熔融纺丝制备中空纤维膜研究进展

中空纤维膜作为一种重要的分离膜材料,其制备方法一直以来是膜技术研究领域的热点。相对于溶液法纺丝制膜方法而言,熔融纺丝法具有使用溶剂量少、环境友好、所得中空纤维膜力学性能较优等特点,已成为目前中空纤维膜制备的重要技术之一。本文根据工艺将熔融纺丝制膜方法区分为熔融纺丝-拉伸法和热致相分离法,分别就这两种方法中空纤维膜的制备技术及致孔机理进行介绍,并对二者的研究历史及现状进行了论述,最后,还指出了熔融纺丝制备中空纤维膜研究领域有待解决的问题。     

热致相分离法制备聚烯烃微孔膜研究进展

非极性及弱极性的结晶高聚物常温下无合适的良溶剂,所以无法使用传统的非溶剂致相分离法制取微孔膜,而近年来发展的热致相分离法解决了这一问题。研究发现聚乙烯、聚丙烯、乙烯．乙烯醇共聚物、乙烯．丙烯酸共聚物、聚(4-甲基-1-戊烯)等聚烯烃是可采用热致相分离法制备微孔膜的材料。本文综述了近年来在热致相分离法制备聚烯烃微孔膜方面的研究进展,重点介绍各种制膜材料(聚合物、稀释剂、萃取剂和助剂)与各种制膜工艺对制得的聚烯烃微孔膜孔径、膜通量和非对称结构等的影响。     

热致相分离法制备乙烯-三氟氯乙烯共聚物微孔膜

通过热致相分离法制备了乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)微孔膜, 考察了ECTFE与不同溶剂的相互作用参数对ECTFE/溶剂体系的液液相区的影响, 通过相容性分析及对ECTFE微孔膜断面结构的观察, 筛选出能与ECTFE发生明显液液相分离的溶剂--邻苯二甲酸二乙酯(DEP). 热力学相图证明, ECTFE/DEP体系具有较宽的液液相分离区, 偏晶点所对应的ECTFE质量分数高达55%. 考察了冷却条件对\{ECTFE/DEP体系膜断面结构的影响, 结果表明, 膜断面孔径随着淬冷温度的降低而减小, 在淬冷温度为458 K时膜断面孔径随粗化时间的增加而增大.     

成膜溶剂对聚4-甲基戊烯-1膜的形态结构和透过行为的影响——Ⅰ.膜的结晶性质与表面形态

以聚4-甲基戊烯-1(PMP)为膜材质,分别以环己烷、三氯乙烯、四氯乙烯、环己烷/三氯乙烯及环己烷/四氯乙烯为溶剂,研究了这些溶液浇铸膜的结晶性质和表面形态。结果表明,溶剂对PMP的相对溶解能力和挥发速度同所成膜内PMP的结晶形式和结晶度密切相关;不同溶剂体系的PMP溶液浇铸膜的表面形态也不尽相同。并发现以四氯乙烯(或三氯乙烯)为溶剂或溶剂组分之一的PMP溶液浇铸膜存在未见报道的Ⅵ型结晶。     

热致相分离法制聚偏氟乙烯微孔膜稀释剂的选择

依据聚偏氟乙烯(PVDF)、邻苯二甲酸二甲酯、水杨酸甲酯、卡必醇醋酸酯、三醋酸甘油酯、邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)、苯乙酮和二苯甲酮(DPK)的Hansen溶度参数及其相对介电常数, 选择能与PVDF以液-液相分离机理进行热致分相的稀释剂, 制备了具有双连续结构的微孔膜. 通过比较PVDF-稀释剂间的溶度参数及相对介电常数的差异, 发现PVDF-DBP体系和PVDF-DPK体系有发生热致液-液相分离的可能. 实时观察上述两个体系的分相过程并测定其结晶温度, 当PVDF质量分数低于30%时, 随着温度的降低, PVDF-DPK体系发生液-液相分离. 根据PVDF-DPK体系相图, 通过控制PVDF含量和降温条件, 无须添加非溶剂或拉伸工艺, 就可以制备出具有双连续结构的PVDF微孔膜.     

熔融纺丝-拉伸法制备PVDF中空纤维膜及其油-水分离性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物, 聚全氟乙丙烯(FEP)为添加剂, 聚乙二醇(PEG)和氯化钙(CaCl₂)为复合成孔剂, 采用熔融纺丝-拉伸法制备了PVDF中空纤维膜. 在制膜过程中未使用其它溶剂和稀释剂, 实现了制膜过程的相对绿色化. 分析和讨论了拉伸比对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响, 测试了纤维膜的孔径分布、 力学性能和油-水分离性能等. 结果表明, 进行拉伸后处理的膜的孔径分布较窄, 在油包水乳液分离测试中, 分离效率均在97%以上, 表现出良好的油-水分离效果.     

原位小角X射线散射研究热拉工艺对熔融拉伸法制备的聚丙烯微孔膜结构的影响

采用原位小角X射线散射和扫描电子显微镜研究了热拉过程中,拉伸比和拉伸温度对熔融拉伸法制备的聚丙烯微孔膜晶体和孔洞结构的影响.研究结果表明,冷拉、热定型过程中片晶簇被分离开,其内部结构在热拉过程中不发生分离等变形;随着热拉拉伸比的增加,片晶簇间架桥长度不断增大;与冷拉、热定型样品相比,热拉后的微孔膜架桥沿垂直于拉伸方向具有较好的周期性.不同的拉伸温度结果表明,架桥长度随拉伸温度升高而增加;温度过高时架桥会发生熔融.     

TIPS法制备聚偏氟乙烯平板微孔膜及其表征

以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为稀释剂,采用热致相分离法(TIPS)制备了聚偏氟乙烯(PVDF)平板微孔膜。利用差示扫描量热仪分析了不同PVDF/DMP体系的结晶性能;通过测试纯水通量、孔隙率、泡点、平均孔径、拉伸强度等对膜进行了表征。结果表明:DMP含量增大,结晶温度向低温方向移动,膜拉伸强度降低,当DMP的质量分数为0.70时膜拉伸强度有明显拐点;PVDF/DMP体系冷却发生固-液相分离;PVDF含量增大,膜水通量、孔隙率、最大孔径和平均孔径均减小。     

溶胶-凝胶法制备疏水型超低折射率膜层材料

以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为共同前驱体,羟丙基-β-环糊精(HPCD)为致孔剂,水和乙醇为溶剂,氨水为催化剂,采用溶胶-凝胶法制备了HPCD-Si O2溶胶.溶胶经过六甲基二硅氮烷(HMDS)改性后,制得疏水型超低折射率膜层,其最低折射率可达1.05,静态水接触角从66.4°上升至128.7°.以羟丙基-β-环糊精为致孔剂制得的膜层孔径约为4 nm,因而膜层不会因为孔径接近光波长的1/4而引起散射.与传统的致孔剂泊洛沙姆(F127)等相比,羟丙基-β-环糊精具有致孔效率高及折射率更低等优点,在模板剂领域具有广泛的应用前景.     

扩散致相转化法制备结晶性聚合物多孔膜

介绍了扩散致相转化法制备结晶性聚合物多孔膜的研究现状。其三元等温成膜体系的相图包含液-液分相和固-液分相两种相分离方式,是理解成膜过程的重要工具,总结了成膜机理和膜的结构形貌：单纯S-L相分离生成粒子状对称膜结构;单纯L-L相分离生成蜂窝状非对称膜结构;两种相分离方式竞争发生将生成多样的混合膜结构。铸膜液浓度、非溶剂种类、铸膜溶剂组成、凝胶浴组成、制膜温度是影响膜结构形貌的主要因素。