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本文以DMAc为共溶剂,将聚氨酯(PU)作为分散相混入到基质相聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,分别采用溶液相转化法制备得PVDF、PU及PVDF/PU共混平板膜和中空纤维膜。通过相图分析了混入PU前后所得膜结构与性能的变化,结合聚合物共混界面相分离原理探讨了PVDF与PU共混成膜过程中界面孔的形成及对所得膜压力响应行为的影响。
针对制备的PVDF平板膜和PVDF/PU共混平板膜,对比研究了其溶液相转化法成膜过程,分析了凝固浴温度及组成等对其孔结构及性能的影响,结果表明:凝固浴对PVDF膜结构及性能的影响显著,随着凝固浴温度降低,其横截面指状孔尺寸相对于膜厚尺寸变大,当凝固浴温度为10℃时,指状孔几乎贯穿整个膜厚,不同凝固浴温度下制备的膜均不具备水通量,断裂强力及断裂生长率则随着凝固浴温度下降而变小,当凝固浴为50%的二甲基乙酰胺(DMAc)水溶液时,膜成形时分相速度缓慢,横截面中指状孔消失;混入PU后,PVDF/PU共混膜在成形过程中分相速度加快,凝固速率提高,进而使得其横截面指状孔相对于膜厚尺寸增加,上表面出现凹陷,膜上表面接触角由89°减小到81°即膜的亲水性增强,且膜具备了水通量,断裂伸长率增大,而断裂强力和耐碱性下降。凝固浴温度及组成对PVDF/PU膜结构及性能的影响显著,随凝固浴温度由70℃下降至10℃,膜上表面圆形凹陷变得密集,指状孔相对膜厚尺寸增大,而断裂强力和断裂伸长率下降,而凝固浴由水变为30%的DMAc水溶液时,由于传质速率下降,铸膜液分相速度减慢,生成的膜指状孔尺寸变小。
研究了因PVDF与PU二者相容性差异导致的界面孔形成过程及其对膜结构与性能的影响,结果表明,PVDF/PU共混比对膜界面孔尺寸及性能影响较大,随着共混质量比(mPVDF/mPU)由9/1变化为1/9、5/5,膜界而孔尺寸变大,孔隙率和通量增大;而随着PVDF/PU膜中PVDF含量减少,膜结晶度降低;共混比mPVDF/mPU为9/1和5/5的膜水通量均表相出一定的压力响应性,而共混比mPVDF/mPU为1/9时,由于PU耐压性差,当压力升高到0.125MPa时,膜被压实,膜孔没有通透性,无压力响应性。
综合上述研究结果,进行纺丝试验,结果表明,随着分散相PU含量增加,PVDF/PU共混中空纤维膜的可纺性变差。当PVDF/PU体积比为8/2、7/3时,中空纤维膜中产生较大缺陷,使得后拉伸不具可行性;随后拉伸倍数增加,PVDF/PU中空纤维膜孔间通透性增强,界面孔尺寸增大,水通量增加,在同一拉伸倍数下,PVDF/PU中空纤维膜水通量均大于PVDF中空纤维膜,而两种膜弹性回复率随拉伸倍数增加均下降;PVDF/PU中空纤维膜经拉伸定长热定型后,界面孔部分闭合,水通量下降,且弹性回复率下降;相比于PVDF中空纤维膜,PVDF/PU中空纤维膜水通量呈现出压力响应性。