我們給手機貼膜，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）,一個美國團隊９日在《自然·材料學》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。

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

類 別	膜材料	舉  例
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
非纖維素酯類	聚砜類	聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等
	聚酰(亞)胺類	聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等
	聚酯、烯烴類	滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等
	含氟(硅)類	聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
	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、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；

② 主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團，使之有高的抗壓密性和耐熱性；

③ 化學穩(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

為了引入親水基團，常將粉狀聚砜懸浮于有機溶劑中，用氯磺酸進行磺化。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)良的耐化學溶劑性能。除了強極性溶劑，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，易形成氫鍵，有較強的機械強度及具有良好的親水性。尼龍-66與尼龍-6相較，有更高的機械強度，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，其化學結(jié)構(gòu)為：

這種膜對0.5％NaCl溶液的分離率達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)異化學穩(wěn)定性。在常溫下，能耐受絕大多數(shù)化學溶劑除強氧化劑外。

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穩(wěn)定性。在室溫下不被酸、堿、強氧化劑和鹵素所腐蝕，對脂肪烴、芳香烴、醇、醛等有機溶劑穩(wěn)定。發(fā)煙硫酸、強堿、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，能耐其它任何強酸、強堿、油脂及有機溶劑。天然的強疏水性。

②典型應(yīng)用：因其天然的強疏水性被廣泛應(yīng)用于生物制藥領(lǐng)域中的空氣除菌除噬菌體如發(fā)酵罐的進氣和尾氣的除菌過濾及儲存罐的除菌過濾。強腐蝕性溶媒除菌過濾和有機溶劑的除菌過濾。高表張力溶媒須對PTFE進行親水化改性。

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， 不斷通過膜孔進人冷側(cè)而冷凝，從而達到膜蒸餾目的。

3.電性能：高聚物大部分是不導電的材料，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行復合，而獲得具有高的力學性能和導電功能的高分子復合材料。

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www.southsalemvet.com