聚偏氟乙烯-改性POSS雜化膜的研究.pdf

1、聚偏氟乙烯（PVDF）是一種綜合性能優(yōu)良的膜材料，它具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于膜分離領(lǐng)域。其微濾和超濾膜已經(jīng)成功的在水處理、化工等領(lǐng)域有所應(yīng)用。但由于PVDF膜的疏水性及其在處理含有蛋白質(zhì)類(lèi)的物質(zhì)時(shí)，很容易造成膜污染，并且 PVDF膜在干燥過(guò)程中很容易發(fā)生收縮，易于結(jié)晶，因此使其應(yīng)用受到了限制。倍半硅氧烷(POSS)是一類(lèi)具有特殊分子結(jié)構(gòu)的化合物，其內(nèi)部的無(wú)機(jī)骨架Si-O-Si結(jié)構(gòu)可為材料提供良好的耐熱性，外層的

2、有機(jī)基團(tuán)又可增強(qiáng)其與聚合物基體間的相容性。而通過(guò)側(cè)基轉(zhuǎn)化法又可將POSS上已經(jīng)存在的有機(jī)側(cè)基進(jìn)行化學(xué)修飾，從而得到另一種新的具有反應(yīng)性側(cè)基的POSS。通過(guò)與PVDF共混，可有效的改善無(wú)機(jī)粒子與聚合物的相容性，從而提高雜化膜的性能。本文首先采用官能團(tuán)轉(zhuǎn)化法，以乙烯基 POSS(OvPOSS)為原料制備環(huán)氧基POSS(Epoxy-POSS)，然后在 Epoxy-POSS上接枝乙二醇，得到了接枝乙二醇的 POSS（EG-POSS），考察了不同

3、反應(yīng)條件對(duì)接枝產(chǎn)物EG-POSS的影響，最后以PVDF為膜材料，二甲基乙酰胺(DMAc)為溶劑，聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30、PVP-K90)為致孔劑，EG-POSS為無(wú)機(jī)填料，采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法制備 PVDF/EG-POSS雜化膜，提高了雜化膜的親水性及抗污染性能，雜化膜的收縮率減小，結(jié)晶度降低，抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)，熱穩(wěn)定性變好。本文主要內(nèi)容如下：
　　1.采用官能團(tuán)轉(zhuǎn)化法，以O(shè)vPOSS為原料制備Epoxy-POSS。通過(guò)FTI

4、R、1H-NMR、XRD、粒徑分析、TG等測(cè)試手段對(duì)產(chǎn)物的化學(xué)組成、晶相結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：產(chǎn)物化學(xué)組成和晶相結(jié)構(gòu)與文獻(xiàn)一致，有3-4個(gè)乙烯基團(tuán)被氧化成環(huán)氧基團(tuán)，產(chǎn)物是一種高度結(jié)晶性物質(zhì)，顆粒大小較均勻，分散性較好，納米粒徑分布圖呈正態(tài)分布趨勢(shì)，對(duì)稱(chēng)性較好，但分布圖較寬，并存在大顆粒部分，因此，需對(duì)產(chǎn)物進(jìn)一步處理，使其達(dá)到最佳的使用性能；產(chǎn)物Epoxy-POSS的分解溫度較OvPOSS提高了13.6％，殘余量提高了41

5、.7%。
　　2.在環(huán)氧基POSS表面接枝乙二醇?？疾觳煌又l件對(duì)產(chǎn)物的影響，從而確定最佳接枝條件。并通過(guò)FTIR、EA、XRD、粒徑分析、TEM、懸浮穩(wěn)定性分析等測(cè)試手段對(duì)接枝產(chǎn)物的化學(xué)組成、晶相結(jié)構(gòu)、粒徑分布及在水溶液中的穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：當(dāng)溶劑四氫呋喃與單體乙二醇的比例為10：20，反應(yīng)溫度為35℃，反應(yīng)時(shí)間4h為最佳接枝條件；有1-2個(gè)環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生了開(kāi)環(huán)反應(yīng)并接枝上乙二醇；接枝產(chǎn)物是一種高度結(jié)晶性物質(zhì)；EG-P

6、OSS顆粒大小較均勻（3nm左右），并且在三氯甲烷溶劑中分散性較好，呈球狀均勻分布；由粒徑分析可知，粒子團(tuán)聚現(xiàn)象得到了改善，納米粒徑分布圖呈正態(tài)分布，對(duì)稱(chēng)性好，分布較窄并集中于更細(xì)小的顆粒；EG-POSS在水溶液中的穩(wěn)定性和分散性也得到了增強(qiáng)。因此，接枝產(chǎn)物EG-POSS的親水性能也得到了改善。
　　3.采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法制備厚度為0.2mm的PVDF/EG-POSS雜化膜，通過(guò)水通量、截留率、接觸角、孔隙率、收縮率、平均孔徑、

7、BSA靜態(tài)吸附及SEM、AFM等測(cè)試手段，對(duì)雜化膜的親水性、抗污染性、熱穩(wěn)定性及表面結(jié)構(gòu)與性能等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：EG-POSS的加入可明顯提高雜化膜的親水性及抗污染性能，并使雜化膜的收縮率減小，結(jié)晶度降低，抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)，熱穩(wěn)定性變好。當(dāng)EG-POSS含量為0.5%時(shí)，水通量最大為90.4 l.m-2.h-1，截留率最小為14.5%，此時(shí)孔隙率為68.8%，平均孔徑為1.6nm；接觸角則隨著EG-POSS含量的增加而逐漸減小，從83

8、.1o減小到75.0o；雜化膜對(duì)BSA溶液靜態(tài)吸附也隨著EG-POSS含量的增加而逐漸減小，吸附量從5.8mg/g減少到2.5mg/g；隨著EG-POSS的添加量從0%增大到2.0%，雜化膜收縮率從10.8%降到6.3%；結(jié)晶度從15.8%降低到13.0%；抗拉強(qiáng)度則隨著EG-POSS含量的增加呈明顯的增大趨勢(shì)，在EG-POSS含量為1.5%時(shí)達(dá)到最大值3.4MPa；熱穩(wěn)定性也得到了明顯的提升，分解溫度提高了13.0%，殘余量也由17.