成膜条件对PVDF-g-PNIPAAm成膜过程及膜结构与性能的影响研究

摘要

大多数关于智能膜的研究主要集中在智能膜制备和响应性能研究上，对于智能膜成膜机理研究却很少见到。本论文对PVDF-g-PNIPAAm温度响应膜的成膜机理进行了研究，探讨了凝固浴温度、凝固浴组成、聚合物浓度、致孔剂、共聚物结构等制膜条件对PVDF-g-PNIPAAm成膜机理和膜结构与性能的影响。
　　 论文利用三元体系相图和超声时域反射法对PVDF-g-PNIPAAm的成膜热力学和动力学进行了研究。根据不同制膜条件下的膜结构，分析了膜结构成因，探讨了膜结构与性能的控制途径。得到了以下的实验结果：
　　 凝固浴温度对PVDF-g-PNIPAAm成膜过程有显著影响。凝固浴温度为30℃时，热力学上，体系最容易发生液固分相，成膜速度最慢。PVDF-g-PNIPAAm成膜时，PNIPAAm更倾向于分布在膜的表面。不同凝同浴温度下形成的PVDF-g-PNIPAAm膜均呈现指状大孔。膜中大孔的形成与PNIPAAm的致孔作用有很大关系。25℃下制备的PVDF-g-PNIPAAm膜具有明显的温度响应性能。
　　 随着凝固浴中乙醇含量的增加，PVDF-g-PNIPAAm成膜体系不容易发生相分离，膜固化时间延长，成膜过程的分相类型由瞬时液液分相向延时液液分相转变，膜孔结构也由具有致密皮层的指状大孔结构向无皮层结构的海绵状孔结构转变。所制共聚膜的纯水通量增加，温敏行为更加明显。
　　 提高聚合物浓度，使得成膜体系不稳定，但膜固化时间延长。聚合物浓度的增加，使得膜的结晶度增加；膜表面NIPAAm的含量增加；膜的指状孔增大，孔隙率增加；所得多孔膜的通量增加，但通量的温度敏感性能不明显。
　　 致孔剂PEG的加入促进了成膜体系的分相，成膜速度加快。PEG的加入提高了PVDF-g-PNIPAAm膜的结晶度，降低了结晶的完善程度；膜表面NIPAAm含量增加；膜中的指状孔尺寸大幅增加，孔隙率增加；膜的纯水通量大大提高。
　　 随着碱处理时间的增加，PVDF-g-PNIPAAm的接枝率增加，膜固化时间增加；膜表面NIPAAm含量增加；膜表而孔洞增多，孔径增大。随着碱处理时间的增加，PVDF-g-PNIPAAm膜的水通量逐渐增加，但温度敏感性能不明显。
　　 利用原子转移自由基制备了不同接枝率的PVDF-g-PNIPAAm膜。随着PNIPAAm接枝率(接枝长度)增加，PVDF-g-PNIPAAm膜表面的NIPAAm含量增加；PVDF-g-PNIPAAm膜断面大孔尺寸增加，孔隙率增加，膜水通量提高，但是水通量的温度响应性能不明显。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 前言

1.1 智能膜

1.1.1 基于N-异丙基丙烯酰胺的温度敏感膜

1.1.2 基于N-异丙基丙烯酰胺的温度敏感膜的响应机理

1.2 聚合物膜的制备方法

1.3 浸没沉淀相转化法制膜的成膜机理

1.3.1 成膜过程热力学研究

1.3.2 成膜过程传质动力学研究

1.3.3 不同膜孔的形成机理

1.4 影响膜结构的因素

1.4.1 聚合物浓度的影响

1.4.2 温度的影响

1.4.3 凝固浴的影响

1.4.4 致孔剂的影响

1.5 本课题的研究工作

第二章 凝固浴温度对PVDF-g-PNIPAAm共聚膜成膜过程及膜性能的影响

2.1 实验部分

2.1.1 实验药品及仪器

2.1.2 PVDF-g-PNIPAAm共聚物的合成及表征

2.1.3 PVDF及PVDF-g-PNIPAAm成膜过程研究

2.1.4 PVDF及PVDF-g-PNIPAAm平板膜的制备

2.1.5 PVDF及PVDF-g-PNIPAAm膜结构与性能研究

2.2 结果与讨论

2.2.1 PVDF-g-PNIPAAm共聚物结构表征

2.2.2 成膜热力学

2.2.3 成膜动力学

2.2.4 PVDF-g-PNIPAAm膜结构与性能

2.3 本章小结

第三 章凝固浴组成对PVDF-g-PNIPAAm成膜过程及膜性能的影响

3.1 实验部分

3.1.1 实验药品及仪器

3.1.2 PVDF-g-PNIPAAm共聚物的合成

3.1.3 PVDF-g-PNIPAAm成膜过程研究

3.1.4 PVDF-g-PNIPAAm平板膜的制备

3.1.5 PVDF-g-PNIPAAm平板膜结构与性能研究

3.2 结果与讨论

3.2.1 成膜热力学

3.2.2 成膜动力学

3.2.3 PVDF-g-PNIPAAm膜结构与性能

3.3 本章小结

第四章 聚合物浓度对PVDF-g-PNIPAAm成膜过程及膜性能的影响

4.1 实验部分

4.1.1 实验药品及仪器

4.1.2 PVDF-g-PNIPAAm共聚物的合成

4.1.3 PVDF-g-PNIPAAm成膜过程研究

4.1.4 PVDF-g-PNIPAAm平板膜的制备

4.1.5 PVDF-g-PNIPAAm平板膜结构与性能研究

4.2 结果与讨论

4.2.1 成膜热力学

4.2.2 成膜动力学

4.2.3 PVDF-g-PNIPAAm膜结构与性能

4.3 本章小结

第五章 致孔剂对PVDF-g-PNIPAAm成膜过程及膜性能的影响

5.1 实验部分

5.1.1 实验药品及仪器

5.1.2 PVDF-g-PNIPAAm共聚物的合成

5.1.3 PVDF-g-PNIPAAm成膜过程研究

5.1.4 PVDF-g-PNIPAAm平板膜的制备

5.1.5 PVDF-g-PNIPAAm平板膜结构与性能研究

5.2 结果与讨论

5.2.1 成膜热力学

5.2.2 成膜动力学

5.2.3 PVDF-g-PNIPAAm膜结构与性能

5.3 本章小结

第六章 不同碱处理时间对PVDF-g-PNIPAAm成膜过程及膜性能的影响

6.1 实验部分

6.1.1 实验药品及仪器

6.1.2 PVDF-g-PNIPAAm共聚物的合成

6.1.3 PVDF-g-PNIPAAm共聚物的表征

6.1.4 成膜动力学研究

6.1.5 PVDF-g-PNIPAAm平板膜的制备

6.1.6 PVDF-g-PNIPAAm平板膜结构与性能研究

6.2 结果与讨论

6.2.1 红外光谱分析

6.2.21H-NMR分析

6.2.3 成膜动力学

6.2.4 PVDF-g-PNIPAAm膜结构与性能

6.3 本章小结

第七章 原子转移自由基聚合制备PVDF-g-PNIPAAm膜及其结构与性能研究

7.1 实验部分

7.1.1 实验药品及仪器

7.1.2 ATRP法合成PVDF-g-PNIPAAm接枝共聚物

7.1.31H-NMR测试

7.1.4 PVDF-g-PNIPAAm平板膜的制备

7.1.5 PV-DF-g-PNIPAAm_甲板膜的结构与性能研究

7.2 结果与讨论

7.2.1 接枝共聚物PVDF-g-PNIPAAm的1H-NMR表征

7.2.2 PVDF-g-PNIPAAm平板膜的结构与性能研究

7.3 本章小结

第八章 全文总结

参考文献

攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况

致谢