论是污染物还是膜上能够形成氢键的基团都会优先与水分子形成复合体，从而削弱膜材质对污染物的吸附。而对不同的高分子材料，范德华力相差不大，因此造成污染物在高分子膜表面吸附的主要驱动力为静电作用力和疏水作用力。

因此，根据该表面化学理论对疏水滤膜的表面进行特殊的亲水化处理，能够改变滤膜表面的亲水性，在提高滤膜的耐污染性能的同时也能提高水的透过速度，从而使其应用领域得到进一步拓宽。

改善高分子滤膜表面亲水性可通过物理或化学的方法进行，归纳起来有如下几种。

1、表面活性剂吸附法，表面活性剂由两种或两种以上极性差异很大的官能团(如亲水基和疏水基)构成。由于这些官能团的作用，在溶液与界面上形成选择性定向吸附，使界面性质发生显著变化。在使用非离子表面活性剂的情况下，致密亲水层的形成可有效改善膜界面的亲水性。而离子型表面活性剂依靠所带电荷对溶质中带相同电荷物质的静电排斥作用，可降低膜污染现象。

2、等离子体处理，是一种全部或部分电离的气体，气体在电场力作用下获得能量而被电离，利用该气体高能态对滤膜进行表面处理后，滤膜表面层形成交联结构或提供稳定存在的游离基。这种状态的表面会在空气中起氧化反应，并使游离基最终生成羟基、羧基等基团，改变滤膜的表面结构，以此来提高滤膜的亲水性能从而达到增强滤膜耐污染性能的目的。但该方法成本昂贵，还难以用于大规模的工业化生产。

3、表面接枝改性，采用高能辐射、电子束辐射、紫外光或化学试剂在滤膜表面引入活性位点，将亲水性高分子链段接枝在滤膜表面，以增加滤膜的亲水性从而增强滤膜的抗污染性能(Bozena Kaeselev，John Pieracci，Georges Belfort，Photoinduced grafting of ultrafiltration membranes：comparisonof poly(ether sulfone)and poly(sulfone)，Journal of Membrane Science，2001(194)：245-261)。一般此类表面接枝反应通常需要经过数小时才能完成。由于此种方法在接枝聚合过程中会使亲水性链段在高分子滤膜表面发生均聚反应，产生大量的均聚物，反应后必须经过长时间的后处理才能得到纯净的滤膜。通常需要经过72小时左右的抽提装置处理，导致后处理时间过长，影响生产效率。甚至，某些接枝反应必须使用有机溶剂来提高接枝率，使得产品的后处理更加复杂，还对环境造成较大的负担。另外，为了能够更好地提高滤膜的亲水性和耐污染性，就要相应提高接枝链段的接枝率。然而接枝率的提高虽然能增加亲水性并且改善接枝链段在聚合物表面分布的均匀性，但当接枝率较高时又会使膜孔发生堵塞从而降低滤膜的过滤性，还会导致表面改性层厚度过大，使滤膜的表面形态发生显著变化，例如导致表面凹凸不平，甚至出现褶皱。因此此类表面接枝反应的接枝率一般都需控制在20-30％左右，使得接枝单体的利用率较低，亲水性提高程度受限。该方法制得的高分子滤膜的耐污染效果不佳，可恢复水通量小于50％，使得高分子滤膜的使用成本很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的高分子滤膜的亲水性改性方法反应时间长，操作和后处理复杂、后处理时间长，改性后的高分子滤膜的耐污染效果不佳，且易造成滤膜表面不平整和膜孔堵塞等缺陷，提供了一种反应时间明显缩短、后处理和操作简单、后处理时间短、成本低、适用于工业运用，且所得产品表面规整，亲水性、保湿性、耐污染性俱佳，没有膜孔堵塞现象，并具有永久亲水性的高分子滤膜的亲水性改性方法，及该方法所得产品。

本发明通过下述技术方案解决上述技术问题：