纺丝条件对PVDF_PVP共混中空纤维膜性能的影响_张东海

第37卷第11期2011年11月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.11Nov.,2011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-1），具有很好的化学稳定性、机械稳定性和耐热性，在较低的温度下可以溶于一些强极性有机溶剂，能够用相转化法制膜[1]。已经成功的应用于医药、化工、环保等诸多领域，但其疏水性限制了在水处理领域的广泛应用[2]。因此，针对PVDF膜亲水性改造的研究备受关注，共混是一种有效改善聚合物亲水性的方法[3]。目前报道与PVDF共混用于相转化法制膜的聚合物有聚乙二醇（PEG）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、丙烯晴（PAN）、尼龙6（PA6）、醋酸纤维素（CA）、聚乙烯吡咯烷酮PVP等[4]。目前有关于亲水性聚合聚乙烯吡咯烷酮与PVDF共混，改善PVDF膜亲水性的报道[5]，但鲜有关于PVDF/PVP纺丝条件对膜性能影响的报道。本文采用干湿法纺丝，制备了PVDF/PVP共混中空纤维膜。考察了液膜空气蒸发时间、铸膜液脱泡时间、拉伸速度、芯液温度对膜的纯水通量（J）、截留率（R）、拉伸强度（σb）、断裂伸长率（δ）等膜性能的影响，优化出PVDF/PVP共混中空纤维膜纺丝条件。1试验部分1.1主要原料聚偏氟乙烯（PVDF），苏威苏莱克斯6020粉体；聚乙烯吡咯烷酮K30（PVP）；N,N-二甲基乙酰胺（DMAc），分析纯；卵清蛋白（43000）；无水乙醇，分析纯；去离子水。1.2膜的制备PVDF、PVP及其它基础添加剂以一定质量比同质量分数为66%的DMAc在60℃下搅拌24h成均相溶液，过滤，60℃下静置脱泡。芯液选取去离子水，10℃自来水为外凝胶浴，纺丝氮气压强0.2MPa，空气湿度60%，分别设定芯液温度、液膜空气蒸发时间、拉伸速度、铸膜液脱泡时间4个纺丝条件在一定范围内变化时，考察膜性能的变化。成品丝在自来水中陈化24h后进行性能测试。1.3PVDF/PVP共混膜性质测试仪器及方法膜化学组成：傅里叶变换红外光谱仪（FTIR-8400S），选取同等条件下厚度为5μm平板膜，条件：分辨率4cm-1，扫描速度5mm·s-1；膜结晶性质：广角粉末衍射（WXRD，D/max2500型衍射纺丝条件对PVDF/PVP共混中空纤维膜性能的影响张东海1，王磊1，孟晓荣2，王旭东1，李薇1，原巍1（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安710055；2.西安建筑科技大学理学院，陕西西安710055）摘要：采用干-湿法纺丝工艺制备PVDF/PVP共混中空纤维膜，利用红外分析技术和广角粉末衍射表征了膜组成和结晶性质，考察了液膜空气蒸发时间、铸膜液脱泡时间、拉伸速度、芯液温度等纺丝条件对膜的纯水通量、截留率、拉伸强度、断裂伸长率等性能的影响。结果表明，随芯液温度提高，膜纯水通量和截留率变化不大，但能显著提高拉伸强度和断裂伸长率；随着铸膜液脱泡时间和液膜在空气中蒸发时间的延长，膜纯水通量下降，截留率升高，拉伸强度和断裂伸长率增大；拉伸速度与膜拉伸强度和断裂伸长率呈正相关，在3.28m·min-1时的膜纯水通量和截留率表现最佳。试验条件下得出的最优纺丝条件为：芯液温度60℃，静置脱泡48h，蒸发时间2s，拉伸速度3.28m·min-1。关键词：PVDF；PVP；芯液温度；脱泡时间；蒸发时间；拉伸速度中图分类号：TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)11-0026-004收稿日期：2011-04-01基金项目：教育部博士点基金项目-博导类（20096120110010）；陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项（2010ZDKG-56）；陕西省省级重点实验室重点科研计划项目（2010JS028）；西部建筑科技国家重点实验室（筹）开放研究基金（10KF08）作者简介：张东海（1983－），男，硕士，研究方向为PVDF超滤的制备和应用联系作者：王磊；联系电话：15829362418；E-mail：wl0178@126.com26DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.11.006张东海等，纺丝条件对PVDF/PVP共混中空纤维膜性能的影响仪），中空纤维膜直接扫描，条件：2θ=5～50°，速度4°·min-1；膜结构表征：扫描电镜（JSM-5800，日本电子），膜经液氮脆断、乙醇逐级脱水后喷金，拍照电压20kV。1.4膜的性能测试膜纯水通量、卵清蛋白截留率采用中华人民共和国海洋行业标准HY/T050－1999测试方法。拉伸强度、断裂伸长率等力学性能采用电子单纱强力仪（HD021NS），拉伸速度500mm·min-1，拉伸间距100mm。2结果与讨论2.1PVDF/PVP共混膜的性质图1