聚偏氟乙烯微孔膜的表面接枝和蛋白质吸附性质研究

摘要

聚偏氟乙烯(PVDF)膜具有极其优异的物理化学性质，机械强度高，化学性质稳定，耐热性能和耐溶剂性能好，不但广泛用于水处理领域，还在生物分离领域有潜在应用。但是，PVDF膜的强疏水性造成其在水环境中膜污染严重，因此对其进行亲水性改性成为膜研究领域的一个热点。本论文采用原子转移自由基聚合(ATRP)方法对PVDF微孔膜进行了表面的接枝改性，对接枝条件进行了优化，建立了一种通过PVDF膜直接引发的ATRP对其进行改性的方法，并考察了接枝改性对PVDF膜蛋白质吸附性质的影响。
　　 本文首次采用电子活化再生原子转移自由基聚合(AGET ATRP)方法，以PVDF膜本身作为ATRP反应的大分子引发剂，在室温水相下分别接枝上三种亲水性聚合物聚甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯(PDMAEMA)、聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、聚聚乙二醇甲基丙烯酸酯(POEGMA)。傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)的结果均能证明三种聚合物链被成功的接枝到了PVDF微孔膜的表面。称重结果显示DMAEMA、HEMA和OEGMA三种单体的接枝量随着ATRP反应时间的增加呈近似的线性关系增长。静态水接触角测试显示，与未改性的膜相比，在较高接枝量下水接触角降低接近50％，证明接枝改性增加了膜表面的亲水性。研究了接枝反应对膜表面形貌、孔结构和渗透性的影响，结果证明表面接枝降低了膜表面的粗糙度，并使膜表面的孔径分布更窄。在较低接枝量条件下膜表面亲水性的增加也增大了膜的渗透性，但在较高接枝量条件下，由于孔径变窄，膜的渗透性也降低了。
　　 在上一节研究的基础上，为了增加膜表面聚合物的接枝量，我们先在PVDF膜的表面引入新的活性更高的ATRP引发剂C-Br，并再次利用表面引发ATRP接枝技术将弱电解质聚合物PDMAEMA固定到PVDF膜的表面用于调节PVDF膜的蛋白质吸附性质。我们利用FTIR、XPS和SEM分别研究了接枝前后膜表面的化学组成和形貌特征。通过静态氮吸附仪测试了接枝后膜的表面积和孔径。系统的研究了接枝时间和引发基团的密度对牛血清白蛋白(BSA)的静态吸附容量的影响。结果表明PDMAEMA成功的接枝到了膜表面；通过加溴反应的时间可以控制接枝链的密度；利用ATRP反应的时间能调节接枝链的链长；较高的接枝链密度能够造成膜孔堵塞；增加加溴反应的时间和延长ATRP反应的时间均能有利于膜表面静态BSA的结合容量，但是这种趋势在膜孔被堵塞的条件下会受到限制，在加溴反应1 h和接枝反应1h的膜上得到的了最大的BSA结合容量(30.7 mg/mL)。