[发明专利]一种耐污染亲水性PVDF改性膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐污染亲水性PVDF改性膜及其制备方法，改性膜是由聚偏氟乙烯和接枝共聚物组成的复合膜；其厚度为50‑250μm，接触角为53‑71°，纯水通量为52‑328L/m²·h，0.5g/L牛血清蛋白的截留率为91‑98.7％，葡聚糖的截留分子量为5000‑32000Da，过滤BSA溶液并经纯水清洗后纯水通量恢复率为93.6‑98.8％；所述接枝共聚物为聚偏氟乙烯‑g‑聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺或聚偏氟乙烯‑g‑聚二甲胺基丙基丙烯酰胺。具体制备步骤为：对PVDF粉末的碱处理；接枝共聚物的制备：将碱处理后的粉末与丙烯酰胺类单体进行接枝反应，合成接枝共聚物；制备铸膜液；通过非溶剂致相分离法制备改性PVDF膜。采用本发明制备的PVDF膜可以使亲水性得到改善，通量大幅度增加，抗污染性能得以增强从而延长其使用寿命。

技术领域

本发明属于材料学领域以及膜技术领域，其中涉及一种耐污染亲水性PVDF改性膜及其制备方法。

背景技术

膜分离技术由于具备分离、纯化、浓缩和精制等功能在在食品、医药、生物，水处理等方面得到越来越广泛的应用，与传统工艺相比具有操作简单，工作环境安全及节约能耗等优点。其分离过程属于物理过程，不涉及任何化学变化，是在推动力作用下，渗透物质先溶解进入膜的上游侧，而且由于膜的选择性，小分子扩散至膜的下游侧，大分子被拦截，从而实现分离过程，因此，膜分离技术被认为是最具有前景的分离技术之一。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种白色粉末或块状聚合物，具有-(CH₂-CH₂)-的重复单元，主要有α，β，γ，δ和ε五种晶型，其中最常见的为α晶型。PVDF相对密度为1.75-1.78g/cm³，热分解温度在316℃以上。作为常用的高分子膜材料，PVDF具有机械强度、拉伸强度好，良好的抗紫外线和耐气候老化的特点，以及有良好的化学稳定性，不易被酸、碱、强氧化剂和卤素腐蚀等优点。

但是由于PVDF中含有键能较高的C-F键，导致膜表面能较低，从而使膜表面亲水性能较差，因此在使用过程中容易吸附污垢和杂质，降低使用寿命。为了解决上述问题，目前对PVDF的改性方法主要可以分为表面改性和本体改性。

表面改性是在已经制备好的膜表面进行改性，优点是不改变膜的本体性质和结构，只是通过表面涂覆或表面接枝等方法使膜的表面具有亲水层，从而提高膜表面的亲水性和抗污染性能。专利CN107096398A公开了一种在PVDF膜表面接枝一种两亲性共聚物P(AMPS-co-MMA)的方法，提高膜的亲水性能和抗污染性能。专利CN106215723A公开了一种在膜表面涂覆多巴胺并在膜表面接枝二氧化硅纳米颗粒的方法，从而制备超亲水PVDF膜。

本体改性是通过化学接枝、物理共混等方法将具有亲水性质的物质引入材料本身中，从而改善膜材料本身的疏水性能。专利CN106914148A公开了一种MWCNT/PVDF共混膜制备的方法。专利CN107297157A公开了一种PVDF粉末和能够提高膜亲水性、强度及抗污染性能的天然杉木粉共混的方法来制备具有抗污染性能的PVDF分离膜。专利CN101711950B公开了采用膜材料本体化学改性的方法制备了一种具有温度敏感性的PVDF-g-PNIPAAm膜。

目前，采用二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺或二甲胺基丙基丙烯酰胺来对PVDF膜进行改性的报道还未出现，但是将单体与其它物质接枝合成聚合物的研究已有报道，例如：中国专利CN106750047 A将单体丙烯酰胺(AM)、N-[3-(二甲氨基)丙基]甲基丙烯酰胺(DMAPMA)与带有丙烯酸酯基的阿霉素纳米药物颗粒在引发剂过硫酸铵/四甲基乙二胺(TEMED)的引发下发生自由基聚合反应，制备了性能优良的阿霉素纳米药物胶囊。中国专利CN101379098B公开了一种水溶性聚合物的制备方法，将含有胺基团的单体如N-[3-(二甲氨基)丙基]甲基丙烯酰胺(DMAPMA)与引发剂之间发生氧化还原的聚合反应，而且由于DMAPMA及DMAPA中含有亲水性的酰胺基团和可进行加成反应的碳碳双键，因此采用DMAPMA及DMAPA来与PVDF反应从而改善膜疏水性能是可行的。