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膜分离技术是一种重要的分离技术,膜材料的选择是膜技术的核心,膜性能的好坏决定了该技术的推广应用。在膜的改性方法中以共混改性效果最优。共混改性可以集多种材料的优点,取长补短,是研究膜分离技术的主要方法之一。聚偏氟乙烯(PVDF)膜因其优良的性能受到了前所未有的关注,但是PVDF膜的力学强度不能满足一些特殊膜过程的需求,限制了其应用领域。
本文采用共混的方法,以刚性的纤维素及其溶致液晶来改善PVDF的性能。实验选用PVDF/EC和PVDF/LCP(乙基纤维素/丙烯酸溶致液晶)两组共混体系,通过相分离法制备共混膜。主要探讨了共混体系的相容性和力学性能,采用了DSC、WAXD、FESEM等测试技术对膜的结构与性能进行分析。
通过对PVDF/EC共混体系研究发现:虽然PVDF与EC溶解度参数相差较大,但是二者因分子间氢键的存在,红外测试中PVDF和EC的特征峰均发生了一定程度的偏移,DMA测试表明二者共混后出现两个玻璃化转变温度(Tg)且介于二者单独的Tg之间;PVDF与EC共混膜的绝对粘度与二者共混比的关系为既不是线性,也不是S型,这表明PVDF与EC属于部分相容体系.同时,当PVDF/EC为9/1时,二者的粘度最大,相容性最好,力学性能最优。差式扫描量热(DSC)分析表明,当二者共混时,要以PVDF为基体加入适当的EC。此外,对共混膜的表面和断面观察发现纯PVDF与纯EC膜表满很光滑,随着EC的加入,共混膜表面变得凹凸不平。
通过对PVDF/LCP共混体系研究发现:EC/AA溶致液晶(LCP)出现液晶的临界浓度为0.60g/ml,液晶消失的临界浓度为0.75 g/ml。随着温度的升高,液晶出现的时间缩短,最佳温度为40℃。当在PVDF中加入LCP后,共混膜中仍能保留着LCP的胆甾型液晶。刚性链的LCP与线型柔性连的PVDF共混,对PVDF起到了增强作用。随着LCP含量的增加,共混膜的机械强度呈现出先增大后减小的趋势,当加入3%的LCP时,共混膜的力学性能最佳,断裂强度达到11.25MPa,断裂伸长达52.15%。DSC和WAXD分析结果显示,LCP的加入诱使共混膜中PVDF的结晶形式由α相转变为β相。