PVDF/PAN共混膜及其水解改性研究

摘要

本文首先采用湿法相转化法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/聚丙烯腈(PAN)共混膜，研究了PVDF/PAN共混体系的相容性，并讨论了PVDF/PAN共混比例、溶剂、凝固浴温度以及添加剂浓度和分子量对平板膜结构和性能的影响，后通过干湿纺丝法和熔融纺丝拉伸法制备了PVDF/PAN中空纤维膜，通过水解制得具有pH响应性行为的共混智能膜。
　　 通过湿法制备共混平板膜的研究发现：对比PVDF和PAN两组分溶度参数，推断PVDF/PAN应属于部分相容体系，利用FT-IR扫描和动态热机械分析可得同样的结果，且不同共混体系的相容性有差异。因此，在共混成膜的过程中PVDF和PAN发生界面相分离，形成微孔结构。随PAN含量的增加，PVDF/PAN共混膜水通量先增大后减小，且在PVDF/PAN为7/3时达到极值，添加.PAN后共混膜接触角变小，亲水性增加。溶剂为二甲基亚砜(DMSO)时共混膜通量明显大于以二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂制得的共混膜。凝固浴温度直接影响膜的性能，在50℃时获得最大通量值。添加剂为PEG时其浓度和分子量大小都显著的影响了共混膜的通透性。通过共混膜的DSC研究发现，共混促进了PVDF的结晶作用，因部分相容性的差别影响了PAN的环化反应。因PAN碱性水解成羧基，共混膜通量呈现明显的pH响应性。
　　 通过干湿法制备共混中空纤维膜研究发现：与PVDF和PAN膜相比，共混中空纤维膜膜结构更疏松，且水通量明显大于各组分水通量的加权计算值。通过正交试验研究了不同碱性水解条件对共混膜性能的影响，水解程度太深会破坏膜的机械性能，对PVDF的碳骨架结构没有影响而PAN特征峰则有明显变化。酸性水解后，PAN及PVDF(7/3)膜通量随pn值均有明显的变化。
　　 通过熔融纺丝法制备共混中空纤维膜研究发现：经拉伸后共混膜的通透性较原来有明显的增加，且随拉伸比的增加，通量也呈增加趋势，但拉伸比过大反而易导致膜孔闭合。对水解膜在不同pH下测定其盐离子的响应性，可知在酸性和碱性溶液中盐离子对共混膜通量呈相反的响应性刺激，且不同的盐离子其响应的程度不同。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要特点

第一章 绪论

1.1 膜概述

1.2 聚偏氟乙烯膜的研究现状

1.2.1 聚偏氟乙烯膜的改性研究

1.2.2 聚偏氟乙烯智能膜研究

1.3 聚偏氟乙烯微滤膜的制备方法

1.3.1 相转化法制膜

1.3.2 熔融纺丝-拉伸法制膜

1.3.3 其它

1.4 本课题提出的目的和意义

1.5 本课题的主要内容

第二章 PVDF/PAN共混平板膜的制备与表征

2.1 实验

2.1.1 实验原料和设备

2.1.2 共混平板膜的制备及水解改性

2.1.3 共混平板膜的性能评价与表征

2.2 共混体系相容性研究

2.2.1 溶度参数

2.2.2 FT-IR分析

2.2.3 DMA分析

2.3 PVDF/PAN共混平板膜的结构和性能

2.3.1 共混比例对平板膜结构和性能的影响

2.3.2 溶剂对膜渗透性能的影响

2.3.3 凝固浴温度对膜渗透性能的影响

2.3.4 添加剂对膜渗透性能的影响

2.4 PVDF/PAN共混膜热性能分析

2.5 碱性水解pH响应性

2.5.1 聚合物水解原理

2.6 本章小结

第三章 PVDF/PAN中空纤维共混膜的制备与表征

3.1 实验

3.1.1 实验原料及设备

3.1.2 共混中空纤维膜的制备

3.1.3 共混中空纤维膜的性能评价和表征

3.2 碱性水解对膜结构和性能的影响

3.2.1 水解正交试验

3.2.2 碱性水解前后膜的FT-IR分析

3.2.3 中空纤维膜形态结构研究

3.3 共混比例对中空纤维膜渗透性能的影响

3.4 碱性水解对共混膜孔径的影响

3.5 共混膜的酸性水解及pH响应性

3.6 本章小结

第四章 熔融纺丝制备PVDF/PAN共混中空纤维膜

4.1 实验

4.1.1 实验原料和设备

4.1.2 共混中空纤维膜的制备

4.1.3 共混中空纤维膜的性能评价及表征

4.2 PVDF/PAN共混膜热分析

4.3 共混体系熔体流动指数研究

4.3.1 不同共混比例的影响

4.3.2 温度的影响

4.4 后处理对共混膜性能的影响

4.4.1 不同拉伸比和处理温度对共混膜结构和性能的影响

4.4.2 碱性水解对共混膜渗透性能的影响

4.4.3 盐离子对水解后共混膜渗透性能的影响

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况

致谢