聚烯烃膜的亲水性改性及其性能研究

摘要

聚烯烃是一类通用型的高分子材料，最具代表性的是聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。这类聚合物具有优良的机械性能、化学稳定性、热稳定性以及成本低等优点，是一类广泛应用且潜力巨大的高分子膜材料。但由于聚烯烃分离膜具有较强的疏水性，在使用过程中容易被污染，使分离能力下降，从而限制了其应用。所以，提高聚烯烃膜表面的亲水性以及改善其抗污染性能具有重要的科学意义和实用价值。本论文选用了聚烯烃膜中最具代表性的聚丙烯膜为研究对象，具体研究工作主要围绕以下几方面展开:
　　 以二苯甲酮为光敏剂，通过紫外光引发接枝，将亲水性单体丙烯酸（AA）和甲基丙烯酸(MAA)接枝到聚丙烯薄膜表面。考察了单体种类、辐照时间、光敏剂浓度以及溶剂类型对接枝率的影响。利用扫描电子显微镜和衰减全反射红外光谱对接枝薄膜的表面形貌结构和化学组成进行表征，通过吸水率和水接触角研究了接枝后薄膜的亲水性。结果表明，相比于有机溶剂，在水溶剂中AA的接枝率明显提高;在相同条件下，丙烯酸的接枝率高于甲基丙烯酸;当接枝率为11.8％时，膜表面水接触角从原膜的95°降低到35°，改性膜的亲水性显著提高。
　　 以聚丙烯(PP)微孔膜为基体，以丙烯酸为亲水性单体，在紫外光辐照下，实现了对聚丙烯微孔膜的表面亲水性改性，研究了接枝密度和接枝链长对膜亲水性的影响。随着接枝密度的增大，膜的通量呈现先增加后降低的趋势，当接枝密度为352.9μg/cm2时，此时膜的纯水通量达到最大值1023 L·m-2·h-1，同时表现出良好的抗污染性能，相比于原膜，改性膜的总污染降低了20％，不可逆污染下降了40％。
　　 接枝密度和接枝链长对膜的亲水性、纯水通量和抗污染性都有一定的影响，相比于接枝密度，接枝链长对膜的性能影响较小，接枝密度对膜亲水性、通量和抗污染性影响显著。
　　 通过紫外光接枝的方法，将对苯乙烯磺酸钠(SSS)接枝到聚丙烯中空纤维膜的表面，研究了不同接枝条件，如单体浓度、光敏剂浓度和紫外辐照时间对接枝率的影响。结果表明，随着接枝率的增大，聚丙烯中空纤维膜表面的亲水性不断增强，当接枝率为19.3％时，膜的水接触角为43°，相比于原膜下降了67°，亲水性显著增强。改性膜的水通量随着接枝率的增加，呈现出先增加后降低的趋势，当接枝率为9.0％时，水通量达到最大值102 L·m-2·h-1。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 膜材料

1．3 聚烯烃膜的亲水性

1．4 聚烯烃膜的亲水性改性

1．4．1 聚烯烃膜本体的亲水性改性

1．4．2 聚烯烃膜表面的亲水性改性

1．5 紫外光接枝技术

1．5．1 紫外光接枝原理

1．5．2 表面光接枝的实现方式

1．5．3 表面光接枝的影响因素

1．5．4 接枝链的构象和表征

1．5．5 光接枝在分离膜中的应用

1．6 课题研究的目的与内容

1．6．1 课题研究的目的

1．6．2 主要研究内容

第二章 紫外光接枝改性聚丙烯薄膜的亲水性

2．1 引言

2．2 实验原料和仪器

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．3 聚丙烯薄膜的预处理

2．4 聚丙烯薄膜的紫外光辐照接枝

2．5 接枝PP薄膜的表征与测试

2．5．1 衰减全反射红外光谱分析

2．5．2 扫描电子显微镜分析

2．5．3 XPS分析

2．5．4 接枝率的测定

2．5．5 水接触角的测试

2．5．6 吸水率的测定

2．6 结果与讨论

2．6．1 光敏剂的选择

2．6．2 单体种类对接枝率的影响

2．6．3 光敏剂的浓度对接枝率的影响

2．6．4 单体浓度对接枝率的影响

2．6．5 溶剂种类对接枝率的影响

2．6．6 接枝率对亲水性的影响

2．6．7 红外谱图分析

2．6．8 薄膜形貌分析

2．6．9 XPS分析

2．7 小结

第三章 接枝密度和接枝链长对聚丙烯微孔膜亲水性的影响

3．1 引言

3．2 实验仪器和原料

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验原料

3．3 聚丙烯微孔膜的紫外光接枝

3．4 PP微孔膜的表征与测试

3．4．1 衰减全反射红外光谱分析

3．4．2 扫描电子显微镜分析

3．4．3 接枝密度的测定

3．4．4 水接触角测定

3．4．5 均聚物分子量的测定

3．4．6 聚丙烯亲水膜综合性能的测试

3．5 结果与讨论

3．5．1 红外谱图分析

3．5．2 SEM分析

3．5．3 接枝条件的探讨

3．5．4 接枝密度和接枝链长对膜表面亲水性的影响

3．5．5 接枝密度和接枝链长对膜纯水通量的影响

3．5．6 接枝密度和接枝链长对膜抗污染性能的影响

3．5．7 pH对膜水通量的影响

3．6 小结

第四章 PP中空纤维膜接枝对苯乙烯磺酸钠以改善膜的亲水性

4．1 引言

4．2 实验仪器和原料

4．2．1 实验仪器

4．2．2 实验原料

4．3 聚丙烯中空纤维膜的紫外光接枝

4．4 接枝膜的表征

4．4．1 接枝率的测定

4．4．2 纯水通量的测量

4．4．3 衰减全反射红外光谱分析

4．4．4 扫描电子显微镜分析

4．4．5 水接触角测定

4．5 结果与讨论

4．5．1 单体浓度对接枝率的影响

4．5．2 光敏剂浓度对接枝率的影响

4．5．3 辐照时间对接枝率的影响

4．5．4 pH对接枝率的影响

4．5．5 红外谱图分析

4．5．6 SEM分析

4．5．7 接枝率对膜亲水性的影响

4．5．8 接枝率对膜水通量的影响

4．6 小结

第五章结论

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢