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成核剂对TIPS法聚丙烯多孔膜结构和透过性能的影响

孟朋艳  
【摘要】: 等规聚丙烯膜(iPP)具有价格低廉、常温下不溶于任何化学溶剂等优点,具有很强的市场竞争力。相对于较成熟的熔融-拉伸法,热致相分离(TIPS)法制备的iPP膜具有渗透性能好、孔径可调、孔径分布窄等优点,且国内尚未见到TIPS法膜产品,进口产品价格昂贵,相关的公开文献又少。所以采用TIPS法制备iPP膜的意义重大。TIPS法多孔膜容易形成闭合胞腔状孔结构,严重影响膜的透过性能,成核剂可望改善此方面的缺陷。为此,进行了TIPS法iPP膜的制备和成核剂对膜结构及透过性能的影响研究。 提高膜的透过性能是TIPS法亟待解决的问题,所以采用纯水通量作为评价准则,对成核剂进行筛选。研究发现,不论添加哪种成核剂,随成核剂添加量(γ)增加,纯水通量先上升再下降,存在一个最大值。根据纯水通量的测试结果,筛选出A、B和G三种成核剂,A的纯水通量最小,B的纯水通量最大,G是β型成核剂,均具有一定的代表性。 采用宽角X射线衍射(WAXD)法、差式扫描量热(DSC)法研究成核剂对iPP/DBP/DOP体系结晶行为的影响。研究发现:β成核剂的加入没有形成β晶;成核剂品种及添加量的改变影响结晶动力学参数,如成核密度(N)、结晶温度(tf)、半高宽(Wh)、结晶范围(Δt)、结晶度等。实验范围内,添加A后,N增加一个数量级左右,tf最大提高3.1℃,Wh和Δt最大分别降低0.7℃和1.8℃;添加B后,N增加两个数量级左右,tf、Wh和Δt最大分别提高6.5℃、1.5℃和4.8℃;结晶度的变化范围均在5%以内。说明成核剂B对iPP/DBP/DOP体系结晶行为的影响比A明显。 考察了A、B两种成核剂对膜结构和透过性能的影响。研究发现:不论添加成核剂与否,膜结构都是相似的,均为内部含有胞腔孔的球晶结构,且随着γ的增加,球晶尺寸先变小再变大,胞腔孔也变得均匀,膜结构先变疏松再变致密。孔隙率、纯水通量和截留率都呈先上升再下降的趋势,与膜结构的变化相对应,最高纯水通量分别较空白样品值(23.25 L?m-2?bar-1?h-1)提高了80.5%和156.7%,说明B比A的改善效果明显。冷却速率的提高减小了成核剂对膜结构和透过性能影响的敏感性:冷却速率为90K/min时,最高纯水通量只比空白样品提高了7.14%。说明对于任何一种成核剂,都存在一个γopt(最佳添加量),且γopt与成核剂种类、冷却速率有关;膜结构和透过性能的改变是成核剂和冷却速率协同作用的结果。 研究表明:实验范围内,动态结晶温度升高、成核密度增加、球晶生长速率下降及结晶温度范围延长,有利于多孔膜结构的改善和透过性能的提高。


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