膜分离技术是一门用于物质分离、浓缩和提纯的经济、环保、高效的技术手段。聚偏氟乙烯（PVDF）是应用最广泛的膜分离材料之一，但是PVDF极强的疏水性使得PVDF膜在水过滤的过程中存在通量低、易污染等问题，以致限制了其在医药、食品等领域的应用。此外，PVDF膜的较低强度特性亦限制了其应用范围。所以，PVDF膜亲水性的提高和机械性能的改善成为近年来研究的热点。聚氨酯（PU）是由多异氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇在一定条件下反应所形成的亲水性高分子聚合物，其不但具有一种立体网状结构，而且具有优良的力学性能，是一种用途越来越广泛的合成材料；而无机纳米材料具有强度高，化学稳定性好等优点。因此，将PU和无机组分引入PVDF基质中，制备兼具PU强亲水性和无机材料高强度的杂化膜可显著提高PVDF膜的性能。本文采用溶胶-凝胶法制备了功能化纳米Al₂O₃颗粒；以热致相变分离技术制备了Al₂O₃/PU/PVDF杂化膜，同时研究了PU以及无机组分对PVDF杂化膜微观结构与性能的影响规律。主要研究内容和结果摘要如下：一、PU/PVDF共混膜的制备及其性能研究采用热致相变分离法制备了PU/PVDF共混膜，利用表面接触角测定仪、FT-IR、AFM、DSC等手段研究了PU的添加对共混膜结构和性能的影响，通过单因素实验优化了共混膜的加工工艺。研究结果表明，PU/PVDF共混膜的较优加工条件为：添加方式为PU的双组分（预聚体A和催化助剂B）分别添加、PVDF添加量为16-18%、邻苯二甲酸二甲酯（DMP）在溶剂中的比例为50%、PU添加量为2%；在此工艺下，共混膜的亲水性和渗透性能均达到较佳状态；红外光谱显示共混膜表面出现新的化学键，但其力学性能增幅不明显；AFM和DSC分析表明，共混膜的表面粗糙度降低和结晶度下降。二、Al₂O₃/PVDF杂化膜的制备及其结构表征利用异丙醇铝（AIP）为无机前驱体，通过溶胶-凝胶法制备了纳米Al₂O₃/PVDF杂化膜，主要考察了无机材料对杂化膜性能的影响，试图另辟途径提升PVDF膜的力学性能。结果表明，Al₂O₃/PVDF杂化膜中PVDF的最佳添加量为18%、AIP的最佳添加量为12%。此时Al₂O₃/PVDF杂化膜的亲水性和力学性能均达到最优。FT-IR显示AIP的添加改变了PVDF分子的应力分布，从而导致PVDF的α晶形吸收峰减弱、β晶形吸收峰增强；另外，掺杂Al₂O₃后，两者之间存在一定程度的键合。AFM观察发现杂化膜的表面粗糙度降低。三、功能化纳米Al₂O₃溶胶的制备以AIP为无机前驱体，PU为偶联剂，采用溶胶-凝胶法制备了稳定、透明的功能纳米Al₂O₃溶胶。为了获得稳定的溶胶，主要考察了凝胶制备工艺过程中的水解温度、水铝比、酸解剂、酸种类以及陈化温度和时间等因素对溶胶粒径和粘度等的影响。结果表明：制备稳定、透明功能纳米Al₂O₃溶胶的最佳工艺条件为水解温度：80℃；n（H₂O）/n(Al³⁺)=105；n（H⁺）/n(Al³⁺)=0.24；酸解剂：HNO3；陈化温度：80℃；陈化时间：24h。FT-IR分析表明，溶胶粒子引入了亲水性基团羟基、碳碳双键和酮羰基。四、Al₂O₃/PU/PVDF杂化膜的制备及其特性研究将功能化纳米Al₂O₃溶胶添加于PVDF铸膜液中，制备了Al₂O₃/PU/PVDF杂化膜，采用SEM、FT-IR、AFM等方法对膜的显微形态和化学结构进行了研究。结果表明，Al₂O₃/PU/PVDF杂化膜无论在渗透性能、力学性能还是亲水性上均优于纯PVDF膜、PU/PVDF共混膜和Al₂O₃/PVDF杂化膜。FT-IR显示Al₂O₃/PU/PVDF杂化膜表面引入了羟基、醛基、羰基等基团，AFM显示Al₂O₃/PU/PVDF杂化膜的表面粗糙度为5nm，耐污染性能进一步提高。