论文总字数：24256字

摘 要

就目前我们已经的各类膜材料中，醋酸纤维素具有非常好的性能。实际的使用过程中，醋酸纤维素膜的有着通量小，容易污染，对环境响应性单一的缺点。所以,改性醋酸纤维素膜具有重要意义。F127（F127，PEO-B-PPO-B-PEO）含两亲性嵌段共聚物聚（N，N-二甲基氨基-2-甲基丙烯酸乙酯）（PDMAEMA）结束块（F127-b-PDMAEMA n）作为添加剂通过相转化的方法用于醋酸纤维素膜（CA）多孔膜的制备。此物质具有温度和PH响应性，可以控制不同的温度和PH控制膜孔的大小，亲水性增加，膜的抗污染能力也增加。DMAEMA有温度响应性，在温度高于45度时成球状，低于45度时成链状，不同的形状会形成不同大小的膜孔，对分离不同大小的油、蛋白质、染料有很大的帮助。对膜的特性和形貌进行了表征接触角测量，孔隙度分析，SEM分析和水渗透试验。相比于F127，水接触角结果表明，所合成的共聚物更有效地提高了膜的亲水性，并且添加剂PDMAEMAn越多则获得的亲水性越好。孔隙度数据和SEM观察表明，F127-b-PDMAEMAn的使用会获得比F127更小的孔径, 这可能归因于F127-b-PDMAEMAn与CA的缠绕增加进而改变膜形成的工艺。水渗透结果表明，添加剂F127-b-PDMAEMAn已赋予膜温度和pH刺激智能特性。然而合成的添加剂改性的共混膜比F127吸附更多的蛋白质，这可能是由于PDMAEMA块的弱电解质特性造成的。

关键词：两亲嵌段共聚物, 醋酸纤维素,共混, 智能特性

PREPATION AND APPLICATION OF FUNCATIONAL POLYMER WITH TEMPERATION AND PH RESPONSE MODIFIED CELLULOSE

Abstract

Cellulose acetate (CA) is a kind of high performance membrane materials. However, in practice, faced with problems of a small flux, easy to pollute, selectivity and single function, so it’s great significant to modify performance of membrane . PDMAEMAn as the end of the block (F127-b-PDMAEMAn) containing amphiphilic block copolymers, were used fo rCA .CA membranes were modified with F127-b –PDMAEMAn. This material has a temperature and PH response, it can control the temperature and PH to control different membrane pore size,at the same time ,hydrophilicity and anti-pollution increases. DMAEMA with a temperature responsive, at temperatures above 45 degrees into a ball, less than 45 degrees in a chain, will form different shapes membrane pores of different sizes, different sizes of the separation of oil, protein, dye greatly help. On the characteristics and morphology of the film contact angle measurements were used to characterize the porosity analysis, SEM analysis and water penetration test. Compared to the F127, the water contact angle results show that the synthesis of the copolymer to more effectively improve the hydrophilic membrane, and the more hydrophilic additives PDMAEMAn the better . Water penetration results showed that the additive F127-b-PDMAEMAn has given a deposition temperature and pH stimulate intelligence. However, the additive blend films synthesized modified protein more than F127 adsorption, which may be due to weak electrolyte properties PDMAEMA block caused.

KEY WORDS: Amphiphilic, polymer, CA ,blend membranes, Stimuli-responsive

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2膜的响应机制 1

1.3智能型高分子膜的种类 2

1.3.1 温度响应型高分子膜 2

1.3.2 PH响应型高分子膜 2

1.3.3光响应型高分子膜材料 3

1.3.4电场响应型高分子膜 3

1.3.5 磁场响应型高分子膜 3

1.4膜材料的选择及制备过程 3

1.4.1膜材料的选择 4

1.4.2膜材料的制备 4

1.5智能型高分子膜的制备方法 5

1.5.1共混法 5

1.5.2表面接枝法 5

1.5.3表面涂覆法 6

1.6膜分离技术的应用 6

1.6.1在化工方面的应用 6

1.6.2在生物医药方面的应用 6

1.6.3在食品方面的应用 6

1.6.4在水处理方面的应用 7

1.7疏水性多孔膜的改性研究 9

第二章 膜的制备方法及表征 10

2.1 膜制备所需试剂 10

2.2合成改性物质F127-b-PDMAEMA 10

2.2.1合成引发剂F127-Br 10

2.2.2合成共聚物F127-b-PDMAEMA 10

2.3制备醋酸纤维素膜 10

2.4 GPC动力学 11

2.5红外光谱的测定 11

2.6核磁共振谱的测定 13

2.7膜的表征 13

2.8超滤实验 13

2.9蛋白质吸附试验 14

第三章 醋酸纤维素改性膜的性能研究 15

3.1 水接触角分析 15

3.2孔隙率分析 15

3.3形态分析 16

3.4超滤实验分析 17

3.5 XPS分析 17

3.6刺激响应性调查 18

3.7蛋白质吸附评价 20

3.8 本章小结 20

结论 21

致谢 21

参考文献 22

第一章 绪 论

1.1引言

就我们所知，实际的生活中物质往往是以混合物，想要获得我们所需的资源，分离纯化技术显得尤为重要。膜分离技术的快速发展，已经使其在生产和科学上发挥着重要的作用，给人类的生产带来了很大的便利。膜分离技术的发展已经有了一个很大的提升，同时由于具有污染小，耗能少，操作简单等优点，因此膜分离技术在工业生产的各个方面都得到了很好的应用。为解决能源，资源和环境污染提供了重要的技术基础。到目前为止，,正在研究和已经比较成熟的膜技术有基于不同尺寸的两相分离，伴随着各个学科的不断发展像聚合物化学，生物医学工程，以及物理化学的完善与进步，新的膜材料不断的涌现出来，现有的制膜工艺也有了较好的发展。因此了解各种典型膜的基本结构和性能，了解并熟练这些制备手段具有十分重要的意义。

随着科学技术的进步，对环境无响应或者单一响应的膜材料已经远远不能满足人类的需求，因此，开发智能型膜材料成为一种必然的选择。这种膜材料的孔径，通量等性能会随着外界刺激的变化而产生相应的变化。像温度，PH，光，电等都可以使智能型膜产生相应的变化。这种能够随外界刺激变化作出相应相应的膜材料使得其成为一种新型的功能性材料。由于智能型膜的使用还受到很多因素的影响，目前的研究还处于基础阶段，仍需要我们继续前行，接受挑战。

1.2膜的响应机制

构建一个具有响应性的膜，有一部分是取决于该膜是否具有一个多孔或者无孔的结构。制备具有相应的多孔膜通常是通过在膜外表面接枝具有响应性的聚合物层，这一部分具有响应性的聚合物能够感受外界的刺激并且能够在孔壁上做出响应。这些功能性聚合物响应环境的变化从而改变自己的构象，获得的膜在渗透和选择上具有可逆性。当膜表面是无孔结构时，无孔的膜一般是将刺激响应性集团加入膜材料从而改变该膜对环境的刺激响应。这些基团感知外界环境的变化改变自身的构象，这种变化可能会造成膜表面阻隔能力的改变，进一步影响了膜的渗透性和选择性。当然，膜的阻隔性膜改变只是影响膜的响应性的一个方面，响应性可能是由于膜结合和释放靶化合物能力的改变，根据需要，例如，开发膜吸附，使用刺激响应性物质改变膜表面的亲水或者疏水的性能，可以在很大程度上减少膜表面的污染，提高膜的使用时间，同时设计出具有自净作用的膜。刺激响应膜利用孔结构和改变在膜本体或在其表面上反应的聚合物或官能团的构象/极性/反应性之间的相互影响。在某些特定的聚合物系统，这些变化被用在许多系统和设备，用来满足材料性能的可逆性。就目前我们所研究的这些具有响应性的膜而言，新型膜的设计一般都是都是需要使用响应于环境变化的分子或聚合物，因此探索具有环境响应性的物质也显得非常重要。

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