[发明专利]一种双亲聚丙烯多孔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种双亲聚丙烯多孔膜及其制法。所述双亲聚丙烯多孔膜为接枝聚丙烯多孔膜，接枝有亲水性侧基；或者同时接枝亲油性侧基和亲水性侧基。是所述双亲聚丙烯多孔膜是通过将包括所述亲水性侧基的单体在内的组分、或者将包括所述亲水性侧基的单体和所述亲油性侧基的单体在内的组分，与聚丙烯多孔膜在不加接枝引发剂的情况下使用微波辐照进行接枝反应而得；其中还可包括进一步将所得接枝聚丙烯多孔膜与氢氧化物反应进行盐化的步骤。本发明的双亲聚丙烯多孔膜的聚丙烯分子量不下降、无残留单体、无引发剂残留、无色无味，纯水通量、油通量均得到提高。本发明制备工艺简单，易操作，制备方法及设备简单，成本低易于工业化。

技术领域

本发明涉及高分子膜材料领域，具体涉及一种高分子多孔膜及其制备方法，更具体地涉及一种双亲聚丙烯多孔膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜技术作为一种新兴的高效分离技术，是一种已经产业化的高效节能的分离方法，近年来得到迅速发展。在膜技术的应用中，膜材料则是膜技术发展和应用的基础和核心。膜材料的性能直接影响到膜的分离性能，因此其制备工艺一直是学者研究的热点。目前，广泛应用的膜材料有高分子和无机材料两类。其中，聚合物微孔膜的制备方法主要有相转化法、拉伸法、溶出法、烧结法和核径迹法等。20世纪80年代初，Castro发表专利，提出热致相分离(thermally-induced phase separation，简称TIPS)法，该法属于温差凝胶相转换制膜法。将只能在温度较高时才能互溶的聚合物和稀释剂，先加热使之熔融，然后将溶液流延或挤压成薄膜后冷却。当溶液温度下降到某一温度以下时，溶液中聚合物链相互作用形成凝胶结构，最后因相分离而形成细孔，将分离后的凝胶浸入萃取液中除去稀释剂可形成多孔膜。

聚丙烯具有高熔点、低密度、高强度等特点，并且具有优良的耐腐蚀性、化学稳定性、耐热性等优势，作为制备膜材料的原材料具有很大优势。由于聚丙烯表面不含极性基团，其表面能很小，临界表面张力只有31～34×10^-5N/cm，因此表现为亲油性。聚丙烯制备成微孔膜后会表现更强的亲油性，使得水透过需要较高的压力，动力能耗高，膜通量也低。在使用过程中，由于膜的疏水性容易引起有机物和胶体在膜表面和膜孔内吸附，如蛋白质吸附，造成膜污染。为了使膜分离过程正常进行，需要提高压力或进行频繁清洗，使得操作能耗和清洗费用提高，限制了聚丙烯微孔膜的进一步广泛应用。膜的亲水化改性是提高膜水通量和耐污染性能的重要方法，因此这也成为当今膜研究的热点之一。聚丙烯虽然是亲油的，但其亲油性仍然不足，例如聚丙烯注射器中，仍然需要添加硅油增加其亲油性；亲油分离膜在气体分离等也有应用前景。但具有双亲功能的聚丙烯多孔膜罕有报道。

目前，膜材料的改性的方法主要分为物理方法和化学方法，物理法包括表面活性剂改性、表面涂覆改性以及膜材料的共混改性等。化学法包括等离子改性、紫外辐照接枝、高能辐射接枝或者通过其他化学反应引入极性基团等。例如专利CN105195031A公开了一种分离膜亲水改性方法，将亲水性预聚体及引发剂与制膜聚合物混合，再利用紫外光辐射交联；专利CN1299810C(CN1539550A)的亲水改性方法是将单体预涂覆在聚丙烯分离膜表面，使用等离子体辐照接枝。以上方法设备复杂，对于多孔膜的处理难以达到均匀的效果，不利于工业应用。

这些聚丙烯膜改性方法中共混改性是较为常用的方法。共混改性方法简单、易于控制，能同时保留多种聚合物的各自特点，改性效果明显。在共混改性中，水溶性聚合物和纳米材料是两种常用的添加剂。水溶性聚合物如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇可以明显提高膜通量，但膜耐压性能差；专利CN103768958A提供了一种亲水聚合物与聚烯烃分子膜共混的方法，将聚烯烃与相容剂以及亲水聚合物熔融共混再采用热致相分离制备亲水多孔膜。纳米材料制备的膜通量高，耐压性好，但是纳米粒子很难均匀分布在成膜液中，这导致制膜过程繁琐，不适合工业生产。专利CN104548950A在聚丙烯树脂中加入偶联剂处理的无机纳米粒子、稀释剂进行熔融共混，采用热致相分离法制备无机纳米粒子增强型聚丙烯中空纤维分离膜。等离子改性，紫外辐照接枝等改性方法，随着运行时间的增加亲水性衰减严重；或是需要较为复杂的化学反应，工业化放大困难。

发明内容