TIPS法制備丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物微孔膜的微觀結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)具有耐惰性溶劑、耐細(xì)菌侵蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械性能優(yōu)良等特點(diǎn)，已成為目前應(yīng)用非常廣泛的聚合物膜材料之一。PAN的結(jié)構(gòu)特殊，目前主要采用傳統(tǒng)的非溶劑致相分離(NIPS)工藝制備微孔膜。但是NIPS法制備PAN微孔膜往往需要大量的溶劑，會(huì)造成溶劑的浪費(fèi)和環(huán)境污染，且制備的微孔膜力學(xué)性能較差。與傳統(tǒng)的NIPS工藝相比，熱致相分離(TIPS)工藝成膜過(guò)程更易控制，且制備的微孔膜力學(xué)性能較好。傳統(tǒng)的TIPS法采用單一的稀釋劑，

2、由于單一的稀釋劑與聚合物組成的二元體系兩者間的相容程度已經(jīng)固定，而相容性的差異對(duì)微孔膜的結(jié)構(gòu)及性能有很大影響。本文選用結(jié)晶性的碳酸乙烯酯(EC)與檸檬酸三乙酯(TEC)作為復(fù)配稀釋劑，通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)配稀釋劑間的比例調(diào)節(jié)其與AN-MA共聚物的相互作用力。
　　單一的PAN膜較脆，實(shí)用性較差，本文采用柔性第二單體丙烯酸甲酯(MA)與丙烯腈(AN)共聚削弱氰基間的偶極作用力，制備可熔融AN-MA共聚物，并以此為基體，采用TIPS法制備AN-

3、MA微孔膜。本文詳細(xì)研究了共聚物中MA含量、稀釋劑配比、AN-MA濃度、冷卻速率等對(duì)微孔膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　以投料摩爾比為85/15的可熔融AN-MA共聚物為基體，采用TIPS法制備85/15AN-MA微孔膜時(shí)，較慢的冷卻速率有利于發(fā)生TIPS相分離過(guò)程，但所成膜表面的皮層較厚，不利于膜水通量的提高;而快的冷卻速率體系同時(shí)發(fā)生TIPS和NIPS過(guò)程，制備的微孔膜除了具有TIPS的微孔結(jié)構(gòu)外，斷面還產(chǎn)生了指狀孔結(jié)

4、構(gòu)，有效地改善了微孔膜的致密皮層。同時(shí)，降低復(fù)配稀釋劑中EC含量和聚合物濃度，均有利于膜水通量的提高，復(fù)配稀釋劑中EC含量為65 wt.％，聚合物濃度為15 wt.％時(shí)，AN-MA微孔膜的水通量最高可達(dá)18.2 L/(m2口h）;
　　改變MA的投料量，制備了80/20AN-MA和75/25AN-MA共聚物，并以此為基體，以0℃冰水浴為凝固浴，采用TIPS法制備了系列AN-MA微孔膜。研究發(fā)現(xiàn)降低復(fù)配稀釋劑中EC含量和AN-MA濃

5、度有利于發(fā)生旋節(jié)線分相，膜孔結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為連通的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu);反之，其相分離機(jī)制為成核-生長(zhǎng)機(jī)制，膜孔結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為開(kāi)放/封閉式的胞腔狀孔結(jié)構(gòu);
　　隨著聚合體系中MA含量的增加，AN-MA微孔膜的水通量先增加后減小，而微孔膜的力學(xué)性能逐漸增加。綜合考慮，當(dāng)MA的含量為20 mol％時(shí)，微孔膜的性能達(dá)到最優(yōu)。P2濃度為9wt.％，復(fù)配稀釋劑中EC含量為60 wt.％時(shí)的微孔膜水通量約為66.0 L/(m2h)，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為4.