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大多数关于智能膜的研究主要集中在智能膜制备和响应性能研究上,对于智能膜成膜机理研究却很少见到。本论文对PVDF-g-PNIPAAm温度响应膜的成膜机理进行了研究,探讨了凝固浴温度、凝固浴组成、聚合物浓度、致孔剂、共聚物结构等制膜条件对PVDF-g-PNIPAAm成膜机理和膜结构与性能的影响。
论文利用三元体系相图和超声时域反射法对PVDF-g-PNIPAAm的成膜热力学和动力学进行了研究。根据不同制膜条件下的膜结构,分析了膜结构成因,探讨了膜结构与性能的控制途径。得到了以下的实验结果:
凝固浴温度对PVDF-g-PNIPAAm成膜过程有显著影响。凝固浴温度为30℃时,热力学上,体系最容易发生液固分相,成膜速度最慢。PVDF-g-PNIPAAm成膜时,PNIPAAm更倾向于分布在膜的表面。不同凝同浴温度下形成的PVDF-g-PNIPAAm膜均呈现指状大孔。膜中大孔的形成与PNIPAAm的致孔作用有很大关系。25℃下制备的PVDF-g-PNIPAAm膜具有明显的温度响应性能。
随着凝固浴中乙醇含量的增加,PVDF-g-PNIPAAm成膜体系不容易发生相分离,膜固化时间延长,成膜过程的分相类型由瞬时液液分相向延时液液分相转变,膜孔结构也由具有致密皮层的指状大孔结构向无皮层结构的海绵状孔结构转变。所制共聚膜的纯水通量增加,温敏行为更加明显。
提高聚合物浓度,使得成膜体系不稳定,但膜固化时间延长。聚合物浓度的增加,使得膜的结晶度增加;膜表面NIPAAm的含量增加;膜的指状孔增大,孔隙率增加;所得多孔膜的通量增加,但通量的温度敏感性能不明显。
致孔剂PEG的加入促进了成膜体系的分相,成膜速度加快。PEG的加入提高了PVDF-g-PNIPAAm膜的结晶度,降低了结晶的完善程度;膜表面NIPAAm含量增加;膜中的指状孔尺寸大幅增加,孔隙率增加;膜的纯水通量大大提高。
随着碱处理时间的增加,PVDF-g-PNIPAAm的接枝率增加,膜固化时间增加;膜表面NIPAAm含量增加;膜表而孔洞增多,孔径增大。随着碱处理时间的增加,PVDF-g-PNIPAAm膜的水通量逐渐增加,但温度敏感性能不明显。
利用原子转移自由基制备了不同接枝率的PVDF-g-PNIPAAm膜。随着PNIPAAm接枝率(接枝长度)增加,PVDF-g-PNIPAAm膜表面的NIPAAm含量增加;PVDF-g-PNIPAAm膜断面大孔尺寸增加,孔隙率增加,膜水通量提高,但是水通量的温度响应性能不明显。