两亲嵌段离子聚合物合成及其对共混多孔膜的吸附与渗透性调控

围绕分离子型物质的高分子膜中关键科学问题，提出采用两亲嵌段离子共聚物共混调控分子膜结构与性能的研究。通过研究，分别设计、出一系列线性（ABA）、多臂等结构、含有磺酸、羧基及季胺基团的两亲型嵌段离子共聚物，建立相应的RAFT、ATRP合成方法；采用相转化法将共聚物与PES、PVDF、PVC等共混制备成多孔膜实现膜表面化学结构、荷电与离子渗透性质调控；研究盐类、离子型表面活性剂及蛋白质等物质在共混膜上吸附/脱吸的规律与控制方法，阐明膜中离子类型和膜结构与离子渗透性的关系规律；初步建立分新型高分子膜（超滤膜、纳滤膜及反渗透膜）设计、制备与结构控制的基本方法，通过模拟研究膜结构与性质演化的规律。有关内容与结果，不仅是高分子合成化学、高分子表面化学的重要组成部分，也对高性能高分子分离膜的低成本化制备技术具有重要的指导意义。

围绕课题任务，开展的主要研究和取得的主要成果有：（1）采用ATRP和RAFT路线成功合成了以系列分子量在104级的弱阴离子型的MMA-MAA的无规与嵌段共聚物，经溶液相转化路线制备了这些两亲共聚物与PVDF、PVC共混多孔膜，发现嵌段共聚物中MAA链在膜表面的稳定富集实现了膜的长久亲水和抗污染改性；共混膜的COOH基团具有显著的金属离子吸附性质，随着环境介质PH增加，金属离子的吸附量提高，同时，也首次发现该系列嵌段共聚物物共混膜通量的pH敏感特征，高PH值下由于表面悬链的伸展导致的缩孔效应使水的渗透通量降低，而无规嵌段共聚物共混体系没有此特性，原因是其中COOH不能形成悬链结构。这些发现，对具有共混性选择吸附超滤膜的认识和研制具有重要指导意义。（2）采用ATRP路线聚合、季氨化两步法成功合成一系列具有弱阴离子（叔胺）的嵌段/多臂共聚物P(MMA-b-DEMAMA)和强阴离子（季铵盐）嵌段/多臂共聚物(PMMA-b-DMC)。通过溶液相转化法制备的PVDF共混膜研究发现，嵌段与多臂结构更有利共聚物在膜中保留和表面富集比高，表现出更好的表面改性作用，叔胺赋予了微孔膜对二价重金属离子的吸附性选择性，季铵盐对阴离子小分子和重金属盐具有极好的吸附性，同时表现出对阳离子基团良好的截留性，有关研究对荷正电纳滤膜的研制具有重要指导意义。(3)研究了一系列两亲共聚物共混PE、PVDF多孔膜的制备、结构锂离子电导行为，发现将含有PEG嵌段的共聚物引入这些聚合物多孔膜可形成显著的表面富集，同时当共聚物含量过高是会形成微观相分离结构。PEG表面富集提高了表面电解液润湿性和界面电阻，同时，共聚物的引入使隔膜表现出可凝胶化的“活性”特征，在保持隔膜高电导率的同时实现了电解液的稳定化。这些结果对高性能锂离子电池隔膜的研制具有重要意义。通过研究，申请/获得发明专利5项，发表SCI/EI论文8篇，培养研究生6名，达到课题的预期目标。