熔纺—拉伸法制备高性能聚丙烯中空纤维膜的研究

发布时间：2017-07-03 09:01

  本文关键词：熔纺—拉伸法制备高性能聚丙烯中空纤维膜的研究

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【摘要】：本文以聚丙烯(PP)为原料,采用熔纺-拉伸法(MS-S)制备聚丙烯中空纤维微孔膜。按照熔纺拉伸法中空纤维膜的制备流程,首先研究了牵伸速率对聚丙烯中空纤维膜结构及性能的影响,而后考察了退火热处理条件对聚丙烯中空纤维膜结构与性能的影响;最后探讨了拉伸后处理工艺对聚丙烯中空纤维膜结构及性能的影响。采用DSC法测定了聚丙烯中空纤维的结晶度,进一步用小角X射线散射表征了纤维的结晶性能,同时测量了纤维的弹性回复率。采用场发射扫描电子显微镜观察了中空纤维微孔膜的表面结构,同时采用自制的水通量测试装置测量中空纤维膜的水通量,采用密度法测定中空纤维膜的孔隙率。最后得到了本研究范围内最优的中空纤维膜制备工艺。研究表明,随着牵伸速率增大,中空纤维弹性回复率、微孔结构均匀性、孔隙率及水通量随之增加,牵伸速率为420m/min时达到最大,而纤维结晶度则是先增大后减小,牵伸速率为350m/min时达到最大,速率再增大时结晶度有略微减小。牵伸速率定为420m/min时得到中空纤维膜综合性能较好。在牵伸速率为420m/min的条件下制备得到的初纺纤维及膜材料,随着退火热处理温度的增加,纤维的结晶度、弹性回复率、微孔膜结构规整性、孔隙率及水通量等性能均随之增加,热处理温度为140℃时到达最大,当温度升高到150℃时,除了弹性回复率不变之外,中空纤维膜的其它各性能均有略微的下降。此外,退火热处理时,对中空纤维所施加的外力也对中空纤维及微孔膜性能有一定影响。结果表明热处理过程中外力对分子链段的重排结晶产生一定的限制,影响结晶区(RF)、过渡区(RAF)以及非晶区(MAF)的厚度及结构。最后得到结构及性能不同的中空纤维膜。实验表明,在不作约束的情况下进行热处理得到的中空纤维膜性能最优,这与以往的研究结果有所不同。在硬弹性纤维拉伸致孔过程中,总拉伸比例、冷拉伸比例、拉伸速度以及拉伸热定型温度都对微纤的形成有一定影响。总拉伸比例及冷拉伸比例过大都会造成微纤的断裂而出现微孔闭合或者部分堆积片晶不被拉开等现象。而拉伸速率过大会使松弛时间短的片晶部分首先形成微纤导致形成微孔结构不均匀。同时在片晶不发生熔融的情况下,拉伸热定型温度越高分子链段活动性越好,得到微孔结构也相应会更好。最后得到最优的拉伸后处理工艺条件为:总拉伸比例200%,冷拉伸比例20%,拉伸速率12mm/min,拉伸热定型温度为140℃。为了提高聚丙烯中空纤维膜的亲水性,在得到本研究范围内最优制备工艺之后,采用共混改性以及表面改性的方法对聚丙烯中空纤维膜进行了改性。实验表明,共混亲水剂HL-560对聚丙烯的结晶性能影响较大,随着亲水剂含量的增加,聚丙烯结晶度、纤维弹性回复率、孔隙率、微孔数量及结构规整性都随之下降。水通量相比未改性的中空纤维膜有所提高,但抗污染性能变化不大。结果表明亲水剂和聚丙烯共混比为100:5时得到微孔膜亲水性的综合性能较好。水通量从96L/m~2·h上升到了131L/m~2·h。水通量恢复率从55%提高到了61%。而采用表面改性的方法得到的亲水效果相对较好,该方法得到的中空纤维亲水膜微孔结构、孔隙率等性能影响不大,而且水通量有较大提高,膜的抗污染性能也有较大提高。其中使用丙酮作为溶剂进行表面改性得到的中空纤维膜综合性能更好一些。水通量从96L/m~2·h上升到了139L/m~2·h。水通量恢复率从55%提高到了90%。
【关键词】：聚丙烯 熔纺-拉伸法 制备工艺 中空纤维膜 亲水改性
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.62;TB383.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 膜材料的种类11-12
• 1.3 聚合物微孔分离膜的制备方法12-15
• 1.3.1 热致相分离法（TIPS）13
• 1.3.2 非溶剂致相分离法（NIPS）13-14
• 1.3.3 熔纺-拉伸法（MS-S）14-15
• 1.4 硬弹性聚丙烯中空纤维膜研究现状15-26
• 1.4.1 材料的硬弹性简介15-16
• 1.4.2 材料的硬弹性机理16-20
• 1.4.3 硬弹性聚丙烯中空纤维膜的制备20-23
• 1.4.4 聚丙烯中空纤维膜亲水改性23-26
• 1.5 课题的提出及研究内容26-27
• 第二章 实验部分27-32
• 2.1 实验原料及设备27-28
• 2.1.1 实验原料27
• 2.1.2 实验设备27-28
• 2.2 聚丙烯中空纤维微孔膜的制备28-29
• 2.2.1 聚丙烯初纺纤维的制备28
• 2.2.2 聚丙烯中空纤维微孔膜的制备28-29
• 2.3 聚丙烯中空纤维及微孔膜的表征29-32
• 2.3.1 聚丙烯中空纤维结晶性能表征29
• 2.3.2 中空纤维二维小角散射(2D-SAXS)检测29
• 2.3.3 中空纤维弹性回复率测试29
• 2.3.4 中空纤维微孔膜表面形貌表征及EDS能谱分析29
• 2.3.5 中空纤维微孔膜XPS元素分析29-30
• 2.3.6 中空纤维微孔膜孔隙率测定30
• 2.3.7 中空纤维微孔膜水通量测试30-31
• 2.3.8 中空纤维膜抗污染性能测试31-32
• 第三章 牵伸速率对聚丙烯中空纤维膜结构及性能的影响32-38
• 3.1 前言32
• 3.2 实验原料及设备32
• 3.3 样品的制备32
• 3.4 结果与讨论32-37
• 3.4.1 牵伸速率对中空纤维结构性能的影响32-35
• 3.4.2 牵伸速率对中空纤维膜结构性能的影响35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 热处理条件对聚丙烯中空纤维膜结构及性能的影响38-49
• 4.1 前言38
• 4.2 实验原料及设备38
• 4.3 样品的制备38
• 4.4 结果与讨论38-48
• 4.4.1 热处理温度对聚丙烯中空纤维膜结构及性能的影响38-42
• 4.4.2 热处理纤维受力方式对聚丙烯中空纤维膜结构及性能的影响42-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 拉伸后处理工艺对聚丙烯中空纤维膜性能的影响49-59
• 5.1 前言49
• 5.2 实验原料与设备49
• 5.3 样品的制备49-50
• 5.4 结果与讨论50-57
• 5.5 本章小结57-59
• 第六章 聚丙烯中空纤维膜亲水改性59-69
• 6.1 前言59
• 6.2 聚丙烯中空纤维膜共混亲水改性59-63
• 6.2.1 实验原料与设备59
• 6.2.2 样品的制备59
• 6.2.3 结果与讨论59-62
• 6.2.4 本节小结62-63
• 6.3 聚丙烯中空纤维膜表面亲水改性63-68
• 6.3.1 实验原料与设备63
• 6.3.2 样品的制备63-64
• 6.3.3 结果与讨论64-67
• 6.3.4 本节小结67-68
• 6.4 本章小结68-69
• 第七章 结论69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-78
• 附录78-79

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本文编号：513000