[发明专利]一种聚多巴胺纳米木质纤维素聚偏氟乙烯复合超滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚多巴胺纳米木质纤维素聚偏氟乙烯复合超滤膜及其制备方法，该包括：1)酸水解‑高压均质法制备纳米木质纤维素；2)用浸没沉淀相转化法制备纳米木质纤维素聚偏氟乙烯共混超滤膜；3)用浸没表面涂覆法制备聚多巴胺纳米木质纤维素聚偏氟乙烯复合超滤膜。本发明首次将含有木素的纳米纤维素与聚偏氟乙烯复合，形成氢键增强复合膜的强度，改善了以聚偏氟乙烯为基体超滤膜的亲水性，抗污染能力强，木素的引入解决了纳米纤维素与聚偏氟乙烯基体相容性不好导致的力学性能低的问题，提高相界面的粘附作用。

技术领域

本发明属于有机高分子化合物领域，具体涉及一种聚多巴胺纳米木质纤维素聚偏氟乙烯复合超滤膜及其制备方法。

背景技术

聚偏氟乙烯常态下为半结晶高聚物，其分子链中含有氟、碳、氢三种元素。由于它具有优良的成膜性、耐热性、耐水解性、抗蠕变性、无毒性、物理力学性能、化学稳定性、耐热性等特点，已成为应用广泛的超滤膜材料，但由于其自身的一定程度的疏水性，容易造成膜污染，一定程度上限制了其应用领域，因此提高超滤膜亲水性进而提高超滤膜的抗污染性能成为现今膜材料研究的重要领域。

纳米木素纤维素是本色浆板的主要组分，是由木素和纤维素通过LCC(木素碳水化合物)联结在一起的相对分子质量较高的物质。木素共有三种基本结构，即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。同时含有多种活性官能团，如羟基、羰基、羧基、甲基及侧链结构，是世界上第二位最丰富的有机物。纤维素主要是由植物通过光合作用合成的，是地球上含量最丰富的天然可再生有机高分子聚合物，具有价廉、易得、可再生、生物相容、制备简单等诸多优点，受到各领域研究者的关注。

由于纳米木素纤维素具有较高的比表面能、很好的亲水性能，可以有效增加复合膜材料的亲水性，从而提高复合膜材料的抗污染能力；纳米木素纤维素结晶结构，表现出很强的纳米效应，使得复合膜得机械强度提高。纳米纤维素具有高的机械强度，单纯的亲水性纳米纤维素与疏水高分子聚合物之间的界面相容性较差，纳米木素纤维素可以通过木素的存在部分改善聚偏氟乙烯与纳米纤维素的界面结合作用，提高复合材料性能。木素的存在改善了聚偏氟乙烯与纳米纤维素的界面相容，但木素与聚偏氟乙烯的界面结合作用并不能带来复合材料性能的大幅提高。因此，添加聚偏氟乙烯与纳米木素纤维素的界面增容剂可以进一步提高纳米木素纤维素/聚偏氟乙烯复合材料的综合性能。

为进一步增强通过共混改性方法提高膜表面亲水基团的数量，增强超滤膜的抗污染能力，多巴胺DOPA分子含有邻苯二酚和氨基官能团，在氧化环境中，能在基体材料表面自聚复合，形成具有高粘附性的聚多巴胺层，通过聚多巴胺表面涂覆改性在超滤膜表面引入更多的亲水基团，使复合膜材料在抗污染性能、机械性能等方面得到改善，具有较好的应用前景和重要的理论价值。

采用酸水解-高压均质的方法制备纳米木质纤维素以及浸没沉淀相转化法制备纳米木质纤维素/聚偏氟乙烯共混膜材料，再通过聚多巴胺表面涂覆改性制备聚多巴胺/纳米木质纤维素/聚偏氟乙烯复合超滤膜，通过上述方法可以充分发挥纳米纤维素的增强，木素的增容效果，聚多巴胺提高膜亲水性，获得机械性能优良，亲水性好的聚多巴胺/纳米木质纤维素/聚偏氟乙烯复合超滤膜材料。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种聚多巴胺纳米木质纤维素聚偏氟乙烯复合超滤膜及其制备方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种聚多巴胺纳米木质纤维素聚偏氟乙烯复合超滤膜，其由包括聚偏氟乙烯、纳米木质纤维素、多巴胺和有机溶剂的原料制成；其中所述聚偏氟乙烯、纳米木质纤维素、多巴胺的重量比为(16-18):(0.06-0.4):(1.8-2.2)；以g/mL计，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的重量体积之比为(16-18):(70-85)；所述有机溶剂为N,N二甲基乙酰胺。

优选地，所述聚偏氟乙烯、纳米木质纤维素、多巴胺的重量比为16:(0.1-0.4):(1.8-2.2)。