[发明专利]一种pH敏感聚偏氟乙烯凝胶膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种pH敏感凝胶膜及其制备方法，具体为一种对pH敏感的高分子聚合物凝胶与聚偏氟乙烯(PVDF)共混得到膜孔可随pH调节的聚偏氟乙烯膜及其制备方法，属于聚合物科学与技术领域。

背景技术

聚偏氟乙烯(PVDF)耐老化和抗紫外线性能优异，并且化学稳定性良好，室温下不受酸、碱等强氧化剂和卤素腐蚀，同时还具有优良的热稳定性和机械强度，是一种综合性能良好的分离膜材料。目前，PVDF分离膜已经成功和广泛的应用于化工，生化，电子，食品，纺织等工业领域。尽管如此，疏水性的PVDF膜在应用过程中经常遇到膜物理污染，分离效率不高和分离功能单一等问题，需要对其进一步改性。

pH敏感型聚合物凝胶属于刺激响应性聚合物，它是功能高分子领域中的研究热点之一。当外界pH条件发生微小的变化时，pH敏感型聚合物凝胶会发生物理或化学性质变化，从而赋予这类聚合物pH敏感特性。将pH敏感型聚合物凝胶材料引入PVDF膜中，利用pH敏感聚合物凝胶的构型、相及微结构随外界pH条件改变发生可逆变化，赋予PVDF膜pH响应特性。这种膜材料由于兼具有PVDF和pH敏感聚合物的优良性能而使其在许多应用领域比如选择性渗透、蛋白质识别、药物的控制释放等方面展现出巨大的潜能。

国内外有关pH敏感聚合物改性PVDF膜的研究主要集中在PVDF膜表面接枝。这种方法存在破坏膜原有的结构特征，膜孔原有尺寸和分布发生改变，膜通量减小等缺陷。为了克服这些缺陷，一些研究人员采用首先在PVDF本体接枝pH敏感型聚合物，然后相转化制膜，通过聚合物结构和成膜条件来控制膜的结构和性能。例如，首先将PVDF粉末经过臭氧处理，然后将其与聚合单体溶解到相应的溶剂中，通过热引发进行聚合，得到pH响应PVDF膜分离材料。

由于PVDF耐化学腐蚀性强，不能直接接枝，接枝PVDF需要经过特殊的处理过程(比如高能射线辐照、臭氧或强碱等)，成本耗费较高。而且，表面接枝和本体改性后成膜都存在改性后pH敏感性聚合物分子大量堆积在膜表面，而对膜孔的改性程度明显不足，膜的分离性能和耐污染性能没有得到很好的改善。众所周知，分离膜膜孔面积大大地大于膜的表面积，只有膜孔结构得到大的改善，理想的膜分离材料才会得到。因此，采用pH敏感高分子材料对膜孔改性，从功能化膜孔角度制备理想的膜材料，提高膜的使用性能，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有聚偏氟乙烯(PVDF)膜膜孔功能化改性程度不够，存在分离性能和耐污染性能不好的问题。本发明提供了一种pH敏感PVDF凝胶膜及其制备方法。该膜膜孔表面含有pH敏感高分子聚合物凝胶，pH敏感高分子聚合物凝胶通过环境pH变化发生敏感响应，实现对膜孔大小的调节。本发明按重量份数由pH敏感高分子凝胶0.5-2.5份和PVDF聚合物97.5-99.5份制成。

本发明解决所述产品制备方法技术问题的技术方案是：设计一种pH敏感PVDF凝胶膜的制备方法，该方法是由聚偏氟乙烯(PVDF)和pH敏感高分子聚合物凝胶物理共混所得，包括如下步骤：

a)pH敏感高分子聚合物凝胶的制备：将pH敏感性聚合物单体和交联剂溶解在无水乙醇，氮气保护条件下进行自由基聚合，得到pH敏感性聚合物凝胶；所述的pH敏感性聚合物单体指(甲基)丙烯酸或4-乙烯基吡啶；所述的pH敏感性聚合物是指聚(甲基)丙烯酸或聚4-乙烯基吡啶；

b)制备铸膜液：将步骤(a)得到的pH敏感性聚合物凝胶分散在有机溶剂中，逐步加入一定量的PVDF粉末，溶解，脱气，得到铸膜液；所述的有机溶剂可以是N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种；

c)凝胶膜制备：将步骤(b)得到的铸膜液于洁净平整的玻璃板上刮制成液膜，凝固浴中固化成膜；所述的凝固浴是水与乙醇的混合物(乙醇与水体积比小于95)。

本发明解决所述产品技术问题的技术方案是：设计一种pH敏感PVDF凝胶膜，其特征在于该凝胶膜是由聚偏氟乙烯和pH敏感高分子聚合物凝胶物理共混所得。物理共混方法由本发明所述的制备方法所规定。

本发明pH敏感PVDF凝胶膜，pH敏感性聚合物凝胶位于膜孔表面，可以对环境pH变化发生响应，通过自身结构的变化实现对膜孔大小的调节。本发明的突出优点是将pH敏感性聚合物凝胶固定在膜孔内，从而使pH敏感聚合物凝胶的响应功能，膜分离材料的过滤功能完美地结合在一起，通过调节膜孔内pH敏感聚合物凝胶链的结构，方便地调节膜孔大小，从而调节其过滤特性，是一种新型的膜分离材料。