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《浙江理工大学》 2010年
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PTFE微孔膜物理亲水改性研究

刘鸣  
【摘要】:利用膜对颗粒的吸附、截留和筛分作用进行分离的微滤技术得到迅速发展。在众多的膜材料中,聚四氟乙烯(PTFE)微孔薄膜由于其耐酸、耐碱、耐高温、微孔结构可调控性强等优点,被广泛应用于环保、过滤、纺织、医疗、军事等方面。但由于PTFE表面能低,表面润湿性差,影响了其在过滤领域的应用,因此薄膜的亲水改性成为研究热点。 本文在深入分析包括钠-萘化学处理等在内的传统化学改性对材料本体性能影响大的基础上,提出了物理改性的思路。依赖分子间作用力在PTFE微孔膜表面吸附沉积Fe~(3+),再在沉积层上聚合亲水性单体并形成配位键合,在基本不影响薄膜本体性能的前提下,对PTFE微孔膜进行物理亲水改性。通过FTIR、SEM、ζ电位分析、超声振荡、接触角、水通量等手段研究了改性薄膜的结构和性能。结果表明,PTFE薄膜的亲水性能得到了显著的提高。 主要研究内容和结论: (1)超声振荡和FTIR实验表明,Fe(OH)_3胶体可牢度地吸附在PTFE膜上,二者之间通过分子间作用力结合。吸附降低了薄膜与水的接触角,提高了表面张力。最佳吸附条件为:浸渍液为,20mL沸水/FeCl_3溶液(1mol/L)7.5mL/NaOH溶液(2mol/L)1.5mL;浸渍时间20h、浸渍温度15℃。 (2)依据电负性及离子半径对溶液离子特性与吸附作用进行理论分析,通过ζ电位测试MgCl_2和CuCl_2等溶液进行理论验证,认为由于Fe~(3+)具有大的电负性以及比H~+的离子半径大的特点,赋予了PTFE与Fe~(3+)之间较强的亲合力;与Cu(OH)_2比较,水解能力强的Fe3+容易形成胶体,可牢固吸附到PTFE薄膜上。 (3)为了进一步提高Fe(OH)_3胶体吸附后PTFE薄膜的亲水性能,再聚合丙烯酸(AA)亲水性单体。采用FTIR分析了聚丙烯酸(PAA)与Fe(OH)3之间的键合作用,认为PAA与Fe(OH)_3通过桥式配位相连接。 (4)实验研究了单体AA浓度、引发剂(NH_4)_2S_2O_8用量、聚合温度和时间等对薄膜增重率的影响,建立了膜增重率与水通量间的关系。最佳聚合条件为:AA浓度25%,(NH_4)_2S_2O_8用量1%(占单体重量),聚合温度60℃,聚合时间60min。此时薄膜增重率为7.9%,薄膜与水的接触角由146°降至76°,表面张力由1.15×10~(-2)N·m~(-1)增大到5.92×10~(-2)N·m~(-1),水通量从0增大至0.069 m~3·m~(-2)·h~(-1),薄膜的亲水改性效果显著,水透过性能得到改善。 该方法不仅拓宽了PTFE薄膜亲水改性途径,而且为有机与无机材料相结合提供了新的加工方法。
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