磺化聚芳醚腈酮合成及其超滤膜制备

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3、教授大连理工大学高分子材料系摘要：直接聚合法合成了的具有良好亲水性的磺化聚芳醚睛酮。并以此作为膜材料，氮甲基吡咯烷酮为溶剂，水为凝胶剂，相转化法制备了SPPENK超虑膜。设计了四因素三水平的正交实验，分别考查了聚合物磺化度、聚合物浓度、添加剂种类和添加剂浓度对超虑膜性能的影响。另外，还对超虑膜的耐酸耐碱性能进行了测试，结果表明，SPPENK超虑膜具有良好的耐酸和耐碱性能。关键词：磺化聚芳醚腈酮亲合缩合聚合超滤膜制备引言超滤膜分离技术在膜分离过程中已经成为一种成熟的分离技术。超滤技术广泛被应用于食品饮料加工过程

4、、生物医药制造、血液渗析、饮用水生产、废水处理、工业用水处理以及半导体工业等领域。随着超滤膜技术的发展，人们对超滤膜提出了各种各样的特性要求，其中解决膜表面的污染问题变得越来越紧迫。人们普遍认为超滤膜污染主要是由于膜材料的亲水性较差造成的，因此超滤膜改性，尤其是在膜表面引入亲水性基团是解决问题的关键。磺化反应是改性高分子材料常用的方法之一，通过把磺酸基团引入高分子链中，一方面可以提高材料的亲水性，另一方面可以使改性的高分子具有荷电性能。具有荷电性的超滤膜被认为具有排斥带有相同电荷的溶质或者胶体粒子，因而可以提

5、高截留性能，同时又可以降低膜污染。磺化反应一般有两种过程，一是后磺化过程，即对聚合物用磺化反应试剂进行直接改性；二是，先对聚合单体进行磺化，然后进行聚合。比较这两种方法，显而易见的是第一种方法比较简单，但是反应过程中容易造成聚合物主链在强氧化剂作用下发生断键，从而使聚合物性能下降，另外磺化试剂用量比较大，容易对环境造成污染。第二种方法则克服了第一种方法的缺点，而且可以精确控制磺化度。迄今为止第一种方法进行聚合物改性的研究报道已经很多[1-5]。第二种方法则被广泛应用于质子交换膜用材料的合成[6-12]，该方法

6、应用于超滤膜材料制备还没有报到。本文以直接聚合法合成了不同磺化度的SPPENK，并以此为膜材料，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，水为凝胶剂，用相转化法制备了系列磺化聚芳醚腈酮超滤膜。通过设计正交实验，考察了磺化度，聚合物浓度，添加剂种类，添加剂浓度对膜性能的影响。另外，还对膜的耐酸耐碱性能进行了测试。Scheme1SynthesisofSPPENKs1实验部分1.1化学试剂（略）1.2聚合物制备由于双酚单体DHPZ反应活性具有不对称性，我们采用了两步聚合工艺，即第一步，先将DHPZ与反应活性较低的磺化二氟酮，二氯苯

7、腈进行预缩聚，然后将活性高的二氟酮加入反应体系获取高分子量的聚合物。反应式如图1所示。聚合物在NMP中的特性粘度大于0.8，说明聚合度较高。合成的聚合物由红外、核磁等进行表征，表明其结构正确。聚合物的TGA及DSC曲线则表明其具有良好的耐热性能。1.3超滤膜制备及性能测试NoDS/%Polymercontent/wt%AdditivesAdditivescontent/wt%1510EgOH02513Dioxane43516Butanol841010Dioxane851013Butanol061016EgOH

8、472010Butanol482013EgOH892016Dioxane0EgOH:EthyleneGlycolTable1Theortho-experimentsofthecastingsolutions相转化法制备超滤膜。过程如下：配制聚合物溶液—过滤—脱泡—刮膜—凝胶—净水浸泡。表1为本文设计的正交实验表。实验重点考察了聚合物磺化度，聚合物浓度，添加剂种类以及添加剂含量对膜性能的影响。实验条件