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高温NIPS法制备PVC微孔膜及其结构控制的研究

郑捷

  本文利用高温相转化法制备了聚氯乙烯(PVC)平板微孔膜,研究了PVC成膜过程中的热力学和动力学影响因素,提出了较为系统的膜结构控制方法,通过采用不同添加剂,以及共混的方法改善了PVC微孔膜的亲水性能。 首先,采用高温NIPS法,以水溶性酯γ-丁内酯(GBL)与常用溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)作为混合溶剂,通过计算此混合溶剂体系与PVC的溶度参数差,判断铸膜液的热力学稳定性,结果表明随着γ-丁内酯的含量升高,溶解度参数差△δs-p逐渐升高,铸膜液的热力学稳定性逐渐降低。同时实验表明:随着DMAc/GBL质量比增大,膜表面孔增多,整个膜截面结构由海绵状逐渐在靠近水的一侧形成指状孔,机械性能降低。 其次,在固定混合溶剂DMAc/GBL=1/1的基础上,讨论了PVC浓度,铸膜液温度,以及聚乙烯吡咯烷酮(PVPK90)的加入对膜性能和结构的影响。结果表明:PVC浓度的降低提高了孔隙率和水通量,铸膜液温度的提高降低了孔隙率,但提高了水通量。PVP的加入提高了溶剂和非溶剂的交换速度,指状孔逐渐转化成锥形孔,膜表面开孔变小,并形成了致密的皮层,膜的通量和截留率增大。 然后,固定PVC浓度为20wt.%,采用GBL作为溶剂,聚乙二醇(PEG400)作为添加剂,研究了添加剂PEG比例对膜结构和性能的影响。实验结果表明:当PEG添加剂比例从10wt.%升高到30wt.%,膜的断面由指状孔转变为海绵状结构,膜的表面在放大10000倍的情况下没有明显的开孔结构。且PEG含量较大的膜具有更好的亲水性。随着添加剂PEG含量的增大,膜的孔隙率升高,但是膜的纯水通量没有很大的提高。在此基础上,改变凝胶浴浓度,由纯水转变成50wt.%GBL溶液,95wt.%GBL溶液。随着凝胶浴浓度的提高,膜的沉淀速率逐渐变慢,膜的断面维持在海绵状的结构。经95wt.%GBL溶液沉淀成膜后的膜表面开始产生了明显的微孔结构,水通量有了很大的提高,该组膜的断裂强度维持在6.5MPa左右。 最后,使用20wt.%PEG400为添加剂50wt.%GBL作为溶剂,考察PVC/PVB共混比对成膜的影响。随亲水性高聚物PVB的引入,PVC的亲水性明显增强,膜外表面光滑平整不易收缩起皱。从SEM照片可以看出,PVB含量增大导致膜表面的平均孔径减小,开孔率增大,断面由海绵状转变为网状结构。且随着PVB含量的升高,膜的孔隙率由71.6%提高到80.8%,纯水通量由10L/(m2·h·bar)增加至30L/(m2·h·bar),对牛血清蛋白的截留率均在95%左右。同时该组膜显示出了很好的机械性能,断裂强度均在5Mpa以上……   
[关键词]:聚氯乙烯(PVC);高温相转化法;混合溶剂;添加剂;共混
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华东理工大学2011年