PEG-PB-PEG三嵌段共聚物共混改性多孔膜的研究

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高密度聚乙烯(HDPE)和聚偏氟乙烯(PVDF)具有优异的化学稳定性、热稳定性以及机械性能,是高分子分离膜领域的代表性材料。HDPE和PVDF材料虽然在分离膜领域广泛使用,但是由于这两种材料的本征疏水性,使得它们在应用过程中极易吸附有机物、细菌等杂质而造成膜污染,严重降低膜性能。因此,解决膜污染问题对高分子分离膜来说是一个十分重大的课题。而对HDPE和PVDF这两个典型体系的研究,将对分离膜性能的提高提供普遍的科学意义。本文研究的主旨为通过简单、高效、低成本的共混改性方法改善HDPE和PVDF多孔分离膜的结构与性能,提高膜的亲水性,进而降低膜污染。鉴于两亲性共聚物在共混体系中的优良性能,本研究通过聚乙二醇单甲醚(MPEG)和端羧基聚丁二烯(PB)发生酯化反应合成了一种含聚烯烃链段的两亲性三嵌段共聚物PEG-b-PB-b-PEG,并用作对HDPE和PVDF的共混改性剂。通过红外、核磁、凝胶渗透色谱、热失重扫描和示差扫描量热等多种手段进行表征,分析了共聚物的分子组成、分子结构、分子量分布及相关物理性能。对TIPS(?)制备HDPE分离膜体系,本文研究了HDPE/PEG-b-PB-b-PEG/LP三元体系的分相行为,通过示差扫描量热、X-射线衍射、热台偏光显微镜、接触角对体系分相过程进行了表征,结果表明HDPE/PEG-b-PB-b-PEG/LP三元体系在成膜过程中发生的是固-液相分离过程,且发生微观相分离。进一步地,本文研究了制膜条件对膜结构及性能的影响,发现冷却浴温度、萃取温度和萃取剂等条件对其有较大影响。为了研究共聚物对HDPE多孔膜的影响,通过X射线光电子能谱分析、全反射表面红外对膜的表面化学组成进行了分析,研究发现PEG链段被成功的引入膜中,且在膜表面有明显的富集。水通量、接触角、蛋白质粘附实验以及振荡实验表明膜的亲水性和抗污染性得到明显改善。共混改性后HDPE膜的表面接触角最低可下降到82°,大大低于纯HDPE膜的127°;纯水通量得到大幅增加;蛋白质吸附量下降,且膜通量恢复性能达79%。通过共混膜在60℃恒温水浴中振荡实验模拟膜应用过程,对振荡30天后共混膜的通量进行测试,发现通量保持稳定,说明实现了共混膜长久、稳定的亲水化改性。对NIPS法制备了PVDF/PEG-b-PB-b-PEG共混多孔膜体系,本文详细研究了共聚物的添加对膜结构和性能的影响。实验发现PEG-b-PB-b-PEG的加入使得PVDF膜表面的孔径和孔隙率明显提高。并且膜的亲水性也得到大幅提高,PVDF共混膜的表面接触角最低下降到85.1°;渗透性能测试结果表明,改性后膜的纯水通量增加。将共混膜在60℃恒温水浴中振荡模拟应用过程,振荡后共混膜的接触角保持稳定,表明在膜的使用过程中两亲性嵌段共聚物能较好的保留在共混膜中,实现持久改性。
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