热致相分离制膜条件对聚丙烯平板微孔膜结构的影响

文章编号:1007-8924(2007)04-0021-05热致相分离制膜条件对聚丙烯平板微孔膜结构的影响唐娜,马敬环,王嘉宁,王海涛,鞠兴文,靳皓琛(天津科技大学海洋学院,天津300457)摘要:以热致相分离法制备了聚丙烯平板微孔膜.研究了铸膜液中聚丙烯浓度、熔体指数、稀释剂和成核剂种类及含量、凝固浴温度等制膜因素及条件对膜结构的影响.采用扫描电子显微镜观测制备膜的断面及表面结构,并基于热力学和结晶动力学理论对聚丙烯成膜过程机理进行探讨,结果表明:制膜条件对聚丙烯平板微孔膜的结构影响明显.关键词:热致相分离;聚丙烯;平板微孔膜;结构中图分类号:TQ028.8文献标识码:A在己经工业化的膜过程中,微滤占有举足轻重的地位。微滤膜所占市场份额最大并且用途最广泛,其总销售额大于其他所有膜过程的销售额之和[1,2],因此微孔滤膜开发市场前景广阔.目前研究开发的新型膜过程如:膜萃取、膜蒸馏、膜吸收以及支撑液膜等所用膜材料也为微孔滤膜。微孔膜的制备方法主要有相转化法、拉伸法、溶出法、烧结法和核径迹法等[3].20世纪80年代初,Castro[4,5]发表专利,提出热致相分离(thermally-inducedphaseseparation,简称TIPS)法,该法属于温差凝胶相转换制膜法,是将只能在温度较高时才能互溶的聚合物和稀释剂,先加热使之熔融,再以此溶液流延或挤压成薄膜后使之冷却.当溶液温度下降到某一温度以下时,溶液中聚合物链相互作用,而形成凝胶结构,最后因相分离而形成细孔.将分离后的凝胶浸入萃取液中除去稀释剂可形成多孔膜.TIPS法制备微孔膜的过程、成膜条件与孔形态结构的关系对微孔膜的性能具有重要影响[6-8].不同的制膜材料需不同的制造工艺和工艺参数.相同的膜材料,如果选用不同的制膜工艺和工艺参数,其形态结构及性能也会有较大的差别.因此,选择合理的制膜工艺和最佳的工艺参数是制作性能优良微孔膜的重要保证.本文采用热致相分离(TIPS)法制备了等规聚丙烯(iPP)平板微孔膜,并用PhilipsXL30型环境扫描电子显微镜(SEM)对制备的聚丙烯系列平板微孔膜的断面及表面进行了观测.研究了铸膜液中iPP浓度、iPP熔体指数(MI)、稀释剂、成核剂种类及含量、凝固浴温度等制膜条件对膜结构的影响,并基于热力学和结晶动力学理论对聚丙烯成膜过程机理进行探讨.1实验部分1.1原料及试剂等规聚丙烯(iPP),中国天然气总公司华北石化分公司生产;大豆色拉油,北海粮油工业(天津)有限公司生产;苯甲酸甲酯、苯甲酸、己二酸均为分析纯试剂.1.2膜的制备本研究采用TIPS法制备了聚丙烯平板微孔膜[9].1.3膜形态结构的观测本研究采用PhilipsXL30型环境扫描电子显微镜(SEM)对TIPS制备的聚丙烯系列平板微孔膜的收稿日期:2005-10-24;修改稿收到日期:2006-03-10作者简介:唐娜(1972-),女,辽宁海城人,博士,副教授,研究海水淡化膜和膜过程及海卤水资源综合利用,电话:022-60601109,E-mail:tjtangna@163.com第27卷第4期膜科学与技术Vol.27No.42007年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYAug.2007DOI:10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2007.04.017断面及表面进行了观测.由电镜照片可以直观地观测出膜的形态结构、膜厚和孔径大小.方法为:将待观测样品浸入液氮中冷却至膜材料变脆,再切割成0.5cm×0.5cm的方形片,置于离子溅射喷金仪中,喷金5min后,放入SEM样品室扫描成像.由观测到的图像可判断膜的孔径大小及微观结构.TIPS法制备iPP疏水微孔膜过程中,刮膜温度控制在200℃,凝固浴温度控制在10～40℃.淬冷过程中,因膜的表面皮层直接与水浴接触,故相分离过程中过冷度大,聚丙烯晶体的结晶及成核速率快,易形成球晶结构;而膜的非表面皮层,因刮板温度较高,在淬冷过程中相对过冷度小,因此相分离过程中聚丙烯晶体成核和生长速率较慢,易形成孔隙较大、孔隙率高的树枝状晶体结构.因此,在聚丙烯平板膜相分离的过程中,由于存在由表面皮层至非表面皮层的温度分布,即存在过冷度分布,从而形成由表面皮层球晶结构的小孔区至非表面皮层的树枝状晶体结构的大孔区这一孔的结构分布,如图1所示.图1以豆油为稀释剂时iPP平板微孔膜的断面结构孔分布Fig.1PoredistributionSEMpicturesofcross-sectionstructureofiPPmembraneswithsoybeanoilasdiluent2结果与讨论2.1iPP浓度对膜结构的影响以豆油为稀释剂,成膜条件为:iPP的MI均为16.08g/10min,成核剂为己二酸含量为0.