丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物微孔膜的制備與表征.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)具有耐惰性溶劑、耐細(xì)菌侵蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械性能優(yōu)良等特點，已成為目前應(yīng)用非常廣泛的聚合物膜材料之一。PAN的結(jié)構(gòu)特殊，目前主要采用傳統(tǒng)的非溶劑致相分離(NIPS)工藝制備微孔膜。但是NIPS法制備PAN微孔膜往往需要大量的極性溶劑，造成溶劑的浪費和環(huán)境污染，且制備的微孔膜力學(xué)性能較差。與傳統(tǒng)的NIPS工藝相比，熱致相分離(TIPS)工藝成膜過程更易控制，且制備的微孔膜力學(xué)性能較好。傳統(tǒng)的TIPS法采用單一的稀釋劑

2、，由于單一的稀釋劑與聚合物組成的二元體系兩者間的相容性已經(jīng)固定，而稀釋劑與聚合物之間相容性的差異對微孔膜的結(jié)構(gòu)及性能有很大影響。本文分別選用碳酸乙烯酯(EC)與三甘醇二乙酸酯(TEGDA)和環(huán)丁砜(TMS)與碳酸二苯酯(DPC)組成兩種復(fù)配稀釋劑體系，通過調(diào)節(jié)復(fù)配稀釋劑間的比例調(diào)節(jié)其與AN-MA共聚物的相互作用力。
　　單一的PAN均聚物膜較脆，實用性較差。本文采用柔性第二單體丙烯酸甲酯(MA)與丙烯腈(AN)共聚，削弱氰基間的偶

3、極作用力，制備可熔融AN-MA共聚物，并以此為基體，采用TIPS法制備AN-MA微孔膜。本論文分為兩部分，首先，在TIPS成膜過程中引入溶膠凝膠(sol-gel)工藝，詳細(xì)研究了共聚物、稀釋劑、添加劑等對微孔膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。然后，選擇結(jié)晶性的稀釋劑復(fù)配體系，詳細(xì)研究了成型溫度、共聚物、稀釋劑和添加劑對微孔膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　以投料摩爾比為80/20的可熔融AN-MA共聚物(80/20 AN-MA)為基體，采

4、用TIPS法sol-gel工藝制備80/20AN-MA微孔膜時，降低復(fù)配稀釋劑中EC含量和聚合物濃度，增加正硅酸乙酯(TEOS)的含量，均有利于膜水通量的提高。復(fù)配稀釋劑中EC含量為60 wt.％，聚合物濃度為9wt.％，TEOS含量為5wt.％時，AN-MA微孔膜的水通量最高可達(dá)120 L/(m2h);
　　改變復(fù)配稀釋劑種類，制備了管狀孔和胞狀孔相間分布的80/20AN-MA共聚物微孔膜，分別添加羥基化碳納米管(MWNTs-O

5、H)和埃洛石(HNTs)，采用TIPS法制備了系列AN-MA微孔膜。研究發(fā)現(xiàn)，膜斷面為兩種孔結(jié)構(gòu)相間分布的連通結(jié)構(gòu)，當(dāng)MWNTs-OH添加入量為1 wt.％時，微孔膜的純水通量為563.7 L/(m2h);HNTS添加量為0.5 wt.％時，微孔膜的最大水通量為665.7 L/(m2h)。隨著鑄膜液體系中添加劑的加入，微孔膜的斷裂強(qiáng)度和柔韌有所增加。當(dāng)MWNTs-OH添加入量為3 wt.％，微孔膜的斷裂強(qiáng)度為3.7 MPa，斷裂伸長率為