聚合物超滤膜材料表面张力组成的精确测定及在膜污染机理方面的应用

膜污染是超滤技术面临的重要问题。膜污染的机理还不清楚；研究者普遍用亲水性概念来指导抗污染材料的开发或进行膜的改性。膜污染的原因是复杂的；但膜材料的性质是最主要的原因。采用一种更精确、有效的理论来研究材料的表面性质与膜污染间的关系是必要的。表面张力组成理论(STC)是聚合物表界面领域的重要理论，STC用三个参数来描述材料的表面张力。材料在室温及以上时的表面性质可通过动态接触角（+液滴形状分析+条件数规则+STC）与反相色谱(IGC)来获得。但要得到精确的结果，实验技术还需要发展。本项目以PES、PVDF等为对象，拟用更准确的前进角判定方法来进行接触角实验，测定材料室温时的表面张力组成。拟将反流量色谱（属于IGC技术分支）引入到对材料高温时表面张力的测定中，建立相应的测试方法。同时开展材料对典型蛋白质的静态及相应超滤膜的动态吸附研究，测定对蛋白的吸附量，从材料表面张力组成角度探讨膜污染的机理。

在该项目的资助下，课题组历时3年围绕计划任务书规定的研究内容与研究目标开展了大量的基础研究工作，还从多方面扩展了研究范围。取得了多个研究成果，发表相关SCI研究论文10篇。主要成果为：发展了动态接触角技术，制备了具有独特的“样品底部进样+ADSA功能”的接触角仪；开发了由伺服电机驱动的非线性液体进样系统，提高了对膜材料表面张力的测定精度。测定了一些典型聚合物膜材料（包括聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺等）的表面张力组成。研究了多种膜材料表面张力与蛋白吸附量间的关系；分析了牛血清蛋白在多种高分子材料表面的吸附量与表面张力间的关系。发现当膜材料的表面张力低于40mJ/m2或高于50mJ/m2时，蛋白质在膜表面的吸附量与膜表面张力间呈线性关系。研究了聚合物材料的表面张力与其Hansen溶解度参数之间的关系。在摒弃了“摩尔体积”参数后发现对于37种常见有机溶剂以及22种聚合物材料（包括常见的膜材料如PDMS、TCA、PSf、PES、PEI、PVDF等），它们的色散表面张力与一个半经验参数间存在很好的线性关系。研究了聚合物材料的表面张力与其分子量、密度、聚合单体表面张力间的关系。发现聚合物材料的表面张力与其单体的表面张力间存在很好的对应关系；证实了课题组之前关于“表面张力与密度平方成正比关系”的预测。还研究了聚合物材料共混、共聚时溶解度参数的变化行为。开展了反相色谱技术测定表面张力的基础理论及RFGC测定表面张力的研究工作。提出了提高IGC技术在测定、计算材料表面酸碱力精度时探针分子新的基本参数，用数学方法与实验相结合严格证明了新参数的有效性。用RFGC技术测定了聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等材料在高于室温时的表面张力组成。此外还发明了一种高压外电场强化制备表面带有电荷的超滤膜技术；研究了“响应面技术”在膜制备领域的应用并开展了浓缩明胶蛋白的超滤实验及膜污染实验。