温度、pH响应性的醋酸纤维素膜的制备方法及该膜的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及到再生活化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)方法合成的改性嵌段聚合物F127-b-PDMAEMA以及通过浸没沉淀相转化法制备的温度、pH响应性醋酸纤维素膜。并测试该膜在不同温度、pH下的孔径大小，具体指标为不同温度、pH条件下的水通量。
【背景技术】
[0002]膜分离法是近20年来发展起来的一种新型分离技术，具有突出的传输选择性和低的能耗等优势。膜技术由于实用、高效、节能、工艺简单和可调等优势，在现代经济发展和人民日常生活中被广泛应用，产生了很高的经济效益。
[0003]随着科技的进步以及人类对自主机制的了解，人们越来越青睐于智能的、有自主响应的机制和设备，因此对于普通的具有分离效果的膜，人们已经不能满足，人们希望能够得到一种可以根据体系因素的不同而改变性能的膜。因此对膜材料进行功能化和智能化，开发出能对外界刺激作出响应的膜已成为必然趋势，这种膜被称为智能型膜材或环境响应型膜材。智能膜材的结构、有效孔径、膜的通量以及膜的性能会随着外界刺激如光、电、温度、PH、化学因素等的改变发生变化，这种既兼顾传统膜材料优势又能对外界刺激作出响应的特点，促使智能膜材料成为了一种新型的功能性膜材料。智能膜在物质的分析检测、分离提纯、药物释放、人工器官等领域具有广阔的应用前景。
[0004]为了能够解决人类对响应性膜的需求问题，需要对传统的膜进行改性。合成具有响应性的改性物质，并将其与膜材料共混进制备改性膜的一种最简便的膜的改性方法。F127-b-PDMAEMA是一种两亲性的聚合物，其中F127是由聚氧乙烷和聚氧丙烷合成的ΡΕΟ.-ΡΡΟμ-ΡΕΟ.两亲性聚合物。ΡΕ0具有亲水性，能够提高膜的亲水性能；ΡΡ0具有疏水性，能够很好地与膜基础材料交联，提高改性物质在膜中的牢固性。PDMAEMA为聚甲基丙烯酸Ν，Ν- 二甲氨基乙酯，是一种温度、pH响应性的物质，将其与F127通过再生活化原子转移自由基聚合法共聚制备出改性嵌段聚合物F127-b-PDMAEMA，不仅能够提高膜的亲水性能与改性物质的牢固性，还能使膜具有温度、pH响应性。又因为醋酸纤维素具有资源丰富、亲水性高和成膜性能良好的优点，因此制备用F127-b-PDMAEMA改性的醋酸纤维素膜具有良好的前景。
【发明内容】
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[0005]技术问题:本发明的目的是为了解决传统醋酸纤维素膜孔径单一、无响应性、亲水性差、抗污染能力弱等问题，提供了一种温度、pH响应性的醋酸纤维素膜的制备方法及该膜的应用。
[0006]
【发明内容】
:为解决上述技术问题，本发明提供了一种温度、pH值响应性的醋酸纤维素膜的制备方法，用再生活化原子转移自由基聚合法制备改性嵌段聚合物F127-b-PDMAEMA,将其与醋酸纤维素通过浸没沉淀相转化法制备温度和pH响应的醋酸纤维素膜；并通过调节体系的温度和pH测试膜的孔径大小；该制备方法包括以下步骤:
[0007]步骤1:合成引发剂F127-Br:取摩尔比为1:2:2-1:100:100的F127、酰溴和三乙胺，以二氯甲烷为溶剂，搅拌反应2-48h，处理后得到产物引发剂F127-Br ;
[0008]步骤2:合成 F127-b-PDMAEMA:引发剂 F127_Br、单体 DMAEMA、催化剂 CuBr2、配体五甲基二亚乙基三胺PMDETA，按照1:50-200:001-1:001-1的摩尔比加入反应器中，加入溶剂甲醇，待完全溶解，除去反应器里的空气，然后将已溶解好的还原剂加入上述反应器中，装置密封，在20-80°C下搅拌反应2-48h，除杂、得到F127-b-PDMAEMA ；
[0009]步骤3:制备温度、pH响应的醋酸纤维素膜:取0.lg-lg的F127-b-PDMAEMA和4-10g的醋酸纤维素，溶解于20-70g DMF中，脱泡，成膜；
[0010]步骤4:将制备的改性膜应用于不同的温度和pH体系。
[0011]优选的，具有温度、pH响应的膜为F127-b-PDMAEMA改性的醋酸纤维素膜。
[0012]本发明还提供了一种由上述方法制成的温度、pH响应性的醋酸纤维素膜的应用，通过改变体系的温度、pH来改变醋酸纤维素膜的孔径大小和水通量的大小，温度可调节范围为10-80°C，pH可调节范围为2-14。
[0013]有益效果:
[0014]本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0015]1.本发明方法的原料廉价、反应条件温和、生产成本低，适合大规模生产
[0016]2.本发明所制备温度、pH响应性醋酸纤维素膜亲水性强、抗污染能力强、能通过改变体系温度、pH来改变改性膜的膜孔大小。
【具体实施方式】
[0017]本发明提供的一种温度、pH值响应性的醋酸纤维素膜的制备方法，用再生活化原子转移自由基聚合法制备改性嵌段聚合物F127-b-PDMAEMA，将其与醋酸纤维素通过浸没沉淀相转化法制备温度和pH响应的醋酸纤维素膜；并通过调节体系的温度和pH测试膜的孔径大小；该制备方法包括以下步骤:
[0018]步骤1:合成引发剂F127-Br:取摩尔比为1:2:2-1:100:100的F127、酰溴和三乙胺，以二氯甲烷为溶剂，搅拌反应2-48h，处理后得到产物引发剂F127-Br ;
[0019]步骤2:合成 F127-b-PDMAEMA:引发剂 F127_Br、单体 DMAEMA、催化剂 CuBr2、配体五甲基二亚乙基三胺PMDETA，按照1:50-200:001-1:001-1的摩尔比加入反应器中，加入溶剂甲醇，待完全溶解，除去反应器里的空气，然后将已溶解好的还原剂加入上述反应器中，装置密封，在20-80°C下搅拌反应2-48h，除杂、得到F127-b-PDMAEMA ；
[0020]步骤3:制备温度、pH响应的醋酸纤维素膜:取0.lg-lg的F127-b-PDMAEMA和4-10g的醋酸纤维素，溶解于20-70g DMF中，脱泡，成膜；
[0021]步骤4:将制备的改性膜应用于不同的温度和pH体系。
[0022]具有温度、pH响应的膜为F127-b-PDMAEMA改性的醋酸纤维素膜。
[0023]本发明还提供了一种上述方法制成的温度、pH响应性的醋酸纤维素膜的应用，通过改变体系的温度、pH来改变醋酸纤维素膜的孔径大小和水通量的大小，温度可调节范围为10-80°C，pH可调节范围为2-14。
[0024]本发明解决了一般醋酸纤维素膜孔径单一、无响应性等问题。所述的温度、pH响应性醋酸纤维素膜是用由F127 (ΡΕ0100-ΡΡ065-ΡΕ0100)和聚甲基丙烯酸-N，N- 二甲氨基乙酯(PDMAEMA)合成的F127-b-PDMAEMA改性而制备的。本发明制备的温度、pH响应性醋酸纤维素膜可以通过改变体系温度和pH来调节膜的孔径大小，温度的调节范围为10 80°C，pH的可调节范围为2-14。在此温度和pH范围内，改性膜的水通量最大变化量为100L/m2h。且所制成的温度、pH响应性醋酸纤维素膜具有亲水性强、抗污染能力强、环境友好、成本低，利于大规模生产。
[0025]实施例1:取6g F127与0.3g酰溴，在室温下反应24h，得到引发剂F127_Br，然后去合成的F127-Br 6g，单体DMAEMA 15g，CuBr2和配体PMDETA均为0.0Olg，溶解于60g的甲醇溶液，在氮气鼓泡的条件下注射进3g的抗坏血酸水溶液，在60°C下反应48h。得到分子量为 36500g/mol 的 F127_b_PDMAEMA。称取 0.lg 分子量为 36500g/mol 的 F127_b_PDMAEMA，5.9gCA溶解于40g的DMF中，60°C机械搅拌至完全溶解，抽真空脱泡3h，将上述铸膜液倾倒于光滑的玻璃板上，用光滑的尺子刮下，在空气中放置10秒，然后轻轻浸入到凝固浴(去离子水)中，相转化法成膜。在水中浸泡24h后进行水通量测试。首先膜在0.15MPa下预压lh，然后在0.1MPa下测试25 V、35°C、45 °C、55 °C、65 °C、75°C的纯水通量，水通量分别为60L/m2h、62L/m2h、65L/m2h、70L/m2h、75L/m2h、77L/m2h，水通量增长了 19L/m2h ;然后又在 0.1MPa下测试pH分别为2、4、6、8、10、12、14时的纯水通量，水通量分别为60L/m2h、63L/m2h、65L/m2h、70L/m2h、74L/m2h、77L/m2h、80L/m2h。水通量增长了 20L/m2h，膜表面水接触角为 74。。
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