新型含氟分离膜的制备与应用

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本文在无水碳酸钾的催化下,进行亲核取代反应,合成了一系列双酚AF聚醚醚酮。通过对红外、玻璃化温度,热失重等对聚合物结构和性能进行了表征。研究了含氟基团的引入对聚醚醚酮的溶解性、玻璃化温度及热稳定性等的影响,并对聚合物溶解后所成的膜进行了拉伸强度、吸水率以及与水的表面接触角的测定。结果表明,随着单体配比中双酚AF用量的增加,聚合物的成膜性和溶解性变好;粘度下降。实验中,随着氟含量的增加,聚合物的亲水性能减弱,这是氟具有强憎水性的缘故。 聚醚醚酮溶解性较差、加工困难,限制了其应用,为此我们对聚醚醚酮进行了磺化改性研究,磺化改性后的聚醚醚酮不仅保持了原有优异的拉伸强度性能、耐热性,还提高了聚合物的吸水性和离子交换容量。对比磺化改性前后聚合物性能试验中,我们发现磺酸根基团的引入,聚合物膜表面的吸水性能明显提高。由于磺酸根基团具有较强亲水性能,他的引入,提高了高聚物的亲水性能,这对于膜分离技术的应用有重要意义。磺酸根基团由于具有较强极性,它的引入会一定程度上减弱聚合物的拉伸强度,但是既便如此,磺化改性后的双酚AF型聚醚醚酮最低的抗拉伸强度仍然能够达到40Mpa以上,具有很好的机械强度。这些性能使得含氟型磺化聚醚醚酮在燃料电池和膜分离方面有广阔的应用前景。 磺化度DS表示磺酸根基团的含量,它的数值能够显著影响磺化聚醚醚酮的性能,我们研究了DS对聚合物溶解性、膜拉伸强度、吸水率的影响,可以看出,磺化度数值越大,聚合物溶解性能越好,这主要是因为磺酸根基团是极性基团,它的引入极大增强了聚合物的溶解性能;聚合物磺化度越高,亲水性能越强,这是由于磺酸根基团是亲水性基团,随着磺化度的增大,被引入的磺酸根基团不断增加,其亲水性能也相应增强,随着聚合物磺化度的升高,其抗拉伸强度略有降低,这可能是由于磺酸根基团的强极性和空间位阻效应的影响,在一定程度上影响了聚合物的机械性能。 由于磺化度DS数值对磺化后的聚醚醚酮性能有较大影响,所以我们研究了反应条件对磺化度DS的影响。合适的反应条件是采用浓硫酸为磺化剂,在20℃下反应72h。 对双酚AF型聚醚醚酮/磺化聚醚醚酮,双酚A型聚醚醚酮/磺化聚醚醚酮聚合物膜进行超滤膜分离技术的探索,对比了水通量、耐污染性能等指标,发现相对于其余三种聚合物膜材料,含氟型磺化聚醚醚酮具有更好性能,具有广阔的应用前景。
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