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聚偏氟乙烯(PVDF)平板膜的制备工艺及化学改性的研究

陈炜  
【摘要】: 聚偏氟乙烯(PVDF)是一类性能优良的膜材料。本文通过相转化法制备PVDF平板膜,研究了制膜条件与PVDF膜结构和性能的关系;采用氢氧化钾(KOH)的甲醇溶液直接处理PVDF膜的新方法,研究了PVDF膜的亲水化改性。 研究发现,随着制膜液中PVDF浓度的增加,膜上表面的微孔逐渐减少,PVDF膜的水通量、平均孔径及孔隙率也逐步减小。采用亲水性的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,使膜表面的接触角下降10度以上,可以有效地改善膜的表面亲水性,膜的孔隙率及水通量均增大。不同分子量的PEG作为添加剂时,PEG分子量越大,形成的膜表面大孔越多,水通量越高。以无机盐氯化锂(LiCl)为添加剂时,随着LiCl浓度增加,膜内指状孔明显变大。通过研究溶剂对膜结构和性能的影响,发现相同PVDF浓度下,以二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)及二甲基亚砜(DMSO)为溶剂所制备的PVDF膜中,水通量由小至大排序为DMFDMAcNMPDMSO,并从相转化过程动力学和溶解度参数出发分析了溶剂/非溶剂体系对膜结构和性能的影响。改变凝固浴组成发现,凝固浴中加入乙醇将减缓非溶剂扩散入制膜液,减小PVDF的沉淀速度,抑制指状结构的形成,有利于海绵状结构的形成;在凝固浴中加入氯化钠时,膜内指状孔有变小的趋势。改变凝固浴温度发现,升高温度对膜的平均孔径无明显影响,但水通量及孔隙率都有所增加。制膜液温度升高,得到微孔膜的孔隙率、水通量及平均孔径都增大。 在改性方面,研究了KOH-甲醇体系中KOH的浓度、处理时间以及反应温度等对PVDF平板膜的亲水化改性效果,发现用此体系可以有效降低膜表面的接触角,经60℃的5wt%KOH甲醇溶液处理4小时后的PVDF膜,接触角下降了24度,但对水通量的影响却不显著;红外光谱表明,改性后膜表面引入了C=C双键、羟基和羰基等基团,这些基团为对PVDF膜的进一步接枝改性和功能化提供了条件。


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