预辐射接枝四氟乙烯-乙烯共聚物湿敏膜的制备及特性研究

利用2 MeV电子加速器, 在常温下采用预辐照引发接枝的方法, 在四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)上接枝丙烯酸(AA)和对苯乙烯磺酸钠(SSS), 制备了一种含羧酸基团和磺酸基团的接枝膜. 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析结果证明了磺酸基团和羧酸基团的成功引入, 并对接枝膜的热力学和化学特性进行了研究. 结果表明, 随着接枝率的增加, 接枝膜的结晶度逐渐降低, 接触角逐渐减小, 接枝膜的亲水性逐渐增强. 利用制备的接枝膜构建了电阻型湿度传感器, 并测定了传感器的电学特性. 在相对湿度(RH)从5%变化到98%时, 传感器电阻线性变化范围接近4个数量级, 具有响应速度快(吸附<1 min, 解吸<2 min), 湿滞小(<2%RH)的特点.     

聚全氟乙丙膜电子束引发预辐射接枝AA和SSS制备阳离子交换膜的研究

利用电子束引发预辐射接枝技术,在聚全氟乙丙烯(FEP)薄膜上接枝丙烯酸(AA)和对苯乙烯磺酸钠(SSS),制备一种含羧酸基团和磺酸基团的阳离子交换膜,详细研究了反应温度、单体总浓度、pH值变化、辐照气氛及添加剂对接枝率的影响规律,明确了实验条件与接枝率的对应关系。FTIR测试证明了接枝产物是全氟乙丙烯和丙烯酸、对苯乙烯磺酸钠的接枝共聚物。     

聚偏氟乙烯接枝甲基丙烯酸甲酯油水分离膜的研究

使用四乙基氢氧化铵(TEAH)液相本体改性聚偏氟乙烯(PVDF),以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝到改性PVDF骨架上,合成聚偏氟乙烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PVDF-gPMMA)共聚物,通过浸没沉淀法制备PVDF-g-PMMA亲水性油水分离膜.通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和过滤试验分析了膜的结构和性能.同时研究了TEAH浓度和改性时间对PVDF-g-PMMA膜表面接触角的影响.结果表明,TEAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且MMA成功接枝到改性的PVDF骨架上,膜内外孔隙分布均匀;PVDF-g-PMMA膜的接触角随着TEAH浓度的增加、改性时间的加长而减小.TEAH浓度为2.0 wt%,改性20 min制备的PVDF-g-PMMA膜,接枝率为27.1%,孔隙度为71.6%,平均孔径为78.9 nm,接触角降至55.9°,且在50 s内降为0;纯水通量提高到665.34 L/(m2·h),截留率和水通量恢复率分别达到95.6%和90.1%.与纯PVDF膜相比,PVDF-g-PMMA膜的分离性能显著提高.     

四乙基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酸油水分离膜的制备

使用四乙基氢氧化铵(TEAH)液相本体改性聚偏氟乙烯(PVDF), 以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂, 将丙烯酸(AA)接枝到改性PVDF骨架上, 合成了聚偏氟乙烯接枝聚丙烯酸(PVDF-g-PAA)共聚物, 通过浸没沉淀法制备了PVDF-g-PAA亲水性油水分离膜. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和过滤试验分析了膜的结构和分离性能. 研究了不同接枝条件对PVDF-g-PAA膜接枝率的影响. 同时, 通过膜接枝率与膜表面接触角的关系确定最佳接枝条件. 结果表明, TEAH使PVDF脱去HF产生碳碳双键且PAA接枝到改性的PVDF骨架上, 膜内外孔隙分布均匀; PVDF-g-PAA膜的接触角随着接枝率的提高而降低. 接枝单体AA含量为45%, 接枝温度为85 ℃, 接枝4 h制备的PVDF-g-PAA膜的接枝率为20.1%, 孔隙度为65.3%, 平均孔径为78.0 nm, 接触角为57.5°, 且在60 s内接触角降至14.3°; 纯水通量提高到571.33 L/(m²·h), 截留率和水通量恢复率分别达到94.3%和88.7%, 且通量衰减率仅为9.8%. 与纯PVDF膜相比, PVDF-g-PAA膜的分离性能显著提高.     

紫外辐照接枝制备亲水性荷正电纳滤膜

通过在酚酞基聚芳醚酮超滤膜表面紫外辐照接枝亲水性单体二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)制备了一种表面荷正电的纳滤膜. ATR-FTIR和表面水接触角的研究结果表明膜表面的接枝率和亲水性随着辐照时间和单体在接枝溶液中的浓度的增加而增加. 荷正电纳滤膜对盐溶液有很好的截留, 对盐溶液中的高价阳离子和低价阳离子的截留率分别为95%和65%. 但当溶液中存在高价负离子时, 膜的截留性能会明显下降. 表明静电效应在荷电纳滤膜的分离过程中起了重要的作用.     

四甲基氢氧化铵改性聚偏氟乙烯一步接枝聚苯乙烯磺酸油水分离膜的制备及性能

利用四甲基氢氧化铵(TMAH)聚偏氟乙烯(PVDF)进行改性,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,将苯乙烯磺酸(SSA)接枝到改性的PVDF骨架上,制得聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸(PSSA-g-PVDF)油水分离膜。 研究了TMAH质量分数对PSSA的接枝率和油水分离膜性能的影响,同时采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和视频光学接触角测量仪测试了膜的结构和表面接触角。 结果表明,TMAH使PVDF脱去部分氟化氢(HF)产生碳碳双键,硫元素均匀地分布在分离膜中。 PSSA的接枝率随着TMAH的质量分数增加而升高,分离膜的水通量随接枝率的升高先增加后降低。 当TMAH质量分数为20%,分离膜的接触角在30 s内降低到37.2°,接枝率和水通量分别为22.1%、643.3 L/(m·h),截留率和水通量恢复率分别达到90.6%和93.7%,衰减率为7.1%。 循环测试显示膜的水通量恢复率和油水通量恢复率均在90%以上。     

基于多巴胺自聚合与表面接枝PHGH制备抗菌纳滤膜

在水溶液中将聚六亚甲基单胍盐酸盐(PHGH)共价接枝在经多巴胺自聚合改性的聚砜膜表面, 制备具有抗菌性能的纳滤膜. 采用全反射红外光谱(ATR-FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和接触角测试考察膜表面的结构、 形貌和亲水性变化. 探讨PHGH含量对膜的接枝度及分离性能的影响, 并对膜的抗菌性能进行了评价. 结果表明, 经过多巴胺的自聚合和表面接枝PHGH后, 聚砜膜表面形成了具有纳滤分离性能的活性层, 并且膜表面亲水性得到改善. 随着PHGH含量的增大, 膜的纯水通量降低, 而对无机盐和染料的截留性能提高. 接枝后的复合膜具有较高的抗菌性能, 当PHGH含量为3%(质量分数)时, 抗菌率可达98.5%.     

超亲水聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备及性能

采用超声辅助接枝聚合技术, 将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面, 制备PVDF-g-GMA膜; 再利用氨基诱导环氧基团发生开环反应, 将苏氨酸(Thr)接枝到PVDF-g-GMA膜表面, 制备了具有两性离子结构表面的PVDF-g-GMA-Thr膜. 通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 接触角测试仪、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)和牛血清白蛋白(BSA)过滤实验等系统研究了改性前后PVDF膜表面的化学组成、 润湿性能、 表面形貌和抗污染性能. 研究结果表明, 随着PVDF-g-GMA接枝Thr反应时间的增加, PVDF-g-GMA-Thr膜的亲水性能明显提高, 接触角从90°降为0°, 呈现出超亲水性能. 同时PVDF-g-GMA-Thr膜的水通量明显提高, 当Thr诱导开环反应时间为12 h时, PVDF-g-GMA-Thr膜的水通量高达686 L/(m ²·h), 与PVDF原膜相比, 水通量提高了204.5%. 在BSA的过滤测试中, 与PVDF膜相比, PVDF-g-GMA-Thr膜呈现出良好的截留性能和抗污染性能, BSA截留率从42%提高到84%,水通量恢复率从53%提高到87%, 不可逆污染率从47%降到12%, 表明通过接枝Thr构筑两性离子结构表面可以有效减小膜污染.     

UV辐照接枝制备酚酞基聚芳醚酮纳滤膜——链转移剂的作用

酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)超滤膜的表面通过紫外辐照接枝丙烯酸(AA)可以制备对II价盐有很好截留率的亲水性纳滤膜. FTIR-ATR、表面接触角、SEM和AFM的研究结果表明, 在接枝单体溶液中加入异丙醇(i-PrOH)作为链转移剂并不影响AA在PEK-C超滤膜表面的接枝反应. 得到的改性膜同样具有优良的纳滤性能. 与不加i-PrOH的AA改性膜相比, 新合成的膜有较高的滤出液通量, 该膜对盐离子的截留率虽有所降低, 但可以通过增加接枝反应时间和辐照光源的强度来提高. i-PrOH的浓度对膜的分离性能的影响很大, 在低浓度时, 改性膜对离子的截留率会有所下降, 继续提高i-PrOH的浓度, 膜的截留率不再变化而滤出液通量会有成倍的增加, 表明链转移剂的存在可能会提高膜的接枝密度, 增加膜的表面电荷, 使膜对离子的截留率保持不变.     

丙烯酸聚氧乙烯酯单体接枝聚乙烯共聚物的制备与表征

采用含α-双键的4种不同结构的聚氧乙烯型单体:丙烯酸聚氧乙烯酯(PAA)、丙烯酸端甲氧基聚氧乙烯酯(PEA)、甲基丙烯酸聚氧乙烯酯(PMA)和甲基丙烯酸端甲氧基聚氧乙烯酯(PMEM)接枝改性线性低密度乙烯(LLDPE)和低分子量聚乙烯(LMPE).采用核磁共振波谱及红外光谱分析了接枝共聚物的结构,并研究了接枝单体中聚氧乙烯基团对接枝共聚物性能的影响.相同单体浓度下4种单体的接枝效率大小顺序为PAAPEAPMAPMEM.对产物流变性能的研究结果表明随着接枝率的增加,单体复合黏度和剪切变稀行为增加;示差量热扫描结果显示了接枝率较低时接枝单体起到异相成核作用而加速结晶.为了进一步观察接枝单体对聚乙烯链段微观结构的影响,通过偏光显微镜观察发现LMPE为短棒状结构,而接枝LMPE通过支链极性基团的相互作用而形成星形或树枝状的微胶束结构.接触角测试表明,与LLDPE相比,高接枝率的LMPE改善亲水性的效果更好.     

Preparation of cation-exchange membrane containing bi-functional groups by radiation induced grafting of acrylic acid and sodium styrene sulfonate onto HDPE: Influence of the synthesis conditions

Electron beam radiation induced grafting of acrylic acid (AA) and sodium styrene sulfonate (SSS) onto high-density polyethylene (HDPE) membranes was investigated by the pre-irradiation method, and a cation-exchange membrane containing bifunctional groups was synthesized. The effects of grafting conditions such as monomer concentration, radiation dose and temperature on grafting yield were studied. The dependence of grafting yield on pre-irradiation dose and monomer concentration was found to be 0.54 and 2.21, respectively. The activation energy for the grafting was calculated to be 22.2 kJ/mol. Infrared spectroscopy analysis of the grafted membrane confirmed the existence of sulfonate and carboxylic acid groups.     

改性聚偏氟乙烯接枝磺化聚(苯乙烯-co-丙烯酸)膜的研制

以过氧化苯甲酰(BPO)作引发剂,通过溶液接枝聚合法把苯乙烯/丙烯酸同时接枝到原硅酸钠改性的聚偏氟乙烯(PVDF)膜上,磺化后得到聚偏氟乙烯接枝磺化聚(苯乙烯-co-丙烯酸)膜(PVDF-g-P(SSA-co-AA)).研究了苯乙烯和丙烯酸的不同比例对膜的接枝反应及其相对湿度对膜电导率和含水量的影响.用傅立叶变换红外光谱(FTIR)检测原硅酸钠改性的PVDF膜经过接枝和磺化后所发生的结构变化,并用扫描电镜(SEM)观察PVDF膜接枝前后的形貌以及接枝磺化后产物PVDF-g-P(SSA-co-AA)膜的形貌及硫和硅分布.结果表明,原硅酸钠改性的PVDF膜与苯乙烯/丙烯酸同时发生接枝聚合反应,环境的相对湿度在20%～80%范围,对添加10wt%Na4SiO4的PVDF-g-P(SSA-co-AA)膜的电导率的影响基本不变,并达到0.0198S·cm-1.原硅酸钠改性的PVDF膜结构在接枝前后和磺化前后发生变化,确认磺化反应不只是在膜表面,同时渗入膜中进行.     

粘度法研究PAM与R12SO3Na之间的相互作用

采用粘度法研究了纯水及含有NaCl和R_4OH(正丁醇)时, PAM(聚丙烯酰胺)与R_(12)SO_3Na(十二烷基磺酸钠)之间的相互作用。结果表明, 在所研究的范围内, PAM与R_(12)SO_3Na胶束之间能形成PAM-R_(12)SO_3Na胶束聚集体。但在纯水和NaCl溶液中, 两者之间的作用较弱。若体系中同时存在R_4OH时, 作用较强。可能是PAM分子中的—C=O —C—NH_2与混合胶束中的醇羟基以氢键相结合, 形成PAM-胶束聚集体, 所以体系的比浓粘度(ηsp/cp)随PAM浓度(cp)的降低而急剧增大, 表现出典型的聚电解质性质。     

The effect of additives on radiation-induced grafting of AA and SSS onto HDPE

A kind of ion-exchange membrane with strong acid and weak acid groups was prepared by radiation-induced grafting of acrylic acid (AA) and sodium styrene sulfonate (SSS) onto high-density polyethylene membrane (HDPE). The effect of additives such as sodium acetate, sodium chloride on grafting yield was studied. It was found that for either pre-irradiation method or simultaneous radiation method, the weak acid salt of strong alkali sodium acetate had a complex effect on the grafting yield by “pH effect” and “ion pair effect”, and the neutral salt sodium chloride was helpful to the increase of grafting yield by “ion pair effect”.     

铅(Ⅱ)离子印迹复合膜的制备及其性能研究

以聚丙烯微孔膜(MPPM)为支撑,采用共价表面修饰和离子印迹技术,制备了Pb(Ⅱ)离子印迹复合膜.首先通过紫外光引发丙烯酸接枝聚合,在MPPM表面引入羧基;然后基于羧基和氨基的反应,将壳聚糖共价接枝到MPPM表面;再以Pb(Ⅱ)为模板离子、环氧氯丙烷为交联剂,通过配位键作用形成离子印迹位点.制备过程通过ATR-FTIR和XPS分析得到了证实.利用扫描电子显微镜(SEM)-能量色散X射线光谱仪(EDX)对膜表面及截面的形貌及元素分布进行了分析.静态水接触角和纯水通量实验结果显示,印迹复合膜具有良好的表面亲水性和渗透性,在离子印迹聚合物接枝率为174.4μg/cm2时,水通量高达2659±58 L/(m2.h).印迹复合膜对Pb(Ⅱ)离子的吸附亲和性和渗透选择性分别通过平衡结合实验和竞争渗透实验进行评价.与非印迹复合膜相比,印迹复合膜对Pb(Ⅱ)离子展现出更强的吸附亲和性,更快的吸附速率及更好的渗透选择性,以Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)作为竞争离子,其渗透选择性因子分别为3.43和3.93.     

Fabrication and characterization of supported dual acidic ionic liquids for polymer electrolyte membrane fuel cell applications

In this study, we proposed an innovative and versatile method for preparation of highly stable and conductive supported ionic liquid (IL) membranes for proton exchange fuel cell applications. Novel covalently supported dual acidic IL membranes were prepared by radiation induced grafting of 4-vinyl pyridine (4-VP) onto poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) film followed by post-functionalization via sequential treatments with 1,4-butane sultone and sulfuric acid to introduce pyridinium alkyl sulfonate/hydrogen sulfate moieties. The advantage of our approach lies in grafting polymers with highly reactive functional groups suitable for efficient post-sulfonation. The membranes displayed better swelling and mechanical properties compared to Nafion 112 despite having more than 3 times higher ion exchange capacity (IEC). The proton conductivity reached superior values to Nafion above 80 °C. Particularly, the membrane with ion exchange capacity of 3.41 displayed a proton conductivity of 259 mScm⁻¹ at 95 °C. This desired conductivity value is attributed to the high IEC of the membranes as well as dissociation of the hydrophobic ETFE polymer and hydrophilic pyridinium alkyl sulfonate groups. Such appealing properties make the supported IL membranes promising for proton exchange membrane fuel cells (PEMFC).     

PTFE辐射接枝对苯乙烯基三甲氧基硅烷制备质子交换膜

采用聚四氟乙烯(PTFE)膜室温下共辐射接枝单体p-苯乙烯基三甲氧基硅烷(StSi),之后经磺化和水解缩聚制备了含有亲水性的—Si—O—Si—交联结构和Si—OH基团的质子交换膜.研究了溶剂、吸收剂量、吸收剂量率以及单体浓度等参数对接枝率的影响,并对质子交换膜的离子交换容量(IEC)、吸水性、尺寸稳定性及电导率等性能进行了分析.结果表明,实验条件下接枝率随吸收剂量和单体浓度增加而增加,采用3mol·L-1的单体浓度减少均聚物;吸收剂量率为10～43Gy·min-1时,接枝率随剂量率变化不明显;以甲苯做溶剂可获得较高接枝率并保持膜的机械强度;IEC值、吸水性和电导率随接枝率增加而增大,是—SO3H、—Si—O—Si—交联结构和Si—OH基团共同作用的结果.接枝率72.5%时膜的IEC值为1.53mmol·g-1,高于Nafion117(0.89mmol·g-1),90℃吸水率为63%,尺寸稳定(优于Nafion117),质子电导率达1.5×10-2S·cm-1,获得了低于Nafion117的甲醇透过性,接枝率50.1%时甲醇透过系数0.82×10-6cm2·s-1.     

聚乙烯薄膜等离子体接枝甲基丙烯酸及阻燃性能的研究

以聚乙烯为基础,通过等离子体接枝方法接枝甲基丙烯酸.研究了接枝反应条件对接枝率的影响,并对接枝样品的阻燃性能进行了表征.接枝后样品的点燃时间明显延长,极限氧指数明显提高,成炭量明显增加,说明接枝后的侧基(-COOH,-COO^-Na⁺和-COO^-K⁺)在热降解过程中不仅自身参与成炭,而且大大促进了基体聚合物的成炭过程.