模板与非溶剂添加剂在高疏水性PVDF多孔膜制备中的作用研究

摘要

模板辅助相分离是一种制备高疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）多孔膜的简易方法，本文以N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂，水为非溶剂凝固浴，采用不同的粗糙模板制备PVDF疏水膜，并对模板和非溶剂添加剂（NSA）在模板辅助相分离过程中的作用进行研究，从而为工业规模制膜提供理论依据。
　　通过扫描电镜（SEM）观察、水接触角测试、气通量测量等方法，考察了喷砂玻璃板、腐蚀的合金铝板和腐蚀的不锈钢板对PVDF膜结构和性能的影响。结果显示，与光滑玻璃板相比，具有一定粗糙度的模板制备的膜底面疏水性、透过性能、机械性能均有提高，其中，腐蚀的合金铝模板制备的PVDF膜疏水性可达135°，综合性能最优。通过实验设计和XRD分析，探讨了模板对PVDF膜底面结构和浸润性的影响机理，结果发现，金属基底的粗糙微结构对膜的锚固约束不仅减慢了溶剂与非溶剂凝固浴之间的传质速率，而且对膜底面有诱导结晶效应。
　　分别以乙醇、异丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、正壬醇、正癸醇为非溶剂添加剂（NSA），采用浊点滴定、黏度测定和凝胶动力学实验考察了NSA对铸膜液体系热力学性质、铸膜液黏度和成膜过程凝胶动力学的影响，研究了NSA种类和含量对模板辅助相分离PVDF膜结构与性能的影响规律。结果发现，NSA的加入，使铸膜液的热力学稳定性下降，相分离易于发生，按无水乙醇—正癸醇的顺序或NSA含量的增加，铸膜液黏度增大，凝胶速率减慢，膜的结晶度增大，NSA按无水乙醇——正癸醇的顺序，膜底面疏水性先提高后略有下降，NSA含量增加，膜底面疏水性提高。
　　粗糙模板和非溶剂添加剂对PVDF膜疏水性提高均有重要的贡献。粗糙金属模板的锚固作用和诱导结晶效应使模板不仅提供了膜底面的微米级结构，而且提高了膜底面的结晶度；NSA的加入减慢了PVDF成膜过程中的相分离速率，从膜内部促进了聚合物结晶，二者协同作用，提高了膜的疏水性。

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符号说明

第一章 绪论

1.1表面浸润性理论

1.2 高疏水性膜的研究

1.3 扩散致相分离制膜理论

1.4 本文工作

第二章 实验部分

2.1 实验原料及仪器

2.2 模板法及模板的制备

2.3 疏水性微孔膜的制备方法

2.4 铸膜液的热力学性质测定

2.5 铸膜液黏度的测定

2.6 凝胶动力学测定

2.7 本章小结

第三章 模板对PVDF膜结构与性能的影响

3.1 粗糙玻璃模板的影响

3.2 腐蚀合金铝模板的影响

3.3 腐蚀不锈钢模板的影响

3.4 不同粗糙模板制得的膜性能对比

3.5 模板对PVDF膜底面结构与浸润性影响的机理分析

3.6 本章小结

第四章 非溶剂添加剂在模板辅助相分离过程中的效应

4.1 非溶剂添加剂对铸膜液黏度、热力学性质和凝胶动力学的影响

4.2 非溶剂添加剂种类对PVDF膜结构与性能的影响

4.3 非溶剂添加剂含量对PVDF膜结构与性能的影响

4.4 非溶剂添加剂在模板辅助相分离成膜过程中的效应分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢