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聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种常用分离膜材料,在水处理、生物分离等领域有着广泛的应用。本研究在全面了解温敏膜制备方法的基础上,采用碱处理法对PVDF粉末进行改性,利用自由基共聚合反应,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为单体,偶氮二异丁氰(AIBN)为引发剂,制备了PVDF-g-PNIPAAm共聚物,并用FTIR、NMR、DSC等对其结构进行了表征。
采用相转化法制备TPVDF-g-PNIPAAm温敏平板分离膜。利用SEM、AFM、以及毛细管流动孔径仪等对其孔结构进行了研究;利用接触角测定仪等对共聚物膜的亲水性进行了研究;通过纯水通量及不同分子量牛血清蛋白和卵清蛋白的截留率,研究了PVDF-g-PNIPAAm共聚物膜的温度响应性;进而着重讨论了PVDF-g-PNIPAAm共聚物浓度(固含量)、凝固浴组成等对膜结构和性能的影响。在此平板膜研究的基础上,讨论了原料配比、溶剂以及固含量等对PVDF-g-PNIPAAm纺丝铸膜液的流变性能的影响。
研究结果表明,NIPAAm成功接枝到PVDF聚合物上,并且计算出NIPAAm占PVDF-g-PNIPAAm共聚物的摩尔百分比为34.1%。比较PVDF平板膜,PVDF-g-PNIPAAm共聚物膜亲水性增加、空隙率增大。纯水通量和截留率表现出明显的温度敏感特性,膜纯水通量在27℃~32℃出现急剧降低,并逐渐趋于平稳;在25℃~35℃的范围内,膜对牛血清蛋白的截留率随温度的升高而急剧增加,并逐渐趋于平稳,最大截留率可达99.7%以上,表现出很好的截留效果。
所制备的PVDF-g-PNIPAAm膜上层具有指状结构,下层为海绵状孔结构。随着固含量的增加,膜趋于致密化,温度响应性能逐渐下降,截留率随着温度的升高逐渐增加,膜的平均孔径逐渐减小,且孔隙率也逐渐减小。凝固浴组成对膜结构和性能有很大的影响。随凝固浴中乙醇浓度的增加,膜表面更加粗糙,膜结构中形成的海绵状孔增多,同时外表面的孔径增大,膜表现出来的对温度的依赖性升高。
PVDF-g-PNIPAm以及PVDF/PVDF-g-PNIPAm纺丝铸膜液均为假塑性流体。在相同温度下以NMP为溶剂时,PVDF/PVDF-g-PNIPAAm共混物纺丝溶液的表观粘度相应要高于以DMAc为溶剂时。PVDF-g-PNIPAAm和PVDF/PVDF-g-PNIPAAm纺丝铸膜液表观粘度值随温度的升高而降低,在高剪切速率下,PVDF-g-PNIPAAm纺丝铸膜液流动性能对温度的依赖性有所上升,纺丝受温度影响较大;PVDF/PVDF-g-PNIPAAm共混物纺丝铸膜液的粘流活化能随剪切速率的增加而下降,纺丝受温度影响较共聚物变小。