复合稀释剂UHMWPE/PVDF共混中空纤维膜的制备与性能研究

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为改善膜的力学性能、渗透性以及丰富膜孔结构,本文以矿物油/邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为复合稀释剂,通过TIPS法制备以UHMWPE为原纤网络结构的UHMWPE/PVDF共混中空纤维膜。为研究铸膜液的性能,通过毛细管流变仪测试铸膜液的粘度,热台偏光显微镜观察铸膜液的浊点,差示扫描量热仪测试铸膜液的结晶温度。通过场发射扫描电子显微镜、气液界面孔径测试仪、通量测试仪、孔隙率和万能强力机等测试,分析了中空纤维膜的膜形貌、孔结构、渗透性和力学性能。体系固含量不变,改变UHMWPE的含量,制备了不同UHMWPE含量的共混中空纤维膜。结果表明,随着UHMWPE含量的增加,铸膜液粘度增加。该共混体系呈现典型的“海-岛”结构,其中UHMWPE/矿物油为连续相,PVDF/DBP为分散相。冷却过程中,依次发生PVDF与DBP之间的液-液(L-L)相分离,PVDF优先结晶引起的固液(S-L)相分离,UHMWPE与矿物油之间的L-L相分离,以及UHMWPE结晶引起的S-L相分离。EDAX测试显示F元素含量在外皮层较多。随着UHMWPE含量的增加,UHMWPE/矿物油的L-L相分离区域变小,平均孔径和孔隙率降低,导致气通量和水通量减小,而截留率增加,可高达80%,同时拉伸强度提高了近1.5倍。为进一步研究冷却温度对膜结构与性能的影响,制备了不同冷却温度的共混中空纤维膜。结果表明,随着冷却温度的升高,相分离与结晶时间延长,膜的平均孔径和孔隙率增加,部分大孔塌陷,且UHMWPE原纤数量减少,这使膜渗透性能改善,而力学性能下降。在此基础上,研究了纺丝温度对膜结构与性能的影响。结果表明,随着纺丝温度的升高,铸膜液粘度降低,膜的平均孔径及孔隙率增加,但孔隙率变化不明显。由于孔径和孔隙率的增加,气通量水通量增加,截留率降低。拉伸强度降低不明显,表明纺丝温度对膜拉伸强度影响不显著。
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