多巴胺对聚乙烯膜表面改性的研究

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1、2008年12月新膜过程研究与应用研讨会论文集·2儿·多巴胺对聚乙烯膜表面改性的研究奚振宇，徐又一，朱利平，王月(浙江大学高分子科学研究所，杭州310027)摘要：通过涂覆4一(2一乙胺基)苯一1，2一二醇(多巴胺，dopamine)对疏水聚乙烯膜进行改性．在适当条件的溶液中，含有羟基和氨基的多巴胺在膜表面交联并通过与膜表面的强相互作用粘附在膜表面．通过水接触角来表征膜的亲水性能，采用X射线光电子能谱表征膜表面的化学组成的变化，采用扫描电子显微镜来现察表面形态．发现涂覆后由于膜表面引入了亲水基团改善表面亲

2、水性，膜表面的接触角明显减小，膜的表面形态也表明多巴胺涂层成功的粘附到聚乙烯多孔膜表面．关键词：涂覆；多巴胺；表面改性；亲水性中图分类号：0631：TQ028．8文献标识码：A随着膜技术应用领域的不断拓展，对膜的要求越来越高，膜结构的精确控制、膜性能的多样化和智能化、膜强度和抗污染性的进一步提高等成为微孔分离膜的主要发展方向．聚乙烯(PE)微孔滤膜具有良好的化学稳定性、耐酸碱性、耐微生物侵蚀和耐氧化性能⋯1，而且机械强度大，在污水处理中长期使用性能稳定、不易降解【2J2．聚乙烯膜表面呈疏水性，在水处理和生

3、物分离中易被污染，从而使膜性能变差，因此需要对其进行亲水改性．目前，各种处理方法都是起改善表面极性、降低接触角、提高表面能的作用，同时都有其优缺点．从其改性方法上，主要有化学腐蚀法，等离子体【3J、高能辐射接枝改性法【4，51，共混法[6]6，涂覆法等．化学腐蚀法对膜本体破坏较大．等离子体法改性效果重复性和稳定性差，改性效果容易消退．高能辐照对设备要求高，对材料本体也有损伤．共混法在制膜过程中使得膜结构控制更加复杂．另外涂敷法虽然无需特殊设备，操作简便，且易实现工业化，但是涂覆改性的效果耐久性差．经济、高

4、效、操作简单、无毒、无污染的表面改性技术是今后聚烯烃表面改性的基本要求．现有表面改性技术的复合化以及新的表面改性技术的开发与应用是表面改性的重要方向之一．一般的表面涂覆是将膜浸渍到甘油或乙醇与水的混合溶剂中，来提高膜表面的亲水性，但这仅仅是物理吸附，易脱落，仅具有暂时亲水性．4一(2一乙胺基)苯一1，2一二醇(多巴胺，dopamine，3，4～dihy—droxyphenethylamine)在水中易溶，其分子结构中含羟基和氨基等亲水基团，为亲水性改性提供了可能性．采用多巴胺涂覆，是模拟海洋贻贝足部的胶粘

5、层的作用，利用多巴胺在固体表面交联聚合并且与固体表面形成强的相互作用，可以获得具有良好持久性的亲水表面一J．虽然目前多巴胺与改性表面的明确作用机理尚不清楚，有待进一步研究，但是有研究表明这种相互作用力在有机表面接近共价键[8]8．而且膜表面的多巴胺可以接枝PEG类的亲水链，进一步增强亲水性．所以本研究采用多巴胺作为涂敷材料，期望获得具有良好亲水性，高水通量的改性聚乙烯膜，同时可以作为进一步表面功能化的平台．1实验部分1．1原料多巴胺(Sigma—Aldrich)，结构如图1所示；三羟甲基氨基甲烷("Iri

6、s)购自国药集团试剂有限公司；磷酸氢二钠和磷酸二氢钾，湖州湖试化学试剂有收稿日期：2008—11～10基金项目：国家重大基础研究“973”计划项目(2009CB623402)作者简介：奚振宇(1981一)，男，湖北黄冈人，在读博士生，从事高分子膜材料与技术的研究．(zeusx羽zju．edu．cn)·212·膜科学与技术2008生E：℃r洲2图1多巴胺分子式Fig．1Moleculestructureofdopamine限公司；PHS一3C型pH酸度计购自杭州东兴仪器厂．PE膜为拉伸法制得，孔隙率53％，

7、平均孔径为0．13um．1．2多巴胺溶液配制与涂覆方法以三羟甲基氨基甲烷(Tris)一盐酸缓冲液或磷酸氢二钠一磷酸二氢钾缓冲液(10mmol／L)为溶剂．pH<7．5时，选用磷酸氢二钠一磷酸二氢钾缓冲液，pH≥7．5时，选用Tris一盐酸缓冲液，将多巴胺溶解于缓冲溶液中，溶液浓度为0．2～2．0g／L．根据图2所示步骤，将聚乙烯多孑L膜浸泡人配好的溶液中，反应一定时间后取出，用去离子水振荡}青洗1h，干燥备用．membranPcoatedmembrane[二了弋审厦盛秒多巴胺溶液图2多巴胺溶液涂覆法示意图

8、Fig．2Schemeofdoparninesolutioncoating麈耐_．一t攀芝蓬1．3表面表征和性能测试采用荷兰产场发扫描电镜SIRionFESEM观察PE膜的表面形态，样品在观察前喷金．水接触角(CA)采用德国OCA20型接触角测定仪测量，测试温度25℃，相对湿度60％．表面化学结构通过X射线光电子能谱表征，仪器为美国PHI公司的PHI5000CESCASystem，采集样品的0～1000eV的全扫描谱．以C1S