PVDF_PVA共混膜的研究_李娜娜

PVDF/PVA共混膜的研究＊李娜娜,肖长发,安树林(天津工业大学材料科学与化学工程学院,中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室,天津300160)摘要:采用湿法相转化法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/聚乙烯醇(PVA)共混膜,研究了PVDF/PVA共混体系的相容性,并讨论了PVDF/PVA共混比、固含量、添加剂浓度、凝固条件与后处理对膜结构及性能的影响。结果表明,PVDF/PVA为不相容体系,在成膜过程中产生界面微孔;随PVA含量增加,PVDF/PVA共混膜水通量先增大后减小,在PVDF/PVA为8/2时呈较大值,截留率变化趋势则相反;PVA的存在明显改善了PVDF/PVA共混膜的亲水性,表现为随其含量增加共混膜接触角明显减小;随固含量增加,膜厚度增加,孔隙率降低,水通量减小,截留率升高;添加剂PEG600浓度为6%时,孔隙率高,水通量大,但截留率低;凝固浴种类直接影响膜结构及性能;热处理可完善膜结构从而获得性能更优的膜。选择适当的铸膜条件可制成较好的膜产品,而且共混膜通量明显大于各组分通量的加权,表明共混是一种改善PVDF膜性能的有效方法。关键词:PVDF/PVA共混膜;界面微孔;相容性;亲水性中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1001-9731(2007)12-1975-061引言聚偏氟乙烯(PVDF)是一种半结晶型聚合物,由于C—F键长短,键能强(486kJ/mol),故PVDF耐热、耐腐蚀、耐辐射,并且强度高、韧性好,是膜制备的优选材料[1,2]。然而,由于PVDF本身的疏水性,使PVDF膜水通量很低,限制了它的广泛应用,所以对PVDF膜进行亲水改性的研究备受关注[3～5]。共混是一种可以有效改变聚合物材料性能的方法[6],目前针对PVDF制备膜材料常用的共混体系有PVDF/聚乙二醇(PEG),PVDF/甲基丙烯酸甲酯(PMMA),PVDF/丙烯腈(PAN),PVDF/尼龙6(PA6),PVDF/醋酸纤维素(CA)以及PVDF/聚氧乙烯(PEO)[7～12]等。聚乙烯醇(PVA)是一种亲水性聚合物[13],将其作为共混组分,可有效改善PVDF膜的亲水性,同时界面孔的出现使共混膜的水通量进一步提高。但迄今尚未见到这方面的研究报道。本文采用湿法相转化法制备了PVDF/PVA二元共混膜,考察了PVDF/PVA共混比、固含量、添加剂浓度、凝固条件以及后处理对膜性能的影响,这些研究不仅为PVDF膜亲水改性的发展创造了有利条件,还为日后制备PVDF/PVA共混中空纤维膜奠定了基础。2实验2.1实验原材料聚偏氟乙烯W#1300型,日本吴羽化学工业株式会社;聚乙烯醇2099型,陕西三维集团股份有限公司;二甲基亚砜(DMSO),天津化学试剂厂,试剂纯;氯化钠、无水乙醇、聚乙二醇600均为分析纯,皆为天津市科锐思精细化工有限公司产品。2.2PVDF/PVA共混膜的制备按一定质量比,在一定温度下将PVDF/PVA与DMSO配制成铸模液,静置脱泡,室温下于玻璃板上刮膜,而后在一定组成的凝固浴中固化成形。PVDF/PVA(90/10、80/20、70/30、50/50,质量比)分别表示为PVDF9、PVDF8、PVDF7、PVDF5。膜上表面为与凝固浴接触面,而膜下表面为与玻璃接触面。2.3测试与分析2.3.1通量测试用常规膜通量测试仪器于室温在0.1MPa下测定PVDF/PVA共混膜的水通量。先将共混膜在工作压力下预压15min,使通量保持稳定,然后按下式计算通量:J=VS×t(1)式中,V为通过水的体积(ml),S为膜面积(cm2),t为测试时间(h)。2.3.2截留率的测定以2g/L卵清蛋白溶液为介质,在0.1MPa压力下取透过液、原液及残留液,用日本岛津公司UV-2450型紫外分光光度计在280nm处测定其吸光度。膜的截流率用下式计算:R=1-2C2C0+C1×100%(2)式中,C0为原液浓度,C1为残留液浓度,C2为透过液浓度。2.3.3孔隙率测定用称重法测定膜孔隙率,公式为:1975李娜娜等:PVDF/PVA共混膜的研究＊基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2006CB708602);教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20040058002)收到初稿日期:2007-05-17收到修改稿日期:2007-08-13通讯作者:肖长发作者简介:李娜娜(1982-),女,天津人,在读硕士,师承肖长发教授,主要从事高分子功能膜的研究与应用。功能材料ε=1-ρbρt×100%(3)式中,ρb为膜表观密度,ρt为聚合物真实密度。2.3.4膜结构形态观测用荷兰FEI公司Quanta200型扫描电镜(SEM)观察PVDF/PVA共混膜的形貌,将试样在液氮中冷却脆断,镀金后观察。2.3.5膜接触角测定用