紫外預(yù)輻射聚偏氟乙烯膜表面改性及其分離膜功能化.pdf

1、含氟聚合物以其廣泛的優(yōu)良性能尤為受到人們的關(guān)注，它們的優(yōu)良性質(zhì)包括：良好的抗化學(xué)腐蝕性、低吸水性和低介電性以及高溫穩(wěn)定性等。聚偏氟乙烯(PVDF)作為一種功能性材料已在分離膜技術(shù)和生物技術(shù)及生物醫(yī)療(如血管縫合，血小板再生)等領(lǐng)域引起極大興趣。但是由于PVDF表面能極低，強(qiáng)疏水性能及其低的抗蛋白質(zhì)吸附性能導(dǎo)致其在使用過(guò)程中易吸附蛋白質(zhì)或血小板，使儀器易受到污染。同時(shí)其分離膜也易被蛋白質(zhì)吸附污染，需要很高的驅(qū)動(dòng)壓力，膜通量衰減，膜的壽命極

2、短，在加工和大規(guī)模應(yīng)用中受到限制。所以對(duì)PVDF進(jìn)行表面功能化，提高表面親水性成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)之一。 本文首先對(duì)聚偏氟乙烯(PVDF)膜進(jìn)行氮?dú)鈿夥兆贤忸A(yù)輻射處理，使PVDF膜片的C-F鍵，C-H鍵在297nm的紫外光下被打斷，產(chǎn)生自由基，在空氣中暴露產(chǎn)生環(huán)氧和過(guò)氧基團(tuán)(-O-O-，-O-O-H)。然后環(huán)氧和過(guò)氧基團(tuán)從表面熱引發(fā)甲基丙烯酸甲酯(MMA)的自由基聚合。用二苯代苦味酰肼(DPPH)測(cè)量表面過(guò)氧基團(tuán)濃度。紫外光的輻射

3、能量小，可以在不改變膜片本身性質(zhì)的情況下對(duì)其表面進(jìn)行改性。使用衰減全反射傅立葉紅外光譜(ATR-FTIP)和X-射線光電子能譜(XPS)表征修飾后PVDF薄膜表面的化學(xué)成份變化。通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)觀察修飾后PVDF膜表面形貌粗糙度增大的變化。修飾后PVDF膜表面的接觸角變化由靜滴接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)得，膜片的接觸角明顯降低，親水性提高，證實(shí)了紫外預(yù)輻射處理獲得表面引發(fā)基團(tuán)，然后可表面引發(fā)自由基聚合修飾PVDF膜的可行性。改變紫外輻照處

4、理PVDF膜片的時(shí)間，探求紫外預(yù)輻射時(shí)間對(duì)PVDF膜片表面改性的影響規(guī)律。 為了提高PVDF分離膜抗表面污染性能，本文采用過(guò)氧化二苯甲酰(BPO)/CuCl／2,2-聯(lián)吡啶(Bpy)為體系的反原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(RATRP)方法在聚偏氟乙烯(PVDF)微濾膜表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯(PPEGMA)。首先氮?dú)夥諊贤忸A(yù)輻射處理聚偏氟乙烯微濾膜，空氣暴露引入過(guò)氧基團(tuán)的表面熱引發(fā)中心，然后

5、表面引發(fā)反原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，在PVDF微濾膜表面和孔洞內(nèi)部獲得聚合物刷。使用衰減全反射傅立葉紅外光譜(ATR-FTIR)和X-射線光電子能譜(XPS)表征修飾后的微濾膜表面化學(xué)組成。掃描電鏡(SEM)表征分析微濾膜表面及斷面的形態(tài)結(jié)構(gòu)。材料顯微鏡圖象處理軟件測(cè)出隨著接枝率的增加修飾后的微濾膜孔徑變小，分布更均勻。動(dòng)力學(xué)研究揭示溶液中的自由PMMA的數(shù)均分子量與單體轉(zhuǎn)化率呈線性關(guān)系，分子量分布呈現(xiàn)窄分布，表明在相同條件下的微濾膜表面鏈增

6、長(zhǎng)是可控/“活性”過(guò)程。通過(guò)接枝PMMA聚合物刷，聚偏氟乙烯微濾膜表面由憎水變成親水，修飾后的膜接觸角下降，蛋白質(zhì)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)流量實(shí)驗(yàn)表明修飾后的微濾膜表現(xiàn)出良好的抗蛋白質(zhì)污染性。而接枝PMMA聚合物刷的憎水性PVDF微濾膜蛋白質(zhì)流速僅略小于接枝PPEGMA修飾的憎水性PVDF微濾膜。通過(guò)反原子轉(zhuǎn)移自由基聚合方法在紫外預(yù)處理的PVDF微濾膜表面進(jìn)行可控接枝聚合反應(yīng)是制備具有孔徑可調(diào)節(jié)、膜表面和微孔表面性質(zhì)可裁剪的功能化微濾膜的有效

7、方法之一。通過(guò)PVDF微濾膜表面直接引發(fā)ATRP制備環(huán)境敏感聚合物刷，采用仲氟原子和CuBr/4，4-二甲基-2，2-聯(lián)吡啶(DMDP)的催化體系直接引發(fā)功能單體聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)制備聚合物刷。修飾后薄膜表面的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)變化分別由ATR-FTIR和XPS表征，SEM檢測(cè)修飾后微濾膜表面形貌及斷面形貌圖的變化。為了驗(yàn)證溶劑對(duì)NIPAAm的ATRP的影響，分別在不同極性強(qiáng)度的溶劑里以：PVDF作為引發(fā)劑考察NIPAA