聚偏氟乙烯接枝3-苯基丙烯酸的亲水化改性及微滤膜的制备

摘要

聚偏氟乙烯（PVDF）是目前市场上应用最广泛的分离膜材料之一，但其本身的疏水特性使膜在水介质过滤中存在通量低，易污染的问题。通过改性的方法提高膜材料的亲水性是解决这一问题的关键。针对这一问题，本论文设计并合成了亲水性聚合物PVDF-g-P(CA)，以提高膜的亲水性和抗污染能力。
　　通过自由基聚合的方法，以过氧化对苯二甲酰（BPO）为引发剂，3-苯基丙烯酸（CA）为单体，在N,N-二甲基甲酰胺溶液中引发接枝聚合，首次制得接枝3-苯基丙烯酸的聚偏氟乙烯。采用红外光谱、差示扫描量热法以及热失重法对聚合物3-苯基丙烯酸的结构与性能进行了表征。结果表明，3-苯基丙烯酸接枝到PVDF骨架上。DSC分析表明接枝后的聚偏氟乙烯的吸热峰温度会随着CA浓度的增加而增加。TG热分析进一步做了验证。通过接触角测试，发现改性后的聚偏氟乙烯（PVDF-g-P(CA)）的接触角由88°降低到54°。表明改性后的聚偏氟乙烯的亲水性较单纯的聚偏氟乙烯PVDF增强。
　　在接枝聚合过程中，接枝率的变化既与自由基反应的机理有关，也与单体的扩散运动有关。本接枝聚合体系，最佳的反应时间为10h，反应温度为70℃，引发剂用量为单体质量的5％，单体浓度w(CA)=5%。
　　以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为致孔剂，分别以PVDF和改性后的PVDF-g-P(CA)为原料，采用流延法制备聚偏氟乙烯微滤膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观测了PVDF膜改性前后的表面形貌，测试接枝前后PVDF膜纯水通量。结果表明，PVDF-g-P(CA)膜的孔径在600-700nm之间，孔径分布较均匀，纯水通量为81 L/(m2·h)，比PVDF膜的水通量增加了16 L/(m2·h)。通过PVDF-g-P(CA)膜对牛白蛋白（BSA）溶液的动态过滤实验说明了改性后的PVDF-g-P(CA)膜，在大大增加了膜的通量的同时，减少了BSA在膜表面的吸附，增强了膜的抗污染性能。过滤实验显示亲水性物质的引入使得PVDF膜的亲水性、通量和抗污染能力大大提高，同时膜依然保持良好的截留性能。
　　同时还考察了膜制备过程中的影响因素。制膜过程中，选择合适的致孔剂，控制适当的升温速率、环境湿度、致孔剂浓度，才能制备出性能良好的聚偏氟乙烯微滤膜。

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1 绪论

1.1 膜技术发展概述

1.2 膜的制备方法

1.3 聚偏氟乙烯简介

1.4 聚偏氟乙烯膜的亲水化改性方法及进展

1.5 本论文中所采用的制膜方法

1.6 本课题的研究目的及意义

2 聚偏氟乙烯的接枝改性及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 聚偏氟乙烯接枝反应的影响因素

3.1 引言

3.2 接枝聚偏氟乙烯PVDF-g-P(CA) 接枝率的测定

3.3 接枝反应的影响因素

3.4 本章小结

4 聚偏氟乙烯微滤膜的制备与表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 聚偏氟乙烯膜的影响因素

5.1 温度对膜的影响

5.2 湿度对膜的影响

5.3 致孔剂对膜的影响

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢