專利名稱：用于制備優(yōu)良性能膜的含氟兩親性改性材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備優(yōu)良性能膜的含氟兩親性改性材料及制備方法，屬于制膜材料技術(shù)。
背景技術(shù)：
具有抗污染性、自清潔性和智能性的膜，稱為優(yōu)良性能膜。其中智能性是指膜對環(huán)境溫度和PH的具有良好響應(yīng)性。影響膜污染的一個重要因素就是膜材料，現(xiàn)有膜材料中大部分是疏水性高分子膜，膜的疏水性容易引起嚴(yán)重膜污染；雖然一些親水性膜材料具有良好的抗污染特性，但較差的分離特性以及耐受性限制了這些材料的廣泛應(yīng)用。因而目前，解決膜污染的注意力集中在制備低污染分離膜上，包括開發(fā)新型高分子材料，改性現(xiàn)有膜材料以及改性現(xiàn)有膜表面。前兩者成本較高，并在大規(guī)模應(yīng)用上存在困難；而改性現(xiàn)有膜表面可在不破壞原有高分 子膜優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上，提高膜抑制污染能力，因此成為解決膜污染問題的有效途徑。由此可知，設(shè)計(jì)制備高效通用的抗污染膜改性材料，用于現(xiàn)有膜表面對于抑制膜污染非常重要，且若改性過程能夠在膜制備過程同時實(shí)現(xiàn)，即無需后續(xù)處理，必為更理想的選擇。膜表面改性要求增大膜表面親水性，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)有兩類材料具備優(yōu)良的抗污染性能一類是聚氧乙烯(PEO)或者聚乙二醇(PEG)等；另一類為帶有兩性離子基團(tuán)的物質(zhì)例如磷脂、磺銨聚合物。然而，此類改性分子一般具有較高的親水性，而較高的親水性會導(dǎo)致改性分子具有較高水溶性，這就會使大部分表面改性分子在膜制備及使用過程中流失，降低了改性效果。因而，近年來，基于上述兩性離子和PE0/PEG材料等，研究者們設(shè)計(jì)出了一系列親水/疏水鏈段鑲嵌的兩親性嵌段聚合物，不僅實(shí)現(xiàn)了親水段的表面富集，同時疏水鏈段一方面可抑制在成膜過程中表面改性分子的流失，另一方面可通過與膜主體材料的相互作用將表面改性分子“錨定”在膜表面，使膜具有較為穩(wěn)定的改性效果。但是，縱觀現(xiàn)有改性抗污染膜性能的研究，單純的親水改性顯然并未達(dá)到令人滿意的抗污染效果，盡管膜的清洗恢復(fù)性能得到了改善，但是通量衰減依然嚴(yán)重。這就要求抗污染膜改性材料具備疏水“錨定段”、親水“抗污染段”的同時，還應(yīng)具備賦予膜優(yōu)良的“污染釋放能力”的有效鏈段，并且能夠在膜表面同時實(shí)現(xiàn)親水“抗污染段”與“污染釋放段”的共同富集，以進(jìn)一步降低通量衰減，實(shí)現(xiàn)膜分離過程的有效強(qiáng)化。另外，需要特別指出的是，在膜和膜過程研究方面，膜材料的智能特點(diǎn)經(jīng)常被忽視和很少自覺利用。傳統(tǒng)膜滲透性能基本上與環(huán)境因素?zé)o關(guān)，無法根據(jù)環(huán)境因素變化自律式地調(diào)節(jié)其滲透性能，這與自然界中廣泛存在的細(xì)胞膜相比差之甚遠(yuǎn)。賦予膜以智能性，形成自律調(diào)節(jié)膜孔大小的“閥”，使得同一張膜的孔徑隨不同的外界條件發(fā)生變化，用以調(diào)控膜的操作彈性，既可提高膜的應(yīng)用效率，又可拓展膜的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)“一膜多用”和“精密分離”。同時，環(huán)境刺激響應(yīng)引起的膜孔結(jié)構(gòu)變化可使膜更易于清洗
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備優(yōu)良性能膜的含氟兩親性改性材料及制備方法，優(yōu)良性能膜是指具有抗污染性、自清潔性和智能性的膜，其中智能性是指膜對環(huán)境溫度和PH的具有良好響應(yīng)性。該含氟兩親性改性材料是制備優(yōu)良性能膜的良好材料之一，其制備方法簡單。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種用于制備優(yōu)良性能膜的含氟兩親性改性材料，其特征在于，該含氟兩親性改性材料由甲基丙烯酸六氟正丁酯(HFBM)與[3_(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨(SPP)共聚而成， 命名為聚(甲基丙烯酸六氟正丁酯-[3_(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨)(p (HFBM-SPP))，共聚物的分子量為1300(T21000，其結(jié)構(gòu)式如式I所示，其中，x為嵌段共聚物中含氟鏈段HFBM的摩爾百分?jǐn)?shù)，X為209^80% ;含氟兩親性改性材料的紅外吸收光譜特征吸收峰為=C=O伸縮振動吸收峰nOOcnT1 ;S03_基團(tuán)對稱伸縮振動吸收峰1209 cnT1 ;S03_基團(tuán)不對稱伸縮振動吸收峰1036 cnT1 ;C-F鍵伸縮振動峰600 cnT1。其性質(zhì)常溫下為白色黏稠狀固體，易溶于水、乙醇、二甲基甲酰胺、乙酰胺、二甲亞砜極性溶劑。
權(quán)利要求
1.一種用于制備優(yōu)良性能膜的含氟兩親性改性材料，其特征在于，該含氟兩親性改性材料由甲基丙烯酸六氟正丁酯與[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨共聚而成，命名為聚(甲基丙烯酸六氟正丁酯-[3_(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨)其分子量為1300(T21000，結(jié)構(gòu)式如式1，其中X為嵌段共聚物中含氟鏈段甲基丙烯酸六氟正丁酯的摩爾百分?jǐn)?shù)，X為209^80% ;紅外吸收光譜特征吸收峰為C=0伸縮振動吸收峰1700CHT1 ;S03_基團(tuán)對稱伸縮振動吸收峰1209 cnT1 ;S03_基團(tuán)不對稱伸縮振動吸收峰1036 cnT1 ;C-F鍵伸縮振動峰600 cnT1，其性質(zhì)常溫下為白色黏稠狀固體，易溶于水、乙醇、二甲基甲酰胺、乙酰胺、二甲亞砜極性溶劑。
2.一種按權(quán)利要求I所述的含氟兩親性改性材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將甲基丙烯酸六氟正丁酯，乳化劑十二烷基磺酸鈉以及去離子水按質(zhì)量比為.0.5^5% :0. 05、. 5%I混合置于裝有攪拌器的三口燒瓶中，攪拌成穩(wěn)定乳化液體系，通入氮?dú)馀懦磻?yīng)體系中的氧氣后，將反應(yīng)體系置于60°C水浴中，加入過硫酸鉀引發(fā)劑，過硫酸鉀的用量按與甲基丙烯酸六氟正丁酯的質(zhì)量比為1:0.41.0計(jì)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)2-4 h； (2)將溶于去離子水中的[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨內(nèi)鹽單體，[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨內(nèi)鹽單體用量按與步驟(I)乳液中甲基丙烯酸六氟正丁酯摩爾比為I: 0.廣1計(jì)，將[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨內(nèi)鹽單體溶液用滴液漏斗慢慢滴入步驟(I)乳液中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，繼續(xù)反應(yīng)約20-24h后，將反應(yīng)液從水浴中取出； (3)將步驟(2)制的含有產(chǎn)物的反應(yīng)溶液，經(jīng)蒸發(fā)去水、乙醇溶解去雜、再蒸發(fā)去除乙醇后，于溫度50°C真空干燥，得到聚(甲基丙烯酸六氟正丁酯-[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨)含氟兩親性表面改性材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制備優(yōu)良性能膜的含氟兩親性改性材料及其制備方法。所述的含氟兩親性改性材料結(jié)構(gòu)式如下該含氟兩親性改性材料的制備過程配置甲基丙烯酸六氟正丁酯乳化液，將[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氫氧化銨內(nèi)鹽單體水溶液滴加在上述乳液中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入引發(fā)劑過硫酸鉀，反應(yīng)后蒸發(fā)干燥處理得到含氟兩親性改性材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該制備方法過程條件溫和、簡單易行，制得含氟兩親性改性材料，用于制備優(yōu)良性能膜，膜具有抗污染、自清潔、智能性，性能優(yōu)越。
文檔編號B01D71/80GK102746477SQ20121023013
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者姜忠義, 蘇延磊, 陳文娟 申請人:天津大學(xué)