聚偏氟乙烯分离膜的制备及其紫外接枝亲水改性研究

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聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的机械稳定性和化学稳定性,以及很好的成膜性能,在高分子分离膜技术领域具有广泛的应用,但是由于其表面能较低,易被蛋白、油脂等杂质污染,使分离膜受到污染,从而降低了其使用寿命和限制了其应用领域。为改善这种状况,有必要对其进行亲水改性,提高其抗污染性能。膜表面接枝聚合法在对材料表面改性的同时能够保持材料的本体特性,被认为是在高分子膜表面引进官能团的一种很好的方法。首先制备了PVDF分离膜,然后采用紫外接枝改性法,对PVDF分离膜表面进行亲水改性。主要研究内容如下:以N,N—二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,以聚乙二醇6000(PEG6000)为添加剂,采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备了PVDF分离膜。考察了PEG6000的含量对PVDF分离膜结晶性能、微观结构以及亲水性能影响,并优化出合适的PVDF分离膜配方。然后以二苯甲酮(BP)为光引发剂,采用两步法紫外接枝技术,将亲水性单体丙烯酸(AA)接枝于PVDF膜的表面。并采用FTIR、SEM和接触角测量仪对接枝过程进行考察,同时确定紫外接枝方案和优化出合适的BP浓度。利用优化的紫外接枝方案,将亲水性单体AA、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA)、2-(甲基丙烯酰氧基)乙基-二甲基(3-磺丙基)氢氧化铵(MEDSAH)和2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)成功接枝于PVDF膜表面,并考察了单体浓度和紫外辐照时间对单体接枝率和PVDF接枝膜亲水性能的影响。结果表明:当PEG6000含量为4wt%时,与其他配方相比,其在PVDF膜中的残留量具有较高的数值;且亲水性能表现出较高的水平,接触角减小到71.61°。紫外接枝过程中,首先优化出了合适的BP浓度,即0.40mol/L。然后在该浓度条件下,将四种亲水性单体接枝于膜表面。结果表明:随着单体浓度的增加,接枝率均表现出先增大后增大幅度减小,甚至降低的趋势。同时辐照时间对其影响效果一致。基于自由基聚合机理,建立了紫外接枝聚合速率模型R=Aexp(ERT){φ I(1e ε[M]b)}12[I]12ga0[M],并对其进行了验证。基于以上研究结果,应用响应曲面法对其试验方案进行设计和分析。结果表明:不同的接枝单体随着单体浓度和辐照时间,其亲水性能变化不尽相同。
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