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《北京化工大学》 2012年
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PET径迹—刻蚀膜表面ATRP接枝制备环境响应膜

李海柱  
【摘要】:本论文主要研究了在PET径迹-刻蚀膜表面采用原子转移自由基聚合(ATRP)接枝不同功能聚合物:两种pH响应聚合物PHEMA和P(HEMA-co-DMAEMA),两种光敏聚合物PHEMA/CA和P(HEMA/CA-co-DMAEMA),制备多种功能膜的应用。 利用PET径迹-刻蚀膜表面的酯基与乙二胺反应生成活性的氨基和羟基基团,然后再和2-溴异丁酰溴(2-BIB)进行反应引入ATRP反应所需的大分子引发剂,最后在膜表面分别ATRP接枝具有pH响应性的聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)与HEMA的共聚物,制备出两种pH响应膜。通过X光电子能谱仪(XPS)、红外光谱测试(ATR-FTIR)、热重分析(TGA)、接枝率和接触角证明已成功接枝上PHEMA、P(HEMA-co-DMAEMA)。扫描电子显微镜(SEM)表征了膜的表面结构与形貌,发现随接枝时间的增长,膜表面的孔径逐渐变小。采用膜通量测试研究了接枝膜对pH值的敏感性。对于接枝有PHEMA的PET径迹-刻蚀膜表现出pH开关效应,中性条件通量低,酸性时高,临界pH范围在4~5之间。接枝膜的开关幅度随接枝程度的增加而增加。接枝有P(HEMA-co-DMAEMA)共聚物的PET膜则表现出不同的pH响应性,随共聚物中HEMA的含量增加,共聚接枝膜的pH响应区域升高,当HEMA含量为0(摩尔比:HEMA/DMAEMA=0)时,接枝膜的pH响应区域为4~6,当HEMA的含量为0.4(摩尔比:HEMA/DMAEMA=0.4)时,共聚物接枝膜的pH响应区域升高到9~11。 在此基础上,利用HEMA的羟基与肉桂酰氯(CA)反应,生成光敏接枝链,还拓展制备出PET-g-PHEMA/CA和PET-g-P(HEMA/CA-co-DMAEMA)两种光敏膜。ATR-FTIR、TGA等测试表明肉桂酰氯成功与接枝链反应,光敏的肉桂酸酯在紫外辐照下交联反应进行顺利。并用SEM分别表征了交联前后的膜表面与断面的结构与形貌,水通量测试表征了交联前后膜渗透性能的变化。结果显示PET-g-PHEMA/CA膜在紫外交联后,膜孔隙率增大,孔径增大,膜的纯水通量是交联前的两倍多。探讨了不同溶剂对PET-g-P(HEMA/CA-co-DMAEMA)膜进行紫外交联过程的影响,在不同溶剂中的接枝链形态不同(接枝链的舒展程度不同),导致交联后的膜表面形貌有很大差别。当膜浸润在DMF或NMP等溶解能力较强的强极性溶剂中时,接枝链与溶剂的作用力较强,呈舒展状态,紫外交联时舒展的链之间交联,封堵了膜孔,在膜表面形成平滑的致密层。当膜浸润在水中时,由于接枝链与水的作用力较小,链趋向于收缩状态,紫外交联时收缩的链交联附着在膜孔壁上,形成开孔膜。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.2

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