有機膜的表面改性技術研究進展

李晶晶 唐玉蘭

摘 要：從有機膜表面改性出發，綜述了介質阻擋放電材料表面改性，偶聯劑處理改性，多巴胺仿生修飾的改性方法，并對改性膜的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：有機膜；表面改性；介質阻擋放電；偶聯劑；多巴胺

隨著膜科學與技術的發展，其應用領域也越來越廣泛，與此同時對膜材料的性能也提出了更高的要求。既要求膜具有較好的選擇性、較高的滲透通量，又要求具有足夠的機械強度以及優良的化學和熱穩定性。因此，對有機膜材料進行表面改性，從而改進其分離性能、物理化學和力學性能已成為當前膜研究領域的一個發展方向。

常用的有機膜改性方法有很多，目前研究較多的有以下幾種。

1 介質阻擋放電（DBD）材料表面改性

介質阻擋放電是指在常壓下通過將絕緣介質插入放電空間的一種非平衡態氣體放電，與火花放電相比，它不會發出巨大響聲，因此也叫無聲放電，它是一種新興的等離子體技術。DBD電源頻率可從50Hz至1MHz，通常的工作氣壓為104—106Pa。被介質絕緣層所覆蓋的電極通過交流電場的作用，室溫下，不需要真空設備條件下就能產生符合化學反應性能的等離子體[ 1 ]，介質阻擋放電產生的等離子體廣泛應用于臭氧發生，表面清洗，表面處理，消毒滅菌，材料表面改性，廢氣廢水處理等方面。

DBD等離子體通過與材料表面相互作用打開材料表面分子間的化學鍵，使其與放電空間的氮、氧自由基相結合，在材料表面形成含氮、氧的極性基團，從而改善了材料表面的粘結性、抗腐蝕性及生物相容性等性能。研究表明，DBD等離子體在材料表面的作用過程一般是產生自由基—表面刻蝕—表面交聯—引入極性基團[ 2 ]。

曲連續等[ 1 ]利用常壓DBD等離子體，對聚丙烯腈（PAN）超濾膜進行預處理，在膜表面產生活性基團，經液相預輻照接枝的方法將含有親水基團的丙烯酸（AA）單體接枝到超濾膜表面，得到了具有良好抗污染性能的超濾膜。

2 偶聯劑處理改性

偶聯劑是含有親無機和親有機兩種不同性質官能團的物質，可以在兩種不同材料界面發生化學反應，在材料間起到“分子橋”的作用。其改性原理是通過添加偶聯劑增大了材料表面極性或偶聯劑中的基團與基體反應形成界面層，界面層能傳遞應力，從而增強材料界面的粘著力，提高材料的機械性能、耐久性等[ 3 ]。偶聯劑在兩種不同的材料界面的偶聯過程一般是浸潤—取向—交聯的過程，它是一種復雜的液—固表面物理化學過程。

Hao Dong等[ 4 ]對聚偏氟乙烯（PVDF）/氧化鋁（Al2O3）復合膜在氫氧化鉀—甲醇溶液中進行表面化學改性時，加入乙烯基三甲氧化基硅烷作為偶聯劑，異丙醇鋁作為無極前驅體，通過溶膠—凝膠法將PVDF和Al2O3的化學鍵進行偶聯，從而提高了PVDF/Al2O3復合膜的抗污染能力。

3 多巴胺仿生修飾

多巴胺（左旋3，4-二羥基苯丙氨酸的兒茶酚衍生物3，4-二羥基苯丙氨）是提取于蚌類海洋生物足蛋白的分泌物中的一種化合物，研究發現，在弱堿性的條件下，多巴胺可以進行氧化自聚合，生成生物大分子聚多巴胺附著于金屬氧化物、聚合物、半導體和陶瓷等無機有機材料表面，從而引入高反應活性和親水性的苯酚、亞氨基和類吲哚官能團[ 5 ]。

在水溶液中，多巴胺分子結構中的鄰苯二酚基團很容易被氧化，生成具有鄰苯二醌結構的多巴胺醌化物，該多巴胺醌化物不穩定，在短時間內會繼續發生內環化反應從而生成多巴胺絡合物，隨著氧化反應的進行，多巴胺絡合物發生重排生成5，6—二羥基吲哚結構，經過進一步氧化后吲哚結構發生一系列重排交聯反應，最終形成聚多巴胺。由于聚多巴胺結構中含有羥基和氨基官能團使得經多巴胺仿生修飾之后的材料表面有了很多新的性能。

吳春林等[ 5 ]利用多巴胺自聚強粘附性和親水性通過聚多巴胺輔助接枝的方法制備了一種新型PVC@PDA-PEI膜吸附材料，改性后的PVC@PDA-PEI膜對水中重金屬離子的吸附性能得到了大大的提高。

4 展望

通過對有機膜表面進行改性，可以改善膜的親水性，抗污染性和生物相容性等。有機膜的改性方法有很多，各有優缺點，隨著多學科的交叉發展，許多新興的改性技術得到廣泛研究，也逐漸形成了比較完整、系統的膜科學，但遺憾的是大多數的研究都停留在實驗室階段，沒有廣泛的應用于實際工業生產中，因此在今后的研究中有針對性的加強對改性膜穩定性和在工程應用中的研究。

參考文獻：

[1] 曲連續.常壓DBD等離子體改性聚丙烯腈超濾膜的研究[D].大連：大連理工大學，2012.

[2] 胡建杭，方志，章程等.介質阻擋放電材料表面改性研究進展[J].材料導報，2007，21（9）：71-76.

[3] 王輝.聚乙烯木塑復合材料的偶聯劑表面涂覆處理及其膠接性能[D].哈爾濱：東北林業大學，2013.

[4] Hao Dong，Kaijun Xiao，Xiangli Li，et al.Preparation of PVDF/Al2O3 hybrid membrane via alkaline modification and chemical[J].Desalination and water treatment Science and engineering，2013，51：19-21.

[5] 吳春林.表面接枝改性制備新型高分子膜材料的研究[D].石河子：石河子大學，2015.

作者簡介：

李晶晶（1990-），女，河北唐山人，碩士；唐玉蘭（1971-），女，江蘇揚州人，博士后，教授，研究方向：高分子有機膜的表面改性及在水處理中的應用。