聚砜超滤膜

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聚砜在现在的分离膜材料占有着主导地 位，由于该分子主链上含有砜基，导致这 类聚合物具有良好的热稳定性、化学稳定 性、耐酸碱腐蚀性能、优异的机械性能以 及突出的抗蠕变性能。但耐候性和耐紫外 线稍差，属于疏水性膜材料，在其结构性 能方面也还需要改善。
聚砜的几种典型结构
双酚A 型聚砜( PSF) 聚醚砜( PES) 聚砜酰胺( PSA) 酚酞型聚醚砜( PES-C) 含二氮杂萘酮结构的聚醚砜( PPES)
含二氮杂萘酮结构的聚醚砜( PPES)
含二氮杂萘酮结构的聚醚砜是由大连理 工大学研究完成的，是目前耐热等级最 高的可溶性聚芳醚类树脂，其Tg高达265 ～ 305 ℃。因其具有耐高温、可溶解的 特性，在耐高温分离膜领域具有很好的 应用前景。所制的分离膜具有良好的成 膜性、渗透选择性和耐高温性能。其结 构式如图
4.3光引发接枝改性
光引发接枝聚合是利用紫外光照射材料表 面产生自由基，从而引发单体在表面接枝 聚合。紫外光接枝聚合有很多优点，聚合 反应条件温和，而且长波紫外光( 300 ～ 400 nm) 能量低，在能够被光引发剂吸收 而引发反应的条件下却又不会被高分子材 料所吸收，在不影响材料本体的前提下， 达到表面改性的目的，是一种理想的聚合 物改性和功能化技术。
4.4膜材料本体的改性
膜材料本体的改性是指对膜材料本身用化学方 法赋予某种功能基团，如磺酸基、氨基等，然 后将改性后的膜材料用于分离膜的制备，从而 达到改善膜性能的目的。在经过改性后，分子 链上的功能基团决定了分离膜的性质，而主链 仍保持了聚合物的内在稳定性。 Ghosal等人研究了聚砜接上氨基和邻苯二甲酰 亚胺，将经过改性的聚合物用于制备CO2 /CH4 气体分离膜，实验结果表明，接有苄基苯胺的 聚砜具有较高的CO2溶解性和CO2 /CH4溶解选 择性，这可能是因为CO2与苄基苯胺之间有很 强的作用力，能够阻止CO2的扩散。
改性方法
聚砜类膜材料的表面自由能较低，水接触角很 大，使其体现为较强的疏水性，从而导致严重 的膜污染问题。 主要有以下几种方法来实现这一目标。 物理改性 共聚改性 膜材料本体的改性：磺化、氨基化、金属锂化 表面接枝：等离子体处理、光引发接枝改性
四、实验研究 4.1物理改性
Xavier 等早在1977 年就提出将PSF 与磺化聚砜( SPSF) 进行共混，制备合金膜。随后，吴开芳、罗川 南等对聚砜类材料与其磺化物共混制备分离膜也进行 了深入的研究。结果表明，共混后分离膜孔径分布均 匀且孔径较小，亲水性较强，膜的截留率也有所提高 。同时还发现分离膜的截留和通量与共混体系中聚合 物的相容性以及其比例有关。 通过共混制备的合金膜的各项性能随着共混体系的 变化而变化。但是，通过实验研究，对各个参数进行 优化，确定其最佳组合，可以制得性能更优，甚至具 有某些新性能的分离膜。
二、聚砜超滤膜
聚砜Polysulfone（简称PSF或PSU） 聚飒由于其良好的化学稳定性、耐水性、 耐热性、尺寸稳定性、 以及较好的成膜性和 机械强度、 在微滤、反渗透、超滤、电渗析、 气体分离、生物工程、医疗等方面得到了广 泛的应用、尤其适合应用于制备性能优异的 血液透析膜、聚飒血液透析膜可以有效缓解 肾病对人体的威胁。
分类：超滤膜的结构有对称和非对称之分。 对称：各向同性，没有皮层，所有方向上的孔隙 都是一样的，属于深层过滤； 非对称：具有较致密的表层和以指状结构为主的 底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有 序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层 过滤。（工业使用的超滤膜一般为非对称膜。） 超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚 碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯 腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙 烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
4.5等离子体处理
等离子体处理是指高分子材料在经过低温等离子 体放电后，其表面活化产生大量自由基，然后通 过这些自由基引发聚合反应。低温等离子技术最 初应用于制备反渗透膜和高度表面选择性的气体 分离膜，现在已经广泛用于各类膜的改性。 詹劲、郭志刚等人利用低温等离子体引发接枝反 应, 在表面带负电的聚砜膜上引入带正电的单体 聚合物。减少了膜表面的净电荷。对其进行了改 性。结果表明，改性后的膜具有更好的抗污染能 力. 此外, 表面电荷更小的膜将在利用电场分离 的膜装置中发挥作用。
4.2共聚改性
共聚改性是指通过化学的方法重新设计聚合 物的分子链，在聚砜类膜材料的合成阶段通过 与其他类型的有机材料进行共聚，在分子主链 上引入其他结构单元，从而满足应用要求。 濮德林、谢宇梅等通过端二异氰酸根聚醚型 聚氨酯与端二羟基聚醚砜进行嵌段共聚，将合 成的共聚物制备成中空纤维膜应用于中药丹参 有效成分的分离，通过测定膜的接触角和膜的 污染度，测定结果都表明，改性后膜的亲水性 有所提高，抗污染性能也得到了改善。
王雪、高从楷等研究了含辣素衍生结构的高聚物 对聚砜膜的改性。 辣素是一种环境友好的天然防 污剂，具有优良的抑菌性能。首先通过自由基聚 合合成具有辣素衍生结构的共聚物P(H-co-M)和 P(H-M-A);然后通过沉淀相转化法制备出两种抑菌 型超滤膜，分别是二元共聚物改性超滤膜和三元 共聚物改性超滤膜。 实验结果表明：经改性后，稳定膜通量和截留率 均有所提高，改性超滤膜分离性能也优于原PSF超 滤膜。同时二元共聚物改性超滤膜有更强的抑菌 性能。加入膜表面亲水剂后，对三元共聚改性膜 的影响较大。其表面膜通量有很大的提高。
三、制备方法
熔融纺丝—拉伸法
是指聚合物在高应力下熔融挤出, 后拉伸过程 中聚合物材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结 构被拉伸成孔。
热致相分离法
是指聚合物与高沸点小分子化合物在高温下形 成均相液态, 降温过程中发生固一液或液一液相 分离成孔。
相转化法
一般分为湿法和干法, 制备过程主要包括聚合 物溶解, 静置脱泡, 浇铸成膜, 浸人凝固浴。
聚砜超滤膜
目录
一、超滤膜简介 二、聚砜超滤膜 三、制备方法 四、实验研究 五、前景展望 六、参考文献
一、超滤膜简介
超滤膜 是一种孔径规格一致，额定孔径范 围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。
超滤膜的工业应用十分广泛，已成为新型化工 单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、 医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水 处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成 功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜 随着技术的进步，其筛选功能必将得到改进和加强 ，对人类社会的贡献也将越来越大
双酚A 型聚砜( PSF)
双酚A 型聚砜( PSF) 一般也简称聚砜， 是聚砜类聚合物最早的产品，在1965 年 由UCC 公司成功开发，玻璃化温度( Tg) 为195 ℃，可在150 ℃下长期使用。其 结构式如图
聚醚砜( PES)
聚醚砜是由苯基通过醚和砜基连接而成，有 的文献也称为聚芳醚砜。它在结构上与双酚 A 聚砜有着显著的差别，主链中不含脂肪链 C—C 结构和联苯结构，也没有任何酯类结 构，因此，聚醚砜有着比聚砜更出色的热稳 定性和抗氧化性，其Tg为225 ℃，被誉为第 一个综合了高热变形温度、高冲击强度和优 良成型性的特种工程塑料。其结构式如图
六、部分参考文献
罗川南，徐海涛． PSF/ER 合金膜的膜材料对膜性能的影响． 化 学世界，2003 杨勇，孙斌． 聚砜类合金分离膜研究进展． 分子材料科学与工 程，2000 王勇，王鸿儒.聚砜类分离膜材料改性研究进展.塑料工业.2012 Min Soo Kang , Baehyuck Chun , Sun Soo Kim1 Surface Modification of Polypropylene Membrane by Low2temperature Plasma Treatment1 Journal of A pplied Polymer Science , 2001 詹劲，郭志刚.利用低温等离子体进行聚砜膜的表面改性.化工学 报.2004 王雪，高从楷.含辣素衍生结构共聚物改性的聚矾超滤膜的研究 .2012 崔韬, 陈寅生.聚砜超滤膜性能的研究与应用.环保科技.2009 Liang B , Huang X H , Sun S D , et al. The modification of polysulfone membrane and material[J ] . Modern Plas2 tics Processing and Applications , 2005
聚砜酰胺( PSA)
聚砜和聚醚砜因为分子链上没有亲水性 基团，所以材料有着很强的疏水性。聚 砜酰胺则与之有着很大的区别，具有较 强的亲水性，耐有机溶剂性能也很优异 。聚砜酰胺是由苯基通过砜基和酰胺基 连接而成，其结构式如图
酚酞型聚醚砜( PES-C)
酚酞型聚醚砜是由长春应化所研发的，它在聚砜 主链中引入一个大的酚酞侧基，破坏了大分子链 的紧密堆砌，增加了聚合物分子的自由体积，使 得溶剂分子更易于扩散进去，能够提高聚砜的溶 解性能。同时，大侧基的引入并不降低聚砜的刚 性，使其保持了优异的耐高温性能。所制备的分 离膜亲水性得到了大大的改善，但是因为酚酞侧 基易发生水解，使得材料的耐酸碱性能有所降低 。它的结构式如图
五、前景展望
膜分离过程已成为解决当代能源、资源 和环境污染问题的重要高新技术。聚砜 类材料是一种性能优良、使用范围广的 膜材料，通过共聚、共混、表面接枝改 性等手段对其进行改性，开发出性能更 优的膜材料，完善现有制备技术，开发 新的制膜技术，必将促使聚砜类分离膜 在更多领域、更严格的条件下获得更广 泛的应用。