甲酰胺对PES及PPESK相转化非对称膜结构与性能的影响

第26卷第3期高分子材料科学与工程Vol.26,No.32010年3月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGMar.2010甲酰胺对PES及PPESK相转化非对称膜结构与性能的影响李磊1,孙伟娜2,陈翠仙2,李继定2(1.青海民族学院化学系,青海西宁810007;2.清华大学化工系,北京100084)摘要:采用凝胶相转化法,以聚醚砜(PES)、杂萘联苯聚芳醚砜酮(PPESK)为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,通过改变铸膜液中非溶剂添加剂甲酰胺的含量,在平板刮膜机上制备了一系列超滤膜。考察了甲酰胺对铸膜液黏度、膜结构和性能的影响,对PES/DMAc和PPESK/NMP铸膜液体系中甲酰胺的作用规律进行了研究。关键词:聚醚砜;杂萘联苯聚芳醚砜酮;甲酰胺;超滤膜中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1000-7555(2010)03-0146-03收稿日期:2009-02-14基金项目:国家973项目(2003CB615701);国家自然科学基金资助项目(20576059,20676067)通讯联系人:陈翠仙,主要从事膜的制备与性能研究,E-mail:cxchen@mail.tsinghua.edu.cn聚醚砜(PES)、杂萘联苯聚芳醚砜酮(PPESK)是制备超滤膜和复合膜底膜常用的膜材料,因为它们都具有较高的分子量、较高的玻璃化转变温度(PES、PPESK的玻璃化温度分别为230e、279e)[1,2]和较高的力学强度。在铸膜液中加入非溶剂添加剂可以改变铸膜液的热力学性质和相分离的速度,这是调节膜结构和性能的重要手段。甲酰胺是PES,PPESK的一种非溶剂,但将其作为制膜添加剂的报道很少。由于甲酰胺与溶剂DMAc和NMP具有相似的分子结构,并且甲酰胺还有很强的吸湿性,因此笔者认为它适于作为制膜的添加剂,本文研究了甲酰胺作为制膜添加剂对铸膜液黏度、膜结构和性能的影响。1实验部分1.1材料与试剂聚醚砜(PES):BASF公司;杂萘联苯聚芳醚砜酮(PPESK):大连宝力摩新材料有限公司;N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和甲酰胺:分析纯,北京益利精细化学品有限公司。1.2膜制备采用湿法相转化法制备超滤膜。首先将聚合物、添加剂和溶剂,按一定比例置于带磨口的锥形瓶中,在恒温振荡摇床内充分振荡,溶解至少2d,使聚合物充分溶解;将铸膜液进行过滤、真空脱泡;然后用实验室自行设计制造的平板刮膜机将膜液刮制在无纺布上,浸入凝胶浴,制得平板超滤膜;最后将刮好的膜在水凝胶浴中充分浸泡以完全脱除溶剂。1.3铸膜液黏度的测定采用Brookfield旋转黏度计(DV-II+CP,Brook-field,USA)测定铸膜液的表观黏度,采用水浴严格控制温度在25e。1.4膜结构表征采用(JSM-7401,JEOL,Japan)场发射扫描电镜观察膜表面和断面形态,观察膜断面前将其在液氮中淬断,样品全部采用喷金处理。1.5膜性能表征纯水水通量:利用实验室自制的杯式评价池进行评测,在012MPa室温预压30min,在011MPa室温测定单位膜面积、单位时间内的纯水透过量。牛血清蛋白截留率的测定:在011MPa室温下,用杯式评价池测试300mg/L牛血清蛋白(”Mw=67,000Da)溶液的透过液和返回液浓度。计算公式如下:水通量=透过量有效膜面积@时间截留率=原液浓度-透过液浓度原液浓度2结果与讨论2.1甲酰胺添加剂对铸膜液体系黏度的影响对于同一种聚合物浓溶液体系,在相同条件下,体系溶解性越好,黏度越低,体系溶解性越差,黏度越高,故体系黏度的大小可以作为衡量体系溶解性的一个重要参量[3],直接反映铸膜液体系热力学稳定性的好坏。PES、PPESK两种铸膜液黏度随甲酰胺含量的变化曲线如Fig.1所示。可以看到,随着甲酰胺含量的增加,铸膜液的黏度均呈增加趋势,这是因为甲酰胺的加入使体系的溶解性变差,热力学性质变得不稳定,表现为黏度变大。从Fig.1中的PPESK体系曲线还可以看出,当甲酰胺含量达到10%(质量分数,下同)时,黏度反而变低,实验发现这时的铸膜液略显浑浊,有轻微的分层。对这一现象本文将在下一节加以解释。Fig.1TheeffectofformamideconcentrationontheviscosityofPESandPPESKsolutionsFig.2SEMimagesofmembranesurfaceandcross-sectionofPES/DMAc/formamidesystemFig.3SEMimagesofmembranesurfaceandcross-sectionofPPESK/NMP/formamidesystem2.2甲酰胺添加剂