聚偏氟乙烯中空纤维膜的超疏水化改性研究

摘要

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种含氟的低表面能材料，是综合性能优良的膜材料，在膜分离领域得到了广泛的应用。但PVDF疏水性能不高，因此，需要增强PVDF膜的疏水性，从而拓宽其应用领域。
　　本文采用稀溶液相转化法，通过改变凝固浴组成和沉淀剂，成功制备了粒径为纳米级的单分散的PVDF粒子。然后用超滤涂覆的方法，在PVDF基膜外表面上构建了微纳米结构，使基膜表面的疏水性能得到了很大的提高。文中考察了不同的凝固浴组成和沉淀剂对PVDF疏水膜接触角、孔径、透气系数和透水压力等性能的影响。文中还研究了不同的有机溶剂对PVDF颗粒在基膜表面粘附牢固性的影响。
　　实验采用不同的凝固浴组成得到了纳米级的PVDF小粒子，然后通过超滤方法涂覆在基膜表面上。结果发现，在凝固浴组成为60％ DMAc水溶液时各实验数据达到极值。疏水膜的接触角由80°提高到145°，透水压力增大，透气系数则有所降低，膜孔径没有明显变化。当水为凝固浴时，随着凝固浴温度的提高，疏水膜的接触角逐渐增大;随着涂覆时间的增加，疏水膜的接触角先增大后趋于平缓。
　　实验改变不同的沉淀剂制备出了单分散的PVDF纳米粒子，然后采用超滤方法将其涂覆在基膜上。结果表明，采用乙酸乙酯为沉淀剂时，各实验数据达到极值，疏水膜的接触角提高到146°，透水压力升高，透气系数则有所降低，膜孔径几乎没有变化。
　　实验用不同的有机溶剂和无水乙醇组成混合溶剂将PVDF颗粒涂覆在基膜上，并且单独用有机溶剂涂覆进行对比。然后进行超声振荡，通过接触角的变化考察PVDF颗粒在基膜表面粘附的牢固性。结果表明，采用混合溶剂时，PVDF颗粒粘附的比较牢固。将溶剂DMAc和无水乙醇按照一定的配比组成混合溶剂对基膜进行涂覆。经过超声振荡后，接触角下降的很少，说明PVDF颗粒在基膜表面粘附的牢固性比较强。并且随着混合溶剂的溶解度参数的增加，疏水膜的透气系数逐渐升高。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 固体表面理论及性能表征

1．1．1 固体表面的浸润性

1．1．2 接触角

1．1．3 接触角滞后和滚动角

1．1．4 浸润性模型

1．2 天然超疏水表面

1．2．1 植物中的超疏水表面

1．2．2 动物中的超疏水表面

1．3 超疏水表面的制备方法

1．3．1 化学气相沉积法

1．3．2 模板法

1．3．3 溶胶-凝胶法

1．3．4 刻蚀法

1．3．5 静电纺丝法

1．3．6 相分离法

1．3．7 其他方法

1．4 超疏水表面存在的问题及发展趋势

1．4．1 超疏水表面存在的问题

1．4．2 超疏水表面的发展趋势

1．5 疏水分离膜简介及研究进展

1．5．1 疏水分离膜简介

1．5．2 疏水分离膜的研究进展

1．6 课题的研究目的、意义及内容

1．6．1 课题的研究目的和意义

1．6．2 课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料及仪器

2．2 PVDF中空纤维疏水膜的制备

2．2．1 制备小粒径的PVDF粒子

2．2．2 涂覆实验

2．3 相转化粒子的TEM表征

2．4 疏水膜表面的SEM表征

2．5 接触角的测定

2．6 疏水膜孔径的测定

2．7 透气系数的测定

2．8 透水压力的测定

第三章 凝固浴对疏水膜性能的影响

3．1 凝固浴组成对PVDF粒子形成和疏水膜接触角的影响

3．2 疏水膜表面SEM表征

3．3 凝固浴组成对疏水膜孔径的影响

3．4 凝固浴组成对疏水膜透气性能的影响

3．5 凝固浴组成对疏水膜透水压力的影响

3．6 凝固浴温度疏水膜疏水性能的影响

3．7 涂覆时间对膜丝疏水性能的影响

3．8 本章小结

第四章 不同的沉淀剂对疏水膜性能的影响

4．1 PVDF中空纤维疏水膜的制备

4．1．1 制备小粒径的PVDF粒子

4．1．2 涂覆实验

4．2 不同的沉淀剂对PVDF粒子的形成和接触角的影响

4．3 疏水膜表面SEM表征

4．4 不同的沉淀剂对疏水膜孔径的影响

4．5 不同的沉淀剂对疏水膜透气系数的影响

4．6 不同的沉淀剂对疏水膜透水压力的影响

4．7 本章小结

第五章 PVDF颗粒粘附的牢固性

5．1 PVDF涂分散液的配制及涂覆

5．2 不同的有机溶剂对PVDF颗粒粘附牢固性的影响

5．3 溶剂含量对PVDF颗粒粘附牢固性的影响

5．3．1 溶剂含量对疏水膜接触角的影响

5．3．2 溶剂含量对疏水膜透气系数的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢