你，是否想過給自己”貼膜“
我們給手機(jī)貼膜，給電腦屏幕貼膜，你有沒有想過，有一天，我們要給自己“貼膜”。新華社倫敦５月９日電（記者張家偉）,一個美國團(tuán)隊９日在《自然·材料學(xué)》網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表報告說，他們開發(fā)的一種透明聚合物薄膜可作為“第二層皮膚”貼合在人體上，幫助消除皺紋，在護(hù)膚品開發(fā)和皮膚病治療方面具有良好應(yīng)用前景。
那么什么是聚合物薄膜，它又有什么哪些種類，哪些用途呢，讓我們一起來了解下。
一概述
聚合物薄膜是以有機(jī)高分子聚合物為材料制成的薄膜。隨著石油工業(yè)和科技的發(fā)展，高分子膜的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，由最初的包裝膜發(fā)展到了智能高分子膜、高分子功能膜等。其中用量最大的是選擇性分離膜，如離子交換膜、微孔過濾膜、超過濾膜、液膜、液晶膜等。已應(yīng)用的領(lǐng)域有核燃料及金屬提煉、氣體分離、海水淡化、超純水制備、污廢處理、人工臟器的制造、醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、化工等各方面。
二定義
高分子分離膜：是由聚合物或高分子復(fù)合材料制得的具有分離流體混合物功能的薄膜，也稱功能膜。膜分離是依據(jù)膜的選擇透過性，將分離膜作間隔層，在壓力差、濃度差或電位差的推動力下，借流體混合物中各組分透過膜的速率不同，使之在膜的兩側(cè)分別富集，以達(dá)到分離、精制、濃縮及回收利用的目的。單位時間內(nèi)流體通過膜的量（透過速度）、不同物質(zhì)透過系數(shù)之比（分離系數(shù)）或?qū)δ撤N物質(zhì)的截留率是衡量膜性能的重要指標(biāo)。
三分類
按使用功能分為：混合物分離膜、藥物釋放緩釋膜和分隔作用保護(hù)膜；
按被分離物質(zhì)性質(zhì)分為：氣體分離膜、液體分離膜、固體分離膜、離子分離膜和微生物分離膜；
按被分離物質(zhì)粒度大小分為：超細(xì)濾膜、超濾膜和微濾膜；
按膜形成過程分為：沉積膜、溶劑注膜、界面膜和動態(tài)形成膜；
根據(jù)膜性質(zhì)分為：密度膜、相變形成膜、乳化膜和多孔膜。
四材料種類及應(yīng)用
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類 別 |
膜材料 |
舉 例 |
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纖維素酯類 |
纖維素衍生物類 |
醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等 |
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非纖維素酯類 |
聚砜類 |
聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 |
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聚酰(亞)胺類 |
聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等 |
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聚酯、烯烴類 |
滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 |
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含氟(硅)類 |
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等 |
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其他 |
殼聚糖，聚電解質(zhì)等 |
1.纖維素酯類膜材料
A、結(jié)構(gòu)：纖維素是由幾千個椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過1,4—β—甙鏈連接起來的天然線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：
從結(jié)構(gòu)上看，每個葡萄糖單元上有三個羥基。在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。
B、材料特性：來源廣、易制備、成膜好、耐氯強(qiáng)、表面光潔、不易結(jié)垢、耐污染、蛋白吸附量低。但PH值適用范圍窄，PH=3-7，使用溫度低，耐化學(xué)性差，易于水解，壓密性較差，抗菌性差。
C、典性應(yīng)用：大小輸液的除菌過濾；注射液的除菌過濾；疫苗，生物制品和抗生素除菌過濾；細(xì)胞培養(yǎng)基，診斷試劑及含有蛋白質(zhì)，維生素和防腐劑的制劑的除菌過濾；基因工程產(chǎn)品的除菌過濾；眼藥液的除菌過濾；血清，血漿分離的除菌過濾。
2. 非纖維素酯類膜材料
A、非纖維素酯類膜材料的基本特性：
① 分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)；
② 主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，使之有高的抗壓密性和耐熱性；
③ 化學(xué)穩(wěn)定性好；
④ 具有可溶性；
常用于制備分離膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物等。
B、主要的非纖維素酯類膜材料
a、聚砜類：
聚砜結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)
為了引入親水基團(tuán)，常將粉狀聚砜懸浮于有機(jī)溶劑中，用氯磺酸進(jìn)行磺化。聚砜類樹脂常用的制膜溶劑有：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等。
1）材料特性：雙酚A型聚砜是最常用的制膜材料。聚醚砜雙稱聚苯醚砜。為了改善該材料的親水性，常常對其磺化。兩者均有優(yōu)良的耐化學(xué)溶劑性能。除了強(qiáng)極性溶劑，濃硫酸、濃硝酸外，對一般的酸、堿、鹽、醇、脂肪烴等化學(xué)試劑穩(wěn)定。耐蒸汽性能好，能經(jīng)受到50mg/L游離氯的長期侵蝕。但耐紫外線性能較差。它們均溶于氯代烴，并在酮類和酯類發(fā)生溶脹，部分溶解。
2）典型應(yīng)用：大輸液的除菌過濾、緩沖液的除菌過濾、注射用水的除菌過濾、清洗液和消毒液的除菌過濾、大批量藥液的除菌過濾、任何需要超高流速的液體過濾。
b、聚酰胺類（尼龍-6、尼龍-66）
Du Pont公司生產(chǎn)的DP—I型膜即為由此類膜材料制成的，它的合成路線如下式所示：
類似結(jié)構(gòu)的芳香族聚酰胺膜材料還有：
1）材料特性：主要由二元酸和二元胺或氨基酸內(nèi)酰胺經(jīng)縮聚或自聚而得。因有酰胺基團(tuán)，易形成氫鍵，有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度及具有良好的親水性。尼龍-66與尼龍-6相較，有更高的機(jī)械強(qiáng)度，更高的耐溫性，更好的耐低溫性。兩者均有較好的耐堿性，良好的耐有機(jī)溶劑性能，耐脂耐油（礦物油和植物油）不耐酸。蛋白吸性較高。
2）典型應(yīng)用：抗生素、維生素和其它發(fā)酵產(chǎn)品的除菌過濾；化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品除菌過濾；獸用藥品的除菌過濾；口服液、眼藥液的除菌過濾；醫(yī)藥行業(yè)輸液和針劑的除菌過濾；生理鹽水和其它溶劑的除菌過濾；其它在制藥、化工和化妝品行業(yè)中的低成本產(chǎn)品的除菌過濾。
c、芳香雜環(huán)類
聚苯并咪唑類，如由美國Celanese公司研制的PBI膜即為此種類型。這種膜材料可用以下路線合成：
聚苯并咪唑酮類，這類膜的代表是日本帝人公司生產(chǎn)的PBLL膜，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為：
這種膜對0.5％NaCl溶液的分離率達(dá)90％～95％，并有較高的透水速率。
聚吡嗪酰胺類，這類膜材料可用界面縮聚方法制得，反應(yīng)式為：
聚酰亞胺類，聚酰亞胺具有很好的熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑能力，因此是一類較好的膜材料。
例如，下列結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺膜對分離氫氣有很高的效率。
其中，Ar為芳基，對氣體分離的難易次序如下：
聚酰亞胺溶解性差，制膜困難，因此開發(fā)了可溶性聚酰亞胺，其結(jié)構(gòu)為：
d、乙烯基聚合物
用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚乙烯/乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。
聚丙烯（PP）：
1）材料特性：因分子鏈在空間排列上差異分等規(guī)和無規(guī)聚丙烯。膜的用材料為等規(guī)聚丙烯。等規(guī)聚丙烯是一種高度結(jié)晶熱塑性樹脂。有較好的耐熱性及優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性。在常溫下，能耐受絕大多數(shù)化學(xué)溶劑除強(qiáng)氧化劑外。
2）典型應(yīng)用（熱噴纖維平板膜）：應(yīng)用于液體或氣體中的雜質(zhì)或顆粒。不作為除菌過濾。注射液的預(yù)過濾；去離子水系統(tǒng)的顆粒過濾；化學(xué)溶媒的去微粒過濾；生物制品的除顆粒的過濾。各種溶劑或溶液體的澄清過濾。
e、含氟(硅)類
1）聚偏二氟乙烯（PVDF）
①材料特性：PVDF是一種結(jié)晶性聚合物。有極好的耐侯性和化學(xué)穩(wěn)定性。在室溫下不被酸、堿、強(qiáng)氧化劑和鹵素所腐蝕，對脂肪烴、芳香烴、醇、醛等有機(jī)溶劑穩(wěn)定。發(fā)煙硫酸、強(qiáng)堿、酮、醚能使其溶脹或部分溶解。
②典型應(yīng)用：疏水性PVDF在蒸汽過濾；各種腐蝕性氣體的除菌過濾；有機(jī)溶劑的除菌過濾；制藥行業(yè)壓縮空氣的除菌過濾；發(fā)酵罐進(jìn)氣或尾氣的除菌過濾等方面。親水性PVDF因蛋白吸附量低析出物少，廣泛應(yīng)用于生物制藥中的除菌過濾，帶正電荷PVDF可以用來除內(nèi)毒素。
2）聚四氟乙烯（PTFE）
①材料特性：聚四氟乙烯從分子結(jié)構(gòu)看是直鏈狀熱塑性聚合物。具有極其優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性及極好的耐侯性。除了金屬鈉，氟元素及其化合物對它有一定的侵蝕作用外，能耐其它任何強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、油脂及有機(jī)溶劑。天然的強(qiáng)疏水性。
②典型應(yīng)用：因其天然的強(qiáng)疏水性被廣泛應(yīng)用于生物制藥領(lǐng)域中的空氣除菌除噬菌體如發(fā)酵罐的進(jìn)氣和尾氣的除菌過濾及儲存罐的除菌過濾。強(qiáng)腐蝕性溶媒除菌過濾和有機(jī)溶劑的除菌過濾。高表張力溶媒須對PTFE進(jìn)行親水化改性。
五性能
1.透過性：膜的透過性是高分子膜材料非常重要的性能之一，幾乎所有關(guān)于膜的報道都涉及此性能。實驗結(jié)果表明，膜的透過性與溫度、膜厚度、化學(xué)組成、制備工藝條件以及膜的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)有著密切的關(guān)系。
2.蒸餾性：膜蒸餾是以蒸氣壓差為動力的膜分離過程，其特點是在常壓下和適當(dāng)溫度下可以處理高濃度的溶液。如在水溶液的膜蒸餾過程中，憎水的微孔膜把不同溫度的水溶液隔開， 而暖側(cè)的水蒸氣在蒸氣壓差作用下， 不斷通過膜孔進(jìn)人冷側(cè)而冷凝，從而達(dá)到膜蒸餾目的。
3.電性能：高聚物大部分是不導(dǎo)電的材料，所以能在電器工業(yè)上作絕緣材料使用。隨著膜材料研究的發(fā)展，具有各種良好電性能的膜也相繼出現(xiàn)。如聚毗咯(PPY ) 就是具有高導(dǎo)電率的材料， 但因它有難溶、難熔、難加工的缺點使其實用受到很大限制。有許多研究工作是通過聚毗咯與其他柔性高聚物在分子水平上進(jìn)行復(fù)合，而獲得具有高的力學(xué)性能和導(dǎo)電功能的高分子復(fù)合材料。
六制備方法
七前景及應(yīng)用
高分子聚合膜廣泛的應(yīng)用于各種膜分離過程中。膜材料的性能直接決定了膜分離過程性能的高低，因而研制出具有高選擇性、高通量、基本無缺陷并能大規(guī)模生產(chǎn)的膜一直以來是膜分離技術(shù)研究的重點內(nèi)容。
膜蒸餾技術(shù)在海水和苦咸水的淡化、廢水處理、低溫果汁濃縮、中醫(yī)藥制備等領(lǐng)域得到了廣泛的研究, 由于膜蒸餾淡化技術(shù)可以利用低品位能源( 如廢熱、太陽能等) 作為其驅(qū)動動力， 因而在能源緊張和水資源緊張的當(dāng)今越來越受到重視。但是低蒸餾通量和價格高昂的膜材料成為制約膜蒸餾技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
目前應(yīng)用的高分子膜材料主要有三種, 即聚四氟乙烯( PTFE) 、聚偏氟乙烯( PVDF) 和聚丙烯( PP) 。它們的疏水性能都較好, 其中PTFE 膜的疏水性最好。從耐氧化性及化學(xué)穩(wěn)定性看， PTFE 膜優(yōu)于其他兩種膜，這使得PTFE 膜在膜蒸餾過程中應(yīng)用較廣； PVDF 膜次之； PP 膜化學(xué)穩(wěn)定性及耐氧化性相對較差，但由于價格低廉, 市場應(yīng)用廣闊。更多內(nèi)容請訪問s1l6e.cn
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