紫外预辐射聚偏氟乙烯膜表面改性及其分离膜功能化

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenhaun0702
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含氟聚合物以其广泛的优良性能尤为受到人们的关注,它们的优良性质包括:良好的抗化学腐蚀性、低吸水性和低介电性以及高温稳定性等。聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种功能性材料已在分离膜技术和生物技术及生物医疗(如血管缝合,血小板再生)等领域引起极大兴趣。但是由于PVDF表面能极低,强疏水性能及其低的抗蛋白质吸附性能导致其在使用过程中易吸附蛋白质或血小板,使仪器易受到污染。同时其分离膜也易被蛋白质吸附污染,需要很高的驱动压力,膜通量衰减,膜的寿命极短,在加工和大规模应用中受到限制。所以对PVDF进行表面功能化,提高表面亲水性成为现在的研究热点之一。本文首先对聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行氮气气氛紫外预辐射处理,使PVDF膜片的C-F键,C-H键在297 nm的紫外光下被打断,产生自由基,在空气中暴露产生环氧和过氧基团(-O-O-,-O-O-H)。然后环氧和过氧基团从表面热引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)的自由基聚合。用二苯代苦味酰肼(DPPH)测量表面过氧基团浓度。紫外光的辐射能量小,可以在不改变膜片本身性质的情况下对其表面进行改性。使用衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FTIP)和X-射线光电子能谱(XPS)表征修饰后PVDF薄膜表面的化学成份变化。通过原子力显微镜(AFM)观察修饰后PVDF膜表面形貌粗糙度增大的变化。修饰后PVDF膜表面的接触角变化由静滴接触角测量仪测得,膜片的接触角明显降低,亲水性提高,证实了紫外预辐射处理获得表面引发基团,然后可表面引发自由基聚合修饰PVDF膜的可行性。改变紫外辐照处理PVDF膜片的时间,探求紫外预辐射时间对PVDF膜片表面改性的影响规律。为了提高PVDF分离膜抗表面污染性能,本文采用过氧化二苯甲酰(BPO)/CuCl/2,2-联吡啶(Bpy)为体系的反原子转移自由基聚合(RATRP)方法在聚偏氟乙烯(PVDF)微滤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)。首先氮气氛围紫外预辐射处理聚偏氟乙烯微滤膜,空气暴露引入过氧基团的表面热引发中心,然后表面引发反原子转移自由基聚合,在PVDF微滤膜表面和孔洞内部获得聚合物刷。使用衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)表征修饰后的微滤膜表面化学组成。扫描电镜(SEM)表征分析微滤膜表面及断面的形态结构。材料显微镜图象处理软件测出随着接枝率的增加修饰后的微滤膜孔径变小,分布更均匀。动力学研究揭示溶液中的自由PMMA的数均分子量与单体转化率呈线性关系,分子量分布呈现窄分布,表明在相同条件下的微滤膜表面链增长是可控/“活性”过程。通过接枝PMMA聚合物刷,聚偏氟乙烯微滤膜表面由憎水变成亲水,修饰后的膜接触角下降,蛋白质静态吸附实验和动态流量实验表明修饰后的微滤膜表现出良好的抗蛋白质污染性。而接枝PMMA聚合物刷的憎水性PVDF微滤膜蛋白质流速仅略小于接枝PPEGMA修饰的憎水性PVDF微滤膜。通过反原子转移自由基聚合方法在紫外预处理的PVDF微滤膜表面进行可控接枝聚合反应是制备具有孔径可调节、膜表面和微孔表面性质可裁剪的功能化微滤膜的有效方法之一。通过PVDF微滤膜表面直接引发ATRP制备环境敏感聚合物刷,采用仲氟原子和CuBr/4,4-二甲基-2,2-联吡啶(DMDP)的催化体系直接引发功能单体聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)制备聚合物刷。修饰后薄膜表面的化学组成及结构变化分别由ATR-FTIR和XPS表征,SEM检测修饰后微滤膜表面形貌及断面形貌图的变化。为了验证溶剂对NIPAAm的ATRP的影响,我们分别在不同极性强度的溶剂里以PVDF作为引发剂考察NIPAAm的原子转移自由基聚合。表面接枝PNIPAAm聚合物刷后,薄膜表面接触角明显降低。水通量温度敏感实验和动态流量实验表明修饰后的微滤膜具有温度敏感性能。
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