PACMOPMMA两亲性嵌段聚合物共混改性PVDF膜及性能的研究

PACMO/PMMA两亲性嵌段聚合物共混改性PVDF膜及性能的研究

PVDF是常用的高聚物膜材料,然而由于自身较强疏水性导致的膜污染严重限制了其在水处理等领域的应用,提高膜的亲水性是改善膜抗污性的一个重要策略。本论文基于两亲性聚合物在相转化过程中表面偏析的特点,选用与PVDF具有良好相容性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为疏水链段,同时选用无毒、生物相容性好、高亲水、电中性的聚丙烯酰吗啉(PACMO)作为亲水链段。

采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)活性/“可控”自由基聚合制备了具有不同亲水链段长度的两亲性三嵌段聚合物PACMO-b-PMMA-b-PACMO(PAMA),并将其作为改性剂通过非溶剂致相转化法制备系列PVDF/PAMA共混膜。(1)铸膜液中PVDF含量是影响共混膜理化结构和性能的重要因素,因此首先研究了铸膜液在PAMA改性剂含量一定的条件下,不同PVDF含量对膜亲水性、力学性能、渗透性能和抗污性能的影响,结果发现:在PVDF/PAMA体系中,PVDF-10/1.0膜的纯水通量为236 L·m-2·h-1,是PVDF-10/0通量的21.8倍,BSA截留率为98.3%,通量恢复率为98.2%,是PVDF/PAMA铸膜液体系下最佳配比。

研究表明,铸膜液聚合物含量适度提高以及改性剂的引入有利于构建一种小孔径,高通量的具有抗污染和高BSA截留性能的分离膜。(2)其次,研究了在铸膜液中PVDF含量一定的条件下,不同亲水链段长度的PAMA对PVDF/PAMA共混膜结构和性能的影响,结果发现:随着亲水链段长度的增加,膜的接触角变小,表面孔径、孔隙率增大,纯水通量显著增加。

其中当PACMO与PMMA聚合度比为1:1时,膜表面的亲水物质覆盖率最大,其纯水通量为109 L·m-2·h-1,为纯膜的3.2倍,其通量恢复率为99.3%,BSA截留率为97.1%,具有最优的抗污效果,对改性膜进行30 d的纯水通量监测,通量无明

显变化,表明改性膜具有优异的稳定性。(3)最后,研究通过调控铸膜液中PAMA和PVDF的含量对共混膜结构和表面偏析行为进行优化。

研究表明,改性剂百分含量的增加,加快了相分离速度,促进了表面孔径、孔隙率的增大。改性剂含量为2%(膜PVDF-9.5/1.5)时,改性膜表面的亲水链段在膜表面的覆盖率最大,赋予膜良好的亲水性和抗污能力。

表面孔径为14.1 nm,纯水通量为239 L·m-2·h-1,是未改性膜通量的8倍,同时保持高BSA截留率(97.7%)和优异的抗污性能(通量恢复率大于97%)。