添加剂对高疏水性PVDF多孔膜结构及性能的影响研究

发布时间：2017-03-28 07:05

  本文关键词：添加剂对高疏水性PVDF多孔膜结构及性能的影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在高湿度环境下采用粗糙基底辅助相分离法,是制备高疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜的有效方法,为简化该制膜工艺,提高膜的性能,本文以PVDF/N-N二甲基乙酰胺(DMAc)/辛醇/水为制膜体系,采用一步凝胶法制膜。对高分子、纳米粒子等几类单一或复合添加剂对PVDF膜结构与性能的影响进行了研究。首先,通过铸膜液热力学性质分析、粘度和凝胶速率测定,探讨了添加剂对制膜体系热力学和凝胶动力学的影响,结果发现,铸膜液中添加剂质量含量的增加,铸膜液的热力学稳定性变差,强化分相过程。使用扫描电镜观察、接触角测量、气通量测试和机械性能测试等方法,对高分子类、纳米粒子类、无机盐类及液体非溶剂类等4类添加剂中的若干单一添加剂对PVDF膜结构与性能的影响进行研究,结果发现,高分子添加剂的加入使膜断面大孔发展充分,有利于增大PVDF膜的气通量,但添加剂在膜内的少量残留使膜的疏水性略降低;纳米粒子类添加剂促使膜底面生成更多的球晶,有利于保持甚至增强膜的疏水性,但膜的气通量减小;无机盐类添加剂使膜底面粗糙度增大,且在疏水性、气通量和机械性能等方面表现均较好;非溶剂添加剂均会使膜底面生成一定厚度的球晶堆积结构,这有利于膜疏水性的增强,其中磷酸作为添加剂所制取的PVDF膜综合性能最优,其在保持疏水性和机械性能不降低的情况下,使膜的气通量得到较大提升。不同类型添加剂均能使膜的机械性能保持良好。在上述研究的基础上,选择不同种类的添加剂进行复配,考察了复合添加剂及其配比对PVDF膜结构与性能的影响,结果发现,采用H3PO4-SiO2复合添加剂,当SiO2的质量含量为1.5wt%、H3PO4的质量含量为2wt%时膜的综合性能最优,接触角为142.6°,0.06 MPa下气通量达0.055 m3·m-2·s-1,拉伸强度4.18 MPa;采用PVP-SiO2复合添加剂,当SiO2的质量含量为1.5wt%、PVP的质量含量为2wt%时,膜的综合性能最优,接触角为133.8°,在0.06 MPa下气通量提高到0.208 m3·m-2·s-1,拉伸强度为4.24 Mpa,两种制膜方法所制取的PVDF膜均具有较优的综合性能。
【关键词】：聚偏氟乙烯(PVDF) 添加剂 高度疏水 膜性能
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 高疏水性分离膜制备研究概论11-17
• 1.1.1 疏水性膜材料11-13
• 1.1.2 表面浸润性的影响因素与表征13-16
• 1.1.3 高疏水分离膜制备方法的研究进展16-17
• 1.2 NIPS法制备PVDF膜结构控制因素17-20
• 1.3 添加剂在聚合物膜的制备中研究概况20-22
• 1.3.1 添加剂的分类及功能20-21
• 1.3.2 添加剂在聚合物膜制备中的研究进展21-22
• 1.4 选题依据与研究内容22-23
• 第二章 实验部分23-31
• 2.1 实验原料及仪器23-24
• 2.1.1 实验原料23-24
• 2.1.2 实验仪器与设备24
• 2.2 实验方法24-26
• 2.2.1 制膜基底及改性纳米粒子的制备24-25
• 2.2.2 铸膜液粘度测定25
• 2.2.3 膜表面成分分析25
• 2.2.4 PVDF膜的制备方法25-26
• 2.3 膜结构表征与性能测试26-28
• 2.3.1 膜结构表征26-27
• 2.3.2 膜性能测试27-28
• 2.4 制膜基底与制膜条件的确定28-29
• 2.4.1 制膜基底的确定28
• 2.4.2 制膜条件的确定28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 添加剂对铸膜液体系热力学及凝胶动力学影响31-41
• 3.1 添加剂对铸膜液体系热力学性质的影响31-34
• 3.1.1 添加剂对铸膜液体系凝胶值的影响33-34
• 3.2 添加剂对铸膜液体系凝胶动力学行为的影响34-39
• 3.2.1 添加剂对铸膜液体系粘度的影响34-38
• 3.2.2 添加剂对铸膜液体系凝胶速率的影响38-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第四章 单一添加剂对PVDF膜结构及性能的影响41-87
• 4.1 水溶性高分子类添加剂41-50
• 4.1.1 聚乙二醇-400对膜结构及性能的影响41-46
• 4.1.2 聚乙烯吡咯烷酮对膜结构及性能的影响46-50
• 4.2 纳米粒子类添加剂50-62
• 4.2.1 疏水性二氧化硅纳米粒子对膜结构及性能的影响50-54
• 4.2.2 改性二氧化钛纳米粒子对膜结构及性能的影响54-58
• 4.2.3 氧化铝纳米粒子对膜结构及性能的影响58-62
• 4.3 无机盐类添加剂62-70
• 4.3.1 氯化锂对膜结构及性能的影响62-66
• 4.3.2 氯化锌对膜结构及性能的影响66-70
• 4.4 非溶剂类添加剂70-84
• 4.4.1 正硅酸乙酯对膜结构及性能的影响71-76
• 4.4.2 磷酸对膜结构及性能的影响76-80
• 4.4.3 丙酸对膜结构及性能的影响80-84
• 4.5 本章小结84-87
• 第五章 复合添加剂对PVDF膜结构及性能的影响87-97
• 5.1 H_3PO_4-SiO_2复配添加对PVDF膜结构及性能的影响87-91
• 5.1.1 膜结构87-88
• 5.1.2 疏水性88-89
• 5.1.3 气通量89-90
• 5.1.4 机械性能90-91
• 5.2 PVP-SiO_2纳米粒子复配添加剂对膜结构及性能的影响91-94
• 5.2.1 膜结构91-92
• 5.2.2 疏水性92-93
• 5.2.3 气通量93-94
• 5.2.4 机械性能94
• 5.3 本章小结94-97
• 第六章 结论与展望97-99
• 6.1 结论97-98
• 6.2 研究展望98-99
• 参考文献99-107
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果107-109
• 致谢109

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