聚砜_聚醚砜共混膜相容性及凝胶特性研究

第19卷第5期1999年10月膜科N正:MI3RANE3)1学与技术ENCEANDI,EC卜IN()1碑(汉3YV61.19No.5oet.1999聚飒一聚醚飒共混膜相容性及凝胶特性研究俞三传高从楷(国家海洋局杭州水处理技术开发中心,杭州310012)摘要研究了聚枫(PSF)与聚醚巩(PES)共混膜的相容性及其凝胶特性.首先,通过计算PSF一PES共混体系的混合热,从理论上预测该共混体系相容性,并用反相气相色谱法(lGC)测定相互作用参数.研究PSF一PES共混体系相容性与组成的关系;通过粘度测定研究了共混制膜液的溶混性;探讨了共混制膜液的凝胶特性.研究结果表明,PSF一PES共混体系为部分相容体系,且其溶混性与组成有关,共混可明显改变制膜液的凝胶特性.关键词共混聚巩聚醚巩超滤膜制膜液分类号TQO28.80642.1我国对超滤膜及其过程的研究和开发始于70年代.最早,在醋酸纤维(CA)反渗透膜的基础上,制备了CA超滤膜,接着,开发了聚矾(PSF)、聚矾酞胺(PSA)、磺化聚矾(SPSF)、聚丙烯睛(1〕AN)、聚氯乙烯(PVC)和聚偏氟乙烯(PVI〕F)等一系列超滤膜.80年代又相继开发了荷电超滤膜,聚醚矾(PES)和聚醚酮(PEK)等材料制成的超滤膜,使我国的超滤膜技术有了较大的发展.但是,目前超滤膜还存在品种少、膜孔径分布较宽和性能不稳定等缺陷.随着膜技术应用领域的日益扩大,对膜材料和膜性能不断提出新的更高的要求,因此,开发性能优良的超滤膜意义重大.聚合物共混可以有效地扩大膜材料的选择范围,为制备兼有每种聚合物特性的共混膜提供了可能.同时,共混能有效的改善膜的亲疏水性、膜的结构和膜的孔径分布,是制备高性能超滤膜有效途径之一[‘,“〕.我们对由聚矾、聚醚矾和磺化聚矾等材料共混所形成的二元及多元共混膜的相容性、凝胶特性及膜性能进行了详细的研究,并取得了较好的结果.本文作者主要从热力学性质、溶液粘度和凝胶值等方面研究了PSF一PES二元共混膜的相容性及其溶液的凝胶特性.1实验部分1.1聚合物共混体系相互作用参数测定[s]以不同组成的共混体系为固定相,苯为探针分子,氢气为载气,在240℃下,用改进的102G型气相色谱仪测定PSF一PES相互作用参数x二·不同温度下的比保留体积vg(每克固定相校正到273.16K时的净保留体积)可按下式计算:v_一鱼二二互只巡华互xox鱼二丛x、6~,,~六Jla尸0式中,m为柱内聚合物总质量:tr为探针分子的停留时间;tm为死时间;T。为环境温度;Q为载气的体积流速;p。为大气压;P水为在T。温度下水的饱和蒸气压;j为柱内压力降校正因子,这些数据可以从相关手册上获得.1.2共混聚合物溶液粘度测定用NDJ一1型旋转式粘度计,测定不同组成的共混聚合物溶液在不同聚合物浓度下的运动粘度.1.3聚合物溶液的凝胶值测定将一定浓度的纯组分或共混聚合物溶液,在恒收稿日期:1998一11一30;修改稿收到日期:1999一03一08第一作者:男,29岁,硕士,助理研究员膜科学与技术第19卷温和不断搅拌下,逐滴向溶液内添加水(非溶剂),直到体系出现雾点变浊为止,记下此时所加水的质量,按下式计算体系的凝胶值:聚合物体系,探针分子与聚合物之间的相互作用参数可用下式来计算[5j:义tZ273.16尺V:户兮凡V,讨RT(B11一VI)一(1一Vl/vZ)m水田水一爪丽干而豪菩杨禧蔽X100%对于共混体系,则可得到下式〔5〕:2结果与讨论2.1PSF一PES共混膜相容性理论分析高分子合成材料的性能很大程度上取决于不同聚合物之间的相容程度.依照热力学理论,聚合物共混时,当体系的混合自由能△Gm=△Hm一T△Sm毛0时,为完全相容体系.因此,可用混合热△Hm来初步判断共混体系的相容性.schneier川提出两组分聚合物共混体系的混合热可用下式来计算:胡m={二IMI尸1(al一占2)2「wZ/(1一wZ)MZ。:+(1一二1)Ml*l]2}‘忍式中,w、尸、M分别为两种聚合物的质量分数、密度和结构单元分子量;占为溶解度参数.△Hm的临界值为41.868只10一3J/l爪01(10火10一3。al/11101)时,为两种完全相容体系;而当体系△Hm处于临界值以上时,则为完全不相容体系;当体系△Hm与临界值相交时,则该共混体系为部分相容体系,且其相容性与组成有关.图1给出了P歹一PES共混体系的△Hm值与临界值相交,故PSF一PES为部分相容体系,且其相容性与组成有关.X、(23)=In(l273.16R(wZVZ+w3V3)凡Vl川一Vx/VZ)中2一(1一Vl/V3)·。3一爵(。11一vl)义l(23)=义:202+x,。¹3一(Vl/矶)xZ。中203上述各式中,川为柱温T时探针分子的饱和蒸汽haR为气体常数;x,2·xl,为