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溶液共混法对PVDF膜改性的研究

作　者: 严丽
导　师: 王军
学　校: 东华大学
专　业: 环境工程
关键词: 聚偏氟乙烯聚乙烯醇缩丁醛相容性亲水性相分离诱导因素添加剂
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

膜法水处理技术是当前水处理技术中较为热门的技术之一,但膜法水处理技术产量低、容易被污染、价格昂贵等缺陷严重地阻碍了它的推广和发展。本课题的目的是研制出一种材料价格低廉、水通量高、机械性能好、不易被污染的PVB/PVDF共混膜。论文的主要思路及研究内容主要包括以下几个方面：1.采用剪切粘度法、本征粘度法、偏光显微镜、红外光谱仪(FTIR)的方法对聚乙烯醇缩丁醛(PVB)/聚偏氟乙烯(PVDF)二元共混体系的相容性进行了研究。PVB/PVDF共混溶液的剪切粘度与共混配比之间的非线性非S型关系,表明PVB/PVDF共混体系为部分相容性。然后采用聚合物溶液本征粘度法对PVB/PVDF体系的相容性进行了定量研究,结果表明：共混配比为9.1、8：2、7：3、3：7、2：8、1：9时,共混体系是相容的。采用偏光显微镜、红外光谱仪(FTIR)的方法得出的结论与本征粘度法相吻合。2.通过考察铸膜液中聚合物浓度、共混配比的变化情况对膜透过性能和机械性能的影响,确定了适宜的聚合物浓度及最佳共混比。结果表明,当铸膜液中聚合物含量为23wt%,PVB:PVDF=7:3时制备的共混膜性能较佳。3.确定共混体系在不同条件下成膜时的相分离诱导因素,研究不同相分离方式对共混膜的形态结构和膜性能的影响。相分离可以是溶剂和非溶剂的相互扩散所致,即扩散诱导相分离(DIPS),也可以是因为温度降低或加入添加剂使溶剂溶解能力减弱所致,即热致相分离(TIPS),还可以是二者共同作用所致。通过对两种相分离情况下成膜酌结构观察,发现不同相分离方式对共混膜的形态结构影响很大,由热致相分离(TIPS)法制得的膜的断面结构由海绵状相互连通的孔结构构成；由扩散诱导相分离(DIPS)和热致相分离(TIPS)共同作用制得的膜的断面结构以指状孔结构为主,海绵状成分不多。膜性能测试表明：TIPS/DIPS制得的共混膜的水通量较热致相分离(TIPS)法制得的膜大,而拉伸强度小。4.通过考察不同凝胶浴温度对膜透过性能和机械性能的影响,确定适宜的凝胶浴温度。对不同凝胶浴温度下制得的膜结构进行观察发现：随着凝胶浴温度的升高,膜断面的指状孔结构越来越少,从而导致水通量下降。当凝固浴温度为90℃时,膜截面的指状孔孔消失,膜为典型的小而均匀的海绵状网络孔结构。通过对不同凝胶浴温度下制得的膜水通量及机械性能的比较发现,随着凝胶浴温度的上升,共混膜的水通量呈下降的趋势,与此相反,膜的断裂强度一直呈上升趋势。共混膜的水通量在凝胶浴温度为5℃时最大,随后凝胶浴温度的升高致使膜的水通量急剧减小,而膜的断裂强度变换却很缓慢,因此凝胶浴温度最佳的是5℃。5.通过膜性能测试及扫描电镜等测试手段研究了不同种类添加剂PEG系列和PVP (K30)对PVB/PVDF共混膜结构和性能的影响。研究表明：相对于添加剂PEG系列,以PVP K30作为添加剂,制得的共混膜水通量大,断裂强度也较好,且膜平整不卷曲,所以选择添加剂PVP K30作为调节PVB/PVDF共混膜性能的最佳添加剂。同时,研究发现随着添加剂PVP K30质量浓度的增加,共混膜的水通量先变大后减小,而共混膜的断裂强度不断增大。由于实验研究的聚合物浓度较大,PVP K30的质量浓度5%时,共混膜的断裂强度较大,已经达到327.92N/cm2,故而选取添加剂的最佳添加量为5wt%。

溶液共混法对PVDF膜改性的研究

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