[发明专利]抗菌高分子超滤膜和其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超滤膜领域，具体涉及具有长期抗菌效果的高分子超滤膜和其制备方法。本发明的抗菌高分子超滤膜可应用在饮用水处理，家用净水器，食品和药物的过滤处理和净化。

背景技术

超滤膜是一种孔径范围为0.001-0.1微米的微孔过滤膜。以超滤膜为基础的超滤膜分离技术(超滤)以其常温，低压操作，无相变，能耗低等显著特点，成为一种新型的分离过程，被广泛地应用于水处理(如饮用水净化)，饮料，生物，食品，医药等领域。

超滤是一种与膜孔大小相关的分离过程，以膜两侧压力差为推动力，以超滤膜为介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面将大于膜表面微孔径的物质被截留在膜表面，而只允许水和小分子通过膜层，因而达到对原液的净化，分离和浓缩的目的。超滤膜大多由高分子材料制得，可用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。超滤膜根据膜形状的不同，可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。中空纤维超滤膜由于其填充密度大，有效膜面积大，纯水通量高，操作简单易清洗等优势，被广泛应用于家用净水行业。

膜性能与膜材料的性质密切相关。无论哪一种形式的超滤膜都可以通过非溶剂致相分离法工艺(NIPS)和或热致相分离法工艺(TIPS)来制备。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种结晶型聚合物，具有很好的化学稳定性、耐热性、机械稳定性，且可在较低的温度下溶于某些强极性的有机溶剂中，是一种性能优良的新型聚合膜材料。但是聚偏氟乙烯(PVDF)的表面能极低，是一种疏水性很强的材料，为了提高膜的水通量，现有技术中一般采用多种不同方法来改善聚烯烃中空纤维膜的表面亲水性，常用湿法和干湿法纺丝技术，通过非溶剂致相分离法工艺(NIPS)在制备聚偏氟乙烯(PVDF)类的中空纤维膜的配方中加入大量的亲水表面活性剂，如中国专利第CN9511749T号和CN98103053号公开了用非溶剂致相分离法(NIPS)工艺和制膜配方包括加入大量亲水性物质，使膜丝在水中呈现亲水性。

还有通过涂覆、界面聚合等方式在膜表面引入亲水性物质或基团以达到对膜表面进行改性。如美国专利第US200410140259A1号所描述的，为了提高表面的亲水性，用添加聚乙二醇(200ppm PEG2000-8000)RO的纯净水冲洗平板微滤(MF)或超滤(UF)膜。化学和辐射改性方法的目的为较长久性的涂覆一层亲水性或者直接的嫁接一些亲水基因在纤维膜的骨架上，如中国专利第CN1509804A号和第CN1704152A号用交联反应在膜表面涂上一层亲水PEG；中国专利第CN177235A号公开用化学方法直接嫁接一些亲水性和离子交换性基团过程；美国专利第US4943373号和第US547659号、日本专利第JP2004230280号描述直接使用各种无机强碱化学处理聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面，使膜表面引入亲水性基团(-OH，-COOH，-NH₂等)。

上述方法增加膜水通量的方法，无论是物理法还是化学法处理后的膜丝都须使聚偏氟乙烯(PVDF)膜丝保持在湿态情况下，必须要保存在水中或用保湿剂处理，或用甘油等处理膜丝，因为膜丝在没有保湿情况下，一旦干燥后，这类聚偏氟乙烯的中空纤维膜丝就完全失去亲水性，或变得不透水。一般生产后的新鲜的湿态膜丝采用密封加吸潮剂和保湿剂的方法来处理，但是生产过程中不易实现，另外在生产和储运过程或长期不使用湿态膜丝容易滋生大量细菌等微生物。如物理涂覆法是通过物理吸附作用把亲水性固定剂固定在膜表面，虽然工艺很简单，但亲水性固定剂很容易流失，所以使用后必须在湿态下保存以致不使膜丝失去水通量。化学交联处理方法很难控制涂层的厚度，有可能亲水性提高而水通量下降，无机强碱处理纤维表面往往不但使膜表面性质发生改变，而且改性后的膜表面很容易在空气被氧化而失去亲水性，也必须贮存在湿态中，所以为了使聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜具有其亲水性和高水通量，在制膜的配方中，加入亲水性表面活性剂是最佳的方法，这种非溶剂相转法(NIPS)工艺所制备的膜必须要保存在湿膜的状态中。

细菌等微生物在空气、土壤和水体中广泛存在，尤其在是在潮湿表面的环境下，细菌更容易繁殖和生长形成菌膜。上述湿态的膜丝在长期不使用和储运时很容易滋生细菌，繁殖和生长，特别在用于饮用水，食品和药品的分离的过程中，必须使膜丝处于无菌和无微生物的状态中。