[发明专利]一种聚合物荷电多孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种聚合物荷电多孔膜的制备方法，其特征在于原位制备一种提供荷电性的聚合物溶液，并与至少一种聚合物基质材料混合制得聚合物荷电多孔膜。

背景技术

聚砜类与聚醚酮类高分子材料具有的优异性能，使其成为理想的膜材料。美国UCC公司1965年开发成功的双酚A型聚砜(PSF)，其玻璃化温度为195℃，可在150℃长期使用、其后英国ICI公司于1972年开发成功聚醚砜(PES)，高达225℃，可在180℃-200℃长期使用，应用领域大幅度扩展。虽然这些材料都有着优异的机械性能，但是其亲水性差的缺点阻碍了它们在膜技术领域应用。因此对这些聚合物材料进行亲水化改性，拓宽它的应用领域。

对这些聚合物进行亲水性改性的方法很多，概括来讲，可主要分为两大类，一是表面改性，二是基体改性。

所谓的表面改性，就是从聚合物材料出发，采用物理吸附、表面接枝等方法对聚合物材料进行改性，该技术的特点就是不改变膜本体的结构和性质，只改善膜表面的亲水性，赋予聚合物膜表面新的功能。Daniel等将自己合成的表面活性剂SMM来改善PES膜的亲水性能，结果发现SMM有助于膜的接触角的降低，说明膜的亲水性提高[Daniel ES，Gerald P，Yves D，Desalination，2002，149(1-3)：303-307]。

所谓的基体改性，与表面改性不同，是从聚合物原材料出发，通过聚合物材料与具有亲水功能的聚合物进行共混达到改性的目的。可以将聚合物材料与一些亲水性的物质共混，如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇，还可以对聚合物材料进行改性，如通过接枝反应在聚合物原材料丨引入亲水性的基团。

发明内容

本发明提供了一种聚合物荷电多孔膜的制备方法，解决了只使用基质材料制备膜亲水性差的问题，改性后的膜水通量大，分离效率高，而且改性后的膜具有荷电性，膜的抗污染性进一步增强。

本发明制备方法的设计原理是：磺酸基团属于亲水性的基团，在聚合物分子链上引入磺酸基，使聚合物膜具有电荷性，改变发生相分离时的热力学因素，从而改变膜的渗透性和亲水性。通过接枝反应在聚合物链上引入磺酸基团，然后再将基质材料、原位制备的一种荷电聚合物溶液、孔径调节剂在一定的比例下共混配制铸膜液，采用熟知的相分离方法制备荷电多孔膜，经过合适的后处理，即可得所制得的聚合物荷电多孔膜。

制备所述的聚合物荷电多孔膜，所采用的技术方案为原位制备的一种提供荷电性的聚合物溶液，选择至少一种基质材料与孔径调节剂，三者混合制备铸膜液，通过相分离的方法直接制备荷电多孔膜。该方法具有操作过程简单，成本低廉，容易工业化实施等特点。所制备的膜水通量大，分离效率较高，抗污染性增强。

所述聚合物荷电多孔膜的制备方法，其制备步骤如下：

A、荷电聚合物溶液的原位制备

B、铸膜液的配制

C、相分离制膜

D、后处理

A、荷电聚合物溶液的原位制备：一种聚合物材料使用其中的一种溶剂在一定温度下溶解，然后加入至少一种化学反应所需要的试剂，在一定的条件下反应，制备荷电聚合物溶液，其中化学改性反应温度为30℃～90℃，反应时间为4小时～30小时。

B3、铸膜液的配制：将至少一种基质材料、荷电聚合物溶液与孔径调节剂在一定的比例下混合，添加溶剂调节铸膜液粘度，制得均匀混合的铸膜液，所述铸膜液的配方的质量自分比为：

C、制膜方法采用熟知的相分离制膜法，将制得的铸膜液在光滑干净的玻璃板上刮制成膜，在空气中预放置5秒～5分钟，再将其放入1℃～50℃的凝固浴中。制膜环境条件为：环境温度15℃～50℃，湿度为30％～80％。

D、后处理：将制得的膜放入去离子水中48h，完全除去溶剂以后，保存，待用。

制膜所使用的基质材料为聚醚砜、聚砜、聚醚酮、聚醚砜酮的至少一种；

荷电聚合物溶液制备所使用的材料为聚醚砜、聚砜、聚醚酮、聚醚砜酮中的至少一种；所使用的材料溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、浓硫酸中的至少一种；化学反应所需要的试剂为发烟硫酸、氯磺酸、浓硫酸、气体三氧化硫中的至少一种。

配制铸膜液所用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺中的至少一种；

制膜所用的孔径调节剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙酮、丁酮、丙二醇、正丁醇中的至少一种。其中聚乙二醇的相对分子量为200、400、800、2000、6000、20000，聚乙烯吡咯烷酮K值为15、30、60、90及130。