热致相分离法制备氯化聚氯乙烯微孔膜及其结构与性能调控

发布时间：2017-10-15 05:38

  本文关键词：热致相分离法制备氯化聚氯乙烯微孔膜及其结构与性能调控

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【摘要】：氯化聚氯乙烯(CPVC)作为聚氯乙烯(PVC)的一个重要改性品种,不仅保持PVC原有的性价比高、耐腐蚀性能显著等优点,由于氯含量的提高,CPVC的耐热性能和机械性能都大大提升,是一种理想的制膜材料。目前,CPVC膜的制备方法仍旧局限于非溶剂致相分离(NIPS)法,极大地制约这类膜材料的进一步发展。热致相分离(TIPS)法作为一种简单新颖的微孔膜制备方法,因其具有机理明确和易于控制的优点而备受研究者的青睐。本文选用CPVC为制膜材料,分别采用TIPS法和复合热致相分离法制备CPVC微孔膜,系统地研究了成膜过程中不同影响因素对体系相分离行为和膜结构与性能的影响,为TIPS法制备CPVC微孔膜提供理论基础。本文主要研究内容和结论如下:(1)选用二苯醚(DPE)为稀释剂,采用TIPS法成功制备CPVC微孔膜,通过浊点测定、液滴生长和凝胶动力学实验,系统地研究成膜体系的热力学性质和动力学过程,并从理论方面解释聚合物浓度和冷却速率对膜结构与性能的影响。TIPS法制膜过程中,CPVC/DPE体系主要发生液-液相分离和凝胶化转变,所制CPVC微孔膜呈蜂窝状孔结构。当CPVC/DPE体系温度降至其浊点温度时,均一溶液发生液-液相分离,形成稀释剂富相的液滴相和聚合物富相的连续相;当温度降至其凝胶温度时,聚合物富相发生凝胶化转变,相分离过程终止。聚合物浓度或冷却速率的降低能够减小成膜体系粘度、延长相分离时间,都明显有利于液滴相的生长,并促进液滴直径和膜孔径的增大,进而引起微孔膜纯水通量的提高及其机械性能的减弱。在CPVC膜的稳定性测试中,所制膜表现出良好的耐腐蚀性能。(2)为了改善膜结构、提升膜性能,选择聚乙二醇(PEG)作为CPVC/DPE体系的添加剂,采用TIPS法制备CPVC微孔膜,并着重考察PEG分子量及添加量对CPVC/DPE/PEG体系相分离行为和膜结构影响。PEG的加入明显降低了聚合物与稀释剂体系之间的相容性,但PEG的加入并没有改变体系的相分离机理,成膜过程中仍是发生液-液相分离和凝胶固化。随着PEG分子量或添加量的增加,CPVC/DPE/PEG体系的浊点向高温方向移动,有利于大尺寸液滴的形成,进而引起CPVC膜孔径的增大,膜中闭孔结构不断减少,膜孔之间的贯通性得到改善,并促进膜透水性能和机械性能的提升。(3)选用DPE和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为混合稀释剂,采用复合热致相分离法制备CPVC微孔膜,并探讨稀释剂比例、聚合物浓度以及冷却浴种类对膜结构与性能的影响。结果表明,随着DPE含量的提高,CPVC/DPE/DMF体系的相分离机理从单纯的NIPS转变为以TIPS过程为主,相应的膜结构实现从指状大孔到蜂窝状孔的转变。通过改变冷却浴的种类可以改变成膜体系的相分离机理,以水为冷却浴时,体系中TIPS和NIPS过程相继发生;以乙醇为冷却浴时,TIPS和NIPS过程同时发生,有利于膜表面微孔的形成。
【关键词】：氯化聚氯乙烯 热致相分离 液滴生长 微孔膜
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 膜分离过程10-11
• 1.3 聚合物微孔膜的制备方法11-14
• 1.3.1 非溶剂致相分离（NIPS）法11-12
• 1.3.2 热致相分离（TIPS）法12-13
• 1.3.3 复合热致相分离法13-14
• 1.4 TIPS相分离机理14-18
• 1.4.1 液-液相分离热力学14-16
• 1.4.2 液-液相分离动力学16-17
• 1.4.3 固-液相分离17-18
• 1.4.4 凝胶固化18
• 1.5 氯化聚氯乙烯（CPVC）的概况18-20
• 1.5.1 CPVC的物理性质18-19
• 1.5.2 CPVC的热稳定性19-20
• 1.5.3 CPVC膜的研究现状20
• 1.6 本文立题依据及研究内容20-22
• 1.6.1 立题依据20-21
• 1.6.2 研究内容21-22
• 第二章 实验部分22-26
• 2.1 实验材料与仪器22-23
• 2.1.1 实验材料与试剂22
• 2.1.2 实验仪器与设备22-23
• 2.2 聚合物微孔膜的制备23
• 2.2.1 TIPS法制备聚合物微孔膜23
• 2.2.2 复合热致相分离法制备聚合物微孔膜23
• 2.3 相图的绘制23-24
• 2.4 液滴生长动力学的测定24
• 2.5 凝胶动力学的测定24
• 2.6 粘度的测定24
• 2.7 聚合物微孔膜的表征24-26
• 2.7.1 衰减全反射傅里叶红外光谱分析24
• 2.7.2 微观形貌的观测24
• 2.7.3 孔隙率的测定24-25
• 2.7.4 纯水通量的测定25
• 2.7.5 机械性能的测定25
• 2.7.6 耐腐蚀性能的测定25-26
• 第三章 TIPS法制备CPVC微孔膜及其结构与性能调控26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 稀释剂的选择26-27
• 3.3 CPVC/DPE体系的热力学相图27-28
• 3.4 CPVC/DPE体系的相分离动力学28-31
• 3.4.1 液滴生长动力学分析28-30
• 3.4.2 凝胶动力学分析30-31
• 3.5 CPVC微孔膜的结构31-34
• 3.5.1 聚合物浓度的影响31-32
• 3.5.2 冷却浴温度的影响32-34
• 3.6 CPVC微孔膜的性能34-37
• 3.6.1 膜的纯水通量和孔隙率34-35
• 3.6.2 膜的机械性能35-36
• 3.6.3 膜的耐腐蚀性能36-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第四章 添加聚乙二醇制备CPVC微孔膜及其结构与性能调控38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 CPVC/DPE/PEG体系的相图38-41
• 4.3 液滴生长动力学分析41-44
• 4.3.1 PEG分子量的影响41-42
• 4.3.2 PEG添加量的影响42-43
• 4.3.3 聚合物浓度的影响43
• 4.3.4 冷却速率的影响43-44
• 4.4 CPVC微孔膜的结构44-47
• 4.4.1 PEG分子量的影响44-45
• 4.4.2 PEG添加量的影响45
• 4.4.3 聚合物浓度的影响45-46
• 4.4.4 冷却速率的影响46-47
• 4.5 CPVC微孔膜的纯水通量和孔隙率47-48
• 4.6 CPVC微孔膜的机械性能48-50
• 4.7 PEG的残留50-51
• 4.8 本章小结51-52
• 第五章 复合热致相分离法制备CPVC微孔膜及其结构与性能调控52-62
• 5.1 引言52
• 5.2 稀释剂的选择52-53
• 5.3 稀释剂比例对膜结构与性能的影响53-56
• 5.3.1 稀释剂比例对膜结构的影响53-55
• 5.3.2 稀释剂比例对纯水通量和孔隙率的影响55-56
• 5.3.3 稀释剂比例对膜机械性能的影响56
• 5.4 聚合物浓度对膜结构与性能的影响56-59
• 5.4.1 聚合物浓度对膜结构的影响56-58
• 5.4.2 聚合物浓度对纯水通量和孔隙率的影响58
• 5.4.3 聚合物浓度对膜机械性能的影响58-59
• 5.5 冷却浴种类对膜结构与性能的影响59-60
• 5.5.1 冷却浴种类对膜结构的影响59-60
• 5.5.2 冷却浴种类对纯水通量和孔隙率的影响60
• 5.5.3 冷却浴种类对膜机械性能的影响60
• 5.6 本章小结60-62
• 第六章 全文结论与展望62-64
• 6.1 全文结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-72
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间研究成果72

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