基于两亲聚合物及离子化的聚偏氟乙烯膜改性研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:XIEJUANJUAN1984
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聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)是一种半结晶性聚合物,具有优异的化学稳定性、耐腐蚀性、耐热性、耐辐射性、耐老化性等,同时又具有较好的力学性能和成膜性,是目前应用最广泛的水处理膜材料之一。但PVDF的强疏水性一方面导致PVDF膜在水处理过程中需要较大的驱动力和极易被污染,降低了膜的使用寿命,增加了膜组件的运营成本。基于膜污染机理,提高膜的亲水性是提高膜抗污能力的重要途径。两亲共聚物共混改性具有易操作和易实现大规模生产等优点。在膜成形过程中,两亲共聚物中的亲水性链段会自发地向膜表面迁移富集使膜表面覆盖一层亲水性分子层,从而能够显著提高膜表面的润湿性能和抗污性能。另外两性离子聚合物因其强大的结合水的能力和抗非特异性蛋白吸附能力,在抗污研究方面备受瞩目。在两亲聚合物共混膜的基础上,进一步使膜表面两性离子化,不仅可以研究膜两性离子化膜对膜性能的影响,还可与两亲聚合物的改性效果做对比。本文通过表征PVDF共混膜的表面亲水性、纯水通量、牛血清蛋白(BSA)溶液截留率与恢复率、膜结构与力学性能、表面元素分布等,从不同角度研究了两亲聚合物及膜表面两性离子化对PVDF膜性能的影响。(1)以二甲基硅氧烷(PDMS)大分子引发剂引发单体N,N二甲基丙烯酰胺(DMAA)的原子转移自由基聚合(ATRP)活性聚合得到一系列亲水链段长度不同的分子量和分子量分布可控的两亲三嵌段聚合物polydimethyl acrylamide-b-polydimethylsiloxane-b-polydimethylacrylamide (PDMAA-PDMS-PDMAA),然后将其作为添加剂制备PDMAA-PDMS-PDMAA/PVDF共混膜,研究不同亲水链段长度对膜性能的影响。研究发现,通过添加两亲聚合物,PVDF膜表面的亲水性得到显著改善,表面粗糙度增加,孔隙率增大,孔径随着聚合物链长的增加先减小后增大,水通量恢复率明显提高。(2)以PDMS大分子引发剂引发两性离子的前驱体DMAEMA单体进行ATRP聚合,制备出两亲聚合物PDMAEMA-PDMS-PDMAEMA两亲聚合物。并采用NIPS法制备PDMAEMA-PDMS-PDMAEMA/PVDF共混膜。研究表明,添加PDMAMEA-PDMS-PDMAEMA两亲聚合物后,膜的形貌发生了明显变化,膜表面孔密度和尺寸增大,表面粗糙度增加,且随着聚合物添加比例的增加,膜的亲水性,通量及截留率,恢复率均有显著提升,特别是纯水通量从105L/m2h增加到378L/m2h,截留率从38.2%增加到77%,说明添加这种两亲聚合物后,膜的抗污性能和综合性能显著提高。(3)将上述PDMAMEA-PDMS-PDMAEMA/PVDF共混膜通过季铵化反应,制备出膜表面和膜孔表面两性离子化的PVDF膜。研究发现,两性离子化对膜形貌也有显著影响,具体为膜主体结构更加紧凑,膜表突起更加明显。并且相对于两亲聚合物共混膜,两性离子化膜在各项性能均有明显提升,特别是BSA截留率和恢复率分别达到94%和88%,大于季铵化前的77%和72%,并且远大于原膜的38%和64%。说明膜两性离子化具有更好的综合改性效果。
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