PVDF-g-PNIPAAm共聚温敏膜性能优化

发布时间：2020-11-08 17:50

　　 智能膜是基于仿生材料而发展起来的一种膜,它在生化物质提纯、药物控制释放、水处理等领域具有重要的应用。智能膜由于含有能够感知外界环境变化并做出响应的聚合物,因而其膜孔大小能够发生变化,从而改变膜的通量、渗透性能。此类分离膜既具有基膜的优良性能,还有具有环境响应性,因而近几年引起人们的研究兴趣。智能膜的分离性能取决于膜结构,而膜的结构又与制膜条件密切相关。本课题从优化温度响应智能膜PVDF-g-PNIPAAm的制膜工艺出发,希望制得具有良好的温敏性和亲水性的温敏膜。本实验首先通过自由基聚合的方法制备PVDF-g-PNIPAAm共聚物,然后通过浸没沉淀相转化法制备PVDF及PVDF-g-PNIPAAm温敏膜。通过FTIR、XPS、SEM、接触角、膜通量等测试的方法,探讨了溶剂中加THF、改变凝固浴中NaCl含量及乙醇溶胀处理对温敏膜的结构和性能的影响。研究结果表明,通过对PVDF-g-PNIPAAm膜制备工艺的调控,膜的结构和渗透性能均会发生相应的变化。当铸膜液的溶剂中加入THF后,共聚膜表面的NIPAAm含量随着静置时间的增加而增加,使得膜表面的亲水性增加。随着静置时间的增加,表面的小孔逐渐增多,指状孔结构增大,使得纯水通量增加,并且水通量随着温度的变化呈现温敏性。在凝固浴中加入NaCl,降低了水的活度,使溶剂与凝固浴的交换速度降低,从而形成更为致密的膜结构。随着NaCl浓度的增加,PVDF及PVDF-g-PNIPAAm温敏膜最大断裂强度变大,亲水性增加,截留率增加。经过乙醇溶胀后的温敏膜,其亲水性、力学性能、温敏性都有一定量的提升。但乙醇处理时间过长,溶胀程度变大,使得温敏膜结构上产生了一定程度上的破坏,从而其温敏性、亲水性、力学性能都有一定的下降。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.893
【部分图文】：

Ｆｉｇ２－３?ＸＰＳ?ｓｐｅｃｔｒａ?ａｎｄ?Ｃｌｓ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ?ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??（ａ，?ａ＇）：?Ｍ１０?（ｂ，?ｂ＇）：?Ｍ２０?（ｃ，?ｃ＇）：?Ｍ３０?（ｄ，?ｄ＇）：?Ｍ４０?（ｅ，?ｅ＇）：?ＭＯＯ??图２－３中（ａ），?（ｂ），（ｃ），?（ｄ），（ｅ）分别ＤＭＦ和ＴＨＦ为溶剂制备??ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ共聚膜静置不同的时间和纯ＤＭＦ为溶剂制备的共聚膜的Ｃｌｓ??谱图。??表２－３不同静置时间的ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ膜表面Ｃｌｓ的百分含量??Ｔａｂｌｅ?２－３?Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｏｆ?Ｃｌｓ?ｏｆ?ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｔａｎｄｉｎｇ?ｔｉｍｅ??ｃｆ２?ｏ＝ｃ－ｏ－ｎ?ｃｈ２?ＣＨ??ＭＯＯ?２２．１８?３．５２?５５．１６?１９．１５??Ｍ１０?２７．０３?７．４６?３６．７７?２８．７３??Ｍ２０?２５．８５?７．１４?４１．７６?２５．２４??Ｍ３０?２０．２７?６．４９?４０．６３?３２．６１??Ｍ４０?２０．０６?７．６９?３６．６?３５．６１??定义ＰＮＩＰＡＡｍ在共聚物上的接枝率为：ＸＮＩＰＡＡｍ＝共聚物中ＮＩＰＡＡｍ摩尔数??／（共聚物中ＮＩＰＡＡｍ摩尔数＋共聚物中ＰＶＤＦ重复单元摩尔数），可以由ＸＰＳ测??试所得膜表爾〇＝Ｃ－Ｎ］键和［ＣＦ２］键中Ｃ的百分含量，计算出膜表面处ＮＩＰＡＡｎｉ??的摩尔含量

ｂａｔｈｓ??３．?４．?２膜亲水性能的分析??图３－２为凝固浴中不同ＮａＣｌ浓度下所制备的ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ共聚膜（ａＯ，??ａｌ，?ａ２?，?ａ３和ａ４）的水接触角。从图中可以看出，随着凝固浴中ＮａＣ丨浓度??的增加，共聚物膜表面的水接触角由７９．４°降低至６５．４°，共聚物膜亲水性提高。??这主要是由于凝固浴中ＮａＣ丨浓度的增加降低了溶剂与非溶剂的交换速度，成膜??速度降低，共聚物分子有足够的时间进行运动，亲水性聚合物ＰＮＩＰＡＡｍ链段向??膜表面迁移的时间增多，使得膜表面的ＰＮＩＰＡＡｍ含量增多，进而提高膜表面的??亲水性。另一方面，由于无机盐的加入使得ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ共聚物形成胶束??聚集体，山ＳＥＭ图可以看出在膜表面表现为类微球凸起使得膜表面粗糙度增加，??而且膜表面的孔径也增大

??３．?４．?６膜表面静态蛋白吸附性能分析??图３－５为凝固浴中不同ＮａＣｌ浓度下所制备的ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮ丨ＰＡＡｍ共聚膜（ａＯ，??ａｌ，?ａ２，ａ３和ａ４）在２５°Ｃ下对牛血清内蛋白（ＢＳＡ）的静态吸附量。由图可??以看出，在不含ＮａＣＩ的凝固浴中制备的ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ共聚膜的蛋白吸附??量为５２ｐｇ／ｃｍ?２的，而后随着凝固浴中的ＮａＣ丨浓度的增加，ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ??膜对蛋白的吸附量逐渐减小到３０Ｍｇ／?ｃｍ?２以下。这主要是因为ＮａＣＩ的加入降低??了溶剂与非溶剂之间的交换速度，共聚物分子链段有时间进行调整，ＰＮＩＰＡＡｍ??链段逐渐向膜表面迁移，膜表面亲水性提高，抗污染性增强，因而吸附量减小，??因此膜的抗蛋白污染性能逐渐提高。这主要是由于膜表面的ＮＩＰＡＡｍ链段属于??亲水性链段，易于与蛋白溶液中的水分子进行结合形成氢键，使得水分子和聚合??物分子链段会在膜表面形成稳定的水分子网络结构，抑制蛋白质分子的吸附。??ｅ：！．??Ｑ?ｍｍ?ＷＭ?Ｗｍ??ａＯ?ａ１?ａ２?ａ３?ａ４??图３－５不同凝固浴浓度下ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ膜的静态蛋白质吸附量??Ｆｉｇ?３－５?Ｓｔａｔｉｃ?ｐｒｏｔｅｉｎ?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｏｆ?ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ａｔ?ｄｉｆＴｅｒｅｎｔ?ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ?ｂａｔｈ??ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ??３．?５小结??本章先是通过自由基聚合的方法制备ＰＶＤＦ－ｇ－ＰＮＩＰＡＡｍ聚合物
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本文编号：2875122