聚氨酯微孔膜的改性与性能研究

发布时间：2020-06-12 20:49

【摘要】：本文采用湿法成膜法制备聚氨酯(PU)微孔膜,讨论了不同PU(聚醚型1180-PU、聚醚型1190-PU、聚酯型5280-PU、聚酯型5290-PU)、非溶剂(水、甲醇、乙醇、异丙醇)、改性剂(氧化石墨、4,4'-二羟基偶氮苯、聚氯乙烯(PVC))对膜结构、成膜速率、孔隙率、吸湿率、透气性、亲水性、透湿导热效率及力学性能的影响。并通过热力学三元相图对聚合物-溶剂-非溶剂三元体系进行定性表征,又结合分子模拟从微观尺度对性能改性机理进行了分析。对于不同PU,纯PU的成膜速率与水分子在PU膜中的扩散系数相关,PU膜的吸湿率与PU膜的自由体积分数相关。三元相图中双节线位置与PU-DMF轴的距离按1180-PU、1190-PU、5280-PU和5290-PU的顺序依次增大。分别在四种PU中添加相同量的氧化石墨均可使膜的大孔结构大幅度减少、界面微孔数量增多,成膜速率、孔隙率、吸湿率、透气性、拉伸强度及断裂伸长率也都有提高。当聚醚型PU的软段比例较高(1180-PU)时,PU膜的改性效果最佳。对于不同非溶剂,成膜速率的快慢程度与溶剂-非溶剂间形成的氢键强度密切相关,但孔径尺寸与分别在溶剂和非溶剂中形成溶剂-非溶剂复合物的反应能差值相关。三元相图的双节线位置与PU-DMF轴的距离按水、甲醇、乙醇、异丙醇的顺序依次增大。水体系下得到的PU膜为不对称结构;而在醇类非溶剂中更易形成形貌均一、分布均匀的多孔结构,并且膜的透气性、拉伸强度和断裂伸长率均较高。采用重氮偶合方法合成4,4'-二羟基偶氮苯,将其添加到PU膜中,分子模拟结果显示:4,4'-二羟基偶氮苯中的-OH最容易与PU中的-NH-形成氢键。实验结果表明:随着4,4'-二羟基偶氮苯用量的增多,PU的成膜速率减缓;膜的大孔形状变得不规则、界面微孔数量增多,热稳定性略有提高,孔隙率、吸湿率、透气性和力学性能均有明显提高。但当4,4'-二羟基偶氮苯的用量超过0.6%时,膜的各性能趋于稳定。当PVC作为改性剂时,分子模拟结果显示:PU/PVC质量比在90/10时相容性最好。三元相图中双节线位置与PU/PVC-DMF轴的距离按90/10、70/30、80/20、60/40、100/0的顺序依次增大。PU与PVC相容性越好,成膜速率越慢,热稳定性越好。与PU膜相比,当PU/PVC质量比在90/10时,膜透气性由0.1561L·cm-Lmin-1增至2.600L.cm-2min-1,透湿导热效率由0%增至25.18%,断裂伸长率由414.26%增至430.96%,综合性能达到最优。
【图文】：

逦１２逡逑ｔ／ｓ逡逑图２－２成膜动力学曲线示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｍｅｍｂｒａｎｃｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｋｉｎｅｔｉｃｓ逡逑２．４．２扫描电子显微镜（ＳＥＭ）逡逑将样品膜浸泡在体积分数为５０％丙三醇溶液中４８ｈ，然后自然晾干。测试前将样逡逑品在液氮中脆断并将待测面喷金处理，采用ＳＥＭ进行观察。逡逑２．４．３Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）逡逑将样品膜裁剪成所需规格，以Ｃｕ靶，Ｋａ辐射，采用连续扫描方式得到试样的衍逡逑射图，其中２０的扫描范围为１０？８０°，扫描速度为４°／ｍｉｎ。逡逑１４逡逑

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【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ323.8;TB383.2

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本文编号：2710095