明胶改性聚酰亚胺的合成及其薄膜的分离性能

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聚酰亚胺是一种具有很好的热稳定性、化学稳定性、机械强度和电学性能的聚合物材料,它已广泛应用于生产和生活的许多领域,如分离膜、航空航天、电气、机械、微电子等领域。   聚酰亚胺分离膜有很多种,如反渗透膜、超滤膜、气体分离膜、渗透蒸发膜以及纳滤膜,它们已应用于生产和生活的许多方面。但是在对含有乳化油的废液进行分离时,由于聚酰亚胺分离膜对乳化油的破乳能力较差,乳化油易在膜表面沉积,膜易被污染,应用范围受到了限制。因此,本课题以明胶为改性剂,通过在聚酰亚胺分子链上引入明胶链段,提高了聚酰亚胺分离膜的破乳能力,降低了乳化油对膜的污染,同时提高了膜的亲水性与凝胶性,使其在保持原有水通量的情况下,对油脂的截留率提高,而且还降低了聚酰亚胺的玻璃化温度,改善了它的加工性能。   明胶通过分子链上的-NH2首先与低分子酸酐封端的聚酰胺酸链端酸酐缩合生成改性预聚体,然后对改性预聚体扩链得到了明胶改性聚酰胺酸。通过测定明胶改性聚酰胺酸的特性粘度,研究了改性预聚体合成阶段不同反应因素对聚合反应的影响。结果表明,在改性预聚体合成阶段,当明胶用量为35%,反应温度为40℃,反应时间为25min时,明胶改性聚酰胺酸的特性粘度最大,为1.31 dL.g-1,其重均分子量为6.60×104。采用红外光谱测定了明胶改性聚酰胺酸的结构,结果表明,明胶改性聚酰胺酸的1645cm-1、1543cm-1和1100cm-1峰与1500cm-1峰的强度比值比聚酰胺酸的大,说明通过缩合反应在聚酰胺酸分子链上引入了明胶链。   分别采用干法与相转化法制备了两种明胶改性聚酰胺酸薄膜,然后采用化学脱水剂在室温下对干法制备的明胶改性聚酰胺酸薄膜进行不同时间的化学亚胺化,通过红外光谱、示差扫描量热、热重分析等手段对化学亚胺化过程中薄膜的亚胺化程度、热性能和力学性能进行了测定。结果表明,在化学亚胺化初期,薄膜的亚胺化程度、玻璃化温度和拉伸强度随化学亚胺化时间的延长而升高。在化学亚胺化时间超过12h后,继续延长化学亚胺化时间,薄膜的亚胺化程度、玻璃化温度和拉伸强度基本上不再变化,标志着薄膜的化学亚胺化已基本完成。对明胶改性聚酰胺酸薄膜进行24h化学亚胺化后,可以得到玻璃化温度为205℃左右,耐520℃高温,拉伸强度较高的明胶改性聚酰亚胺薄膜。对比24h化学亚胺化后得到的明胶改性聚酰亚胺与聚酰亚胺薄膜发现,明胶改性聚酰亚胺薄膜的玻璃化温度比聚酰亚胺薄膜的玻璃化温度降低39℃,加工性能得到改善。   采用扫描电子显微镜观察了相转化法制备的明胶改性聚酰亚胺和聚酰亚胺分离膜的表面与断面,结果表明,两种膜的表面都呈致密结构,而且还含有一些粒状结构,断面分为三部分。在聚酰亚胺分子链中引入明胶链段,使它的粘度增大,分子量升高,凝胶性增强。用其制备的分离膜与聚酰亚胺分离膜相比,表面致密程度较大,粒状结构也较多,断面支撑层中胞腔状结构的厚度较大,指状结构呈不规则的倾斜状,上下宽度不一。   采用相转化法制备的明胶改性聚酰亚胺与聚酰亚胺分离膜对脱脂废液进行分离,研究了明胶改性对聚酰亚胺分离膜的水通量、对乳液中油脂的回收率及其污染与清洗性能的影响。结果表明,明胶改性聚酰亚胺分离膜的水通量与聚酰亚胺分离膜的基本一样,但是对乳液中油脂的回收率较高。与聚酰亚胺分离膜相比,明胶改性聚酰亚胺分离膜不易被污染,而且易清洗,清洗后膜水通量的恢复比例较高。
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