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本文研究了原子转移自由基聚合(ATRP)在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)径迹—刻蚀膜表面接枝的应用。通过选择不同的功能性单体,合成了具有环境敏感特性的三种新型功能膜。
利用PET径迹—刻蚀膜表面的酯基与乙二胺反应生成活性的氨基和羟基基团,然后再和2-溴异丁基溴(2-BIB)进行反应引入原子转移自由基聚合(ATRP)所需的大分子引发剂,最后在膜表面分别可控接枝具有pH敏感性的聚甲基丙稀酸羟乙酯(PHEMA)、具有温度敏感性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)。通过X光电子能谱仪(XPS)、红外光谱测试(ATR-FTIR)、热重分析(TGA)、接枝率和接触角证明已成功接枝上PHEMA、PNIPAAm。扫描电子显微镜(SEM)表征了膜的表面结构与形貌,发现随接枝时间的增长,膜表面的孔径逐渐变小。采用膜通量测试研究了接枝膜分别对pH值或温度的敏感性。对于接枝有PHEMA的PET径迹—刻蚀膜表现出pH开关效应,中性条件通量低,酸性时高,临界pH范围在4-5之间。接枝膜的开关幅度随接枝程度的增加而增加。对于PNIPAAm接枝膜,水通量在30-35℃附近有跃升现象,表现出温度敏感性。且随接枝程度的升高,接枝链对膜孔的覆盖程度增加,减小了膜的有效孔径,使通量降低。实验结果证明膜表面的接枝聚合具有一定可控性,同时pH或温度敏感性的功能化可通过原子转移自由基聚合(ATRP)来设计。
在合成pH敏感和温度敏感膜的基础上,设计合成了新型的具有温度和pH值双重敏感型的智能膜。首先采用ATRP方法将PHEMA接枝在膜表面,由于在接枝有PHEMA的链末端含有活性卤素基团,能够二次引发ATRP聚合反应,所以采用二次接枝方法将PNIPAAm接枝到PHEMA链末端。通过红外光谱测试(ATR-FTIR),热重分析(TGA)证明已成功二次接枝上NIPAAm。通过测试分析,嵌段接枝膜具有温度和pH值的双重敏感性。