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PVDF及其杂化膜的制备与表征

姜海凤  
【摘要】: 聚偏氟乙烯(PVDF)是一类性能优良的膜材料。通过相转化法制备了PVDF平板膜,研究了制膜条件与膜结构和性能的关系;通过在膜液体系中直接加入钛酸丁酯(TBT),制备了不同Ti含量的PVDF杂化膜,研究了TBT加入量对杂化膜结构和性能的影响。 通过改变铸膜液组成(聚合物浓度、聚合物共混比例、无机添加剂含量、有机添加剂种类及分子量)和制膜工艺条件(预蒸发时间、凝胶浴温度、凝胶浴中溶剂和乙醇含量),研究各因素改变对纯PVDF膜的结构和性能的影响。研究发现,随着铸膜液中PVDF浓度的增加,膜内海绵孔逐渐发展,亚层指状孔结构受到抑制。PVDF共混一定量聚丙烯腈(PAN),膜的亲水性提高。聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮k30(PVP k30)或LiCl对膜的纯水通量有很大影响,其中PVP k30的影响最大;随着LiCl加入量的增加,膜的纯水通量和胃蛋白酶截留率增加;PEG分子量升高,膜纯水通量和胃蛋白酶截留率增加。相同PVDF浓度下,以N, N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)及N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂所制备的PVDF膜中,水通量由小至大排序为DMF DMAc NMP。随着凝固浴温度升高,膜纯水通量增大,截留率降低;凝胶浴中乙醇或DMAc含量增加,膜中指状孔结构减少,膜纯水通量和孔隙率降低,胃蛋白酶截留率增加。 采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法和相转化法,以TBT为前驱体制备PVDF杂化膜。研究了TBT加入量对杂化膜结构和性能的影响。结果表明,铸膜液中加入TBT后,对杂化膜结构和性能有较大影响:膜的非对称性减弱,膜中指状孔所占比例减少;杂化膜的表面积、表面积偏差和表面粗糙度均小于PVDF膜;TBT的加入对膜的热学性能几乎没有影响;EDS结果显示,杂化膜中存在Ti和O,说明TBT的水解产物存留在杂化膜中;与纯PVDF膜相比,杂化膜中结晶性聚合物PVDF的α相减少,在一定程度上改变了PVDF膜的晶相结构;亲水性和孔隙率随TBT加入量增加而增加,但当TBT加入量大于3.8wt%时,亲水性和孔隙率反而降低;膜的机械强度随TBT加入量增加略有降低;膜的污染性能测试表明,杂化膜的抗污染性能优于纯PVDF膜。


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