一种具有梯度孔结构的膜材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种具有梯度孔结构的膜材料及其制备方法和应用，属于膜材料技术领域。本发明专利技术以具有梯度孔结构的聚合物膜为基膜，通过紫外光接枝法在膜皮层表面及孔内接枝亲水性聚合物，由于聚合物膜自身的梯度孔结构，导致紫外光辐照过程中光强度沿着基膜厚度发生衰减，同时利用光引发剂对紫外光的部分屏蔽作用，强化光引发剂在基膜内部的梯度固定，进而实现亲水性聚合物在基膜内部的梯度分布，使所制备的膜材料具有孔径大小由向光侧向背光侧逐步增大的梯度孔结构，能够同步实现膜渗透与分离性能的提升。分离性能的提升。分离性能的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种具有梯度孔结构的膜材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及膜材料
，尤其涉及一种具有梯度孔结构的膜材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当前，来源于细胞系的生物技术产品可能存在被病毒污染的风险。对病毒进行去除是降低病原性病毒医源性传播的潜力，进而降低风险的关键步骤，对于产品的安全性至关重要。由于除病毒过滤器的价格昂贵和一次性使用的特性，使其成为拉高生物制品成本的重要环节。
[0003]膜过滤技术对各种粒径的脂包膜及非脂包膜病毒均有确切稳定的高去除效率，且对产品品质没有影响，由于其操作简单温和、化学危害低等优点，近年来在生物制品领域的应用日益广泛。但是，膜处理技术在实际应用中还面临着诸多挑战，例如，膜材料孔径不可调控、渗透通量与截留性能存在“trade
‑
off”效应等问题。这些缺点在应用于除病毒体系中更为明显，这是由于细胞培养液等溶液属于复杂生物体系，该体系成分复杂，组分间分子量接近且存在大量相互作用，溶液粘度大，导致大量组分富集于膜表面形成膜污染，分离过程中极易堵塞膜孔，因此对膜分离效率提出了更高的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有梯度孔结构的膜材料及其制备方法和应用，所述膜材料具有孔径由向光侧至背光侧逐步增大的梯度结构，病毒颗粒可通过膜内部的梯度孔径进行分离，避免膜堵塞，同步实现膜渗透与分离性能的提升。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种具有梯度孔结构的膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将聚合物基膜浸入光引发剂溶液中进行预覆，对所得基膜的皮层侧进行第一紫外光辐照，得到固定有光引发剂的聚合物基膜；所述聚合物基膜具有不对称梯度孔结构；
[0008]将所述固定有光引发剂的聚合物基膜与亲水性单体复合，进行第二紫外光辐照，得到具有梯度孔结构的膜材料；所述膜材料的孔径自皮层面至另一面梯度增大。
[0009]优选的，所述聚合物基膜的材料包括聚醚砜、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、再生纤维素和乙烯
‑
乙烯醇共聚物中的至少一种。
[0010]优选的，所述光引发剂溶液中光引发剂包括二苯甲酮类光引发剂；所述光引发剂溶液所用溶剂包括丙酮、乙醚、二氯甲烷、氯仿和四氢呋喃中的至少一种。
[0011]优选的，所述二苯甲酮类光引发剂包括2,2
′
,4,4
′‑
四羟基二苯甲酮、2,2
′‑
二羟基
‑4‑
甲氧基二苯甲酮、2,4
‑
二羟基二苯甲酮、2,2
′‑
二羟基
‑
4,4
′‑
二甲氧基二苯甲酮、2
‑
羟基
‑4‑
甲氧基二苯甲酮、2
‑
羟基
‑4‑
正辛氧基二苯甲酮中的至少一种。
[0012]优选的，所述光引发剂溶液的浓度为10～80g/L。
[0013]优选的，所述预覆的时间为2～8h。
[0014]优选的，所述亲水性单体包括甲基丙烯酸二甲胺乙酯、马来酸酐、苯乙烯磺酸钠、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱和甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱中的至少一种。
[0015]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的具有梯度孔结构的膜材料，所述膜材料的皮层面的孔径为0.001～0.09μm；所述膜材料的另一面为大孔结构，孔径为0.1～5.0μm。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述具有梯度孔结构的膜材料作为超滤膜在除病毒中的应用。
[0017]优选的，所述超滤膜的皮层面为向光侧，大孔结构面为背光侧，以所述背光侧作为进水测，向光侧为出水侧。
[0018]本专利技术提供了一种具有梯度孔结构的膜材料的制备方法，本专利技术以具有梯度孔结构的聚合物膜为基膜，通过紫外光接枝法在膜皮层表面及孔内接枝亲水性聚合物，由于聚合物膜自身的梯度孔结构，导致紫外光辐照过程中光强度沿着基膜厚度发生衰减，同时利用光引发剂对紫外光的部分屏蔽作用，强化光引发剂在基膜内部的梯度固定，进而实现亲水性聚合物在基膜内部的梯度分布，使所制备的膜材料具有孔径大小由向光侧向背光侧逐步增大的梯度孔结构。而膜内部孔道空间明显高于膜表面，且孔道尺寸呈梯度分布，有利于体系中组分的逐级分离，提高分离效率。而且，接枝后聚合物基膜表面及内部孔径降低，使其具有分离纳米级尺寸病毒的能力；同时接枝物的亲水性具有降低膜污染的作用，有利于获得高的渗透性能。
[0019]本专利技术通过紫外光接枝法制备亲水性接枝层，可通过调节光引发剂浓度与接枝时间，对膜表面及内部孔径进行调控，得到具有不同梯度结构的膜材料。
[0020]将本专利技术制备的膜材料用于除病毒过滤时，采用背光侧(大孔结构)为进水测，向光侧(皮层面)为出水侧，原料液由大孔侧进入，梯度孔有利于分子量相接近的组分进行逐级分离，提高分离效率，因此溶液中的病毒颗粒可通过膜内部的梯度孔径进行逐级分离，同时避免膜堵塞，同步实现膜渗透与分离性能的提升。
[0021]本专利技术采用紫外光接枝技术对基膜进行亲水性聚合物的修饰，具有能耗低、反应时间短、条件温和及易于工业放大化等优点。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的膜材料横截面场发射电镜照片图；
[0023]图2为实施例1制备的膜材料向光侧场发射电镜照片图；
[0024]图3为实施例1制备的膜材料背光侧面场发射电镜照片图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种具有梯度孔结构的膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将聚合物基膜浸入光引发剂溶液中进行预覆，对所得基膜的皮层侧进行第一紫外光辐照，得到固定有光引发剂的聚合物基膜；所述聚合物基膜具有不对称梯度孔结构；
[0027]将所述固定有光引发剂的聚合物基膜与亲水性单体复合，进行第二紫外光辐照，得到具有梯度孔结构的膜材料；所述膜材料的孔径自皮层面至另一面梯度增大。
[0028]在本专利技术中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
[0029]本专利技术将聚合物基膜浸入光引发剂溶液中进行预覆，对所得基膜的皮层侧进行第一紫外光辐照，得到固定有光引发剂的聚合物基膜。在本专利技术中，所述聚合物基膜的制备材料优选包括聚醚砜、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、再生纤维素和乙烯
‑
乙烯醇共聚物中的至少一种；当所述聚合物基膜的制备材料为上述中两种以上时，本专利技术对不同种类材料的配比没有特殊的限定，任意配比均可。
[0030]在本专利技术中，所述聚合物基膜优选采用浸没沉淀相转化法制备；所述聚合物基膜的制备方法优选包括：将聚合物分散于有机溶剂中，室温超声脱泡，得到铸膜液；将所述铸膜液刮制成膜后，固化成形，依次进行浸泡和干燥，得到聚合物基膜。在本专利技术中，所述有机溶剂优选为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有梯度孔结构的膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚合物基膜浸入光引发剂溶液中进行预覆，对所得基膜的皮层侧进行第一紫外光辐照，得到固定有光引发剂的聚合物基膜；所述聚合物基膜具有不对称梯度孔结构；将所述固定有光引发剂的聚合物基膜与亲水性单体复合，进行第二紫外光辐照，得到具有梯度孔结构的膜材料；所述膜材料的孔径自皮层面至另一面梯度增大。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物基膜的材料包括聚醚砜、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯晴、再生纤维素和乙烯
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乙烯醇共聚物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂溶液中光引发剂包括二苯甲酮类光引发剂；所述光引发剂溶液所用溶剂包括丙酮、乙醚、二氯甲烷、氯仿和四氢呋喃中的至少一种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二苯甲酮类光引发剂包括2,2
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,4,4
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四羟基二苯甲酮、2,2
′‑
二羟基
‑4‑
甲氧基二苯甲酮、2,4
‑
二羟基二苯甲酮、2,2
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【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，张一琛，张玉香，李曼晴，李然，
申请(专利权)人：天津鼎芯膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：