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。     

热致相分离法制备聚苯硫醚微孔膜

采用热致相分离法,以己内酰胺为溶剂,制备得到了聚苯硫醚微孔膜并对薄膜性能表征.聚苯硫醚-己内酰胺体系制膜的优点之一是溶剂己内酰胺是水溶性的,可以采用纯水作为后处理的萃取剂.选择了合适的浓度,利用压制成型法制备聚苯硫醚平板膜;研究了体系冷却时的相行为,并考察了降温速率、聚合物浓度等因素对微孔形态与薄膜性能的影响.研究表明,聚苯硫醚-己内酰胺体系以固液分相为主,萃取后形成球晶状的微孔结构.降温速率对薄膜的微孔形态、孔径以及连通性有重要影响;当体系以较低降温速率冷却时,多孔形态为枝叶状,形成了更多的开孔结构并获得了更大的孔径,这是获得高通量微孔膜的主要原因.通过控制降温速率可以制备纯水通量大于100 L/m2h,孔径约4～5μm且连通性良好的聚苯硫醚微孔膜;研究了聚合物浓度的影响,薄膜的纯水通量随着聚合物浓度的增大而减小,并且当聚苯硫醚浓度>50 wt%时,由于大于临界浓度而失去渗透性.     

热致相分离聚丙烯微孔膜

对聚丙烯－稀释剂体系热致相分离过程制备聚丙烯微孔膜的意义、原理、过程及研究现状进行了评述。     

聚丙烯分子量对热致相分离制备微孔膜的影响

通过对等规聚丙烯与邻苯二甲酸二戊酯体系的相分离过程进行研究,绘制了3种分子量等规聚丙烯与邻苯二甲酸二戊酯体系的相图.研究结果表明,聚丙烯分子量的增大导致聚合物单个分子占据的晶格数Np增加,总分子数减少,使混合熵对混合自由能的贡献降低,因此浊点曲线向高温方向移动,而结晶曲线基本不变.聚丙烯分子量的增大延长了聚合物贫相分散液滴的生长时间、增加了聚合物富相黏度和过冷度.聚丙烯分子量变化不仅改变了微孔尺寸,而且改变了微孔结构.在相同淬冷条件下,微孔平均尺寸的变化趋势是贫相分散液滴的生长时间、聚合物富相黏度和过冷度3种因素共同作用的结果.     

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.     

热致相分离法制备微孔EVAL中空纤维膜的探索

比较了羟基含量不同的两种乙烯－醋酸乙烯酯共聚物（EVA）的醇解产物和聚乙二醇组成的两元体系的相图的差异，在此基础上，以聚乙二醇为稀释剂，采用了热致相分离方法制备了微孔EVA的醇解产物中空纤维膜。结果表明纺丝时的冷却水溶温度、稀释剂的抽提温度以及EVA的醇解产物与聚乙二醇的比例对微孔中空纤维的透气性有明显的影响。     

聚合物分子量对热致相分离法制备聚乙烯微孔滤膜的影响

选取不同分子量的聚乙烯/二苯醚作为聚合物稀释剂体系,通过浊点及结晶温度绘制了体系的热力学相图;并在不同淬冷温度下,通过热致相分离法制备了聚乙烯微孔滤膜。讨论了聚合物分子量及淬冷温度对成膜孔结构的影响。结果表明:聚合物的分子量不仅影响微孔滤膜断面的孔径,还影响其形态和结构。     

纳米碳酸钙/庚二酸复合成核剂对热致相分离法制备聚丙烯微孔膜的影响

以大豆油/邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为混合稀释剂,采用热致相分离法(TIPS)制备聚丙烯(PP)微孔膜.研究了纳米碳酸钙成核剂、纳米碳酸钙/庚二酸复合成核剂对PP/大豆油/DBP(30/42/28,质量比)混合体系中PP结晶、熔融性能和PP微孔膜微观结构的影响.结果表明,单一纳米碳酸钙成核剂加入量为PP的0%~4%(质量百分率)时,PP/DBP/大豆油体系中PP熔融曲线上对应的峰值温度(Tpm)降到150.7~151.3℃,而纯PP的熔融峰值温度为165℃;DSC实验结果还显示加入1%~4%纳米碳酸钙和0.5%庚二酸后,导致PP的熔融曲线上出现了熔融双峰,说明纳米碳酸钙/庚二酸复合成核剂与单一成核剂相比有明显地促进β晶生成的作用,宽角X射线衍射(WAXD)实验进一步证实了β晶的存在.单一纳米碳酸钙成核剂对PP微孔膜的球晶结构和微观孔结构影响不大;加入纳米碳酸钙/庚二酸复合成核剂明显影响PP微孔膜的球晶结构和微观孔结构,其中0.5%庚二酸和1%纳米碳酸钙组成的复合成核剂制得的PP微孔膜的球晶结构明显,微孔膜孔径小且分布均匀;进一步增加纳米碳酸钙用量,PP微孔膜生成了许多细小的边界模糊的不规则结晶,微孔膜孔径不规则且尺寸较大,这与此时PP形成β晶结构有关.     

热诱导相分离法制备亲水性乙烯-丙烯酸共聚物微孔膜

选择 3种不同丙烯酸含量的乙烯 丙烯酸共聚物 (EAA)为原材料 ,二苯醚 (DPE)为稀释剂 ,采用热诱导相分离法 (TIPS)制备了亲水性高分子微孔膜 .接触角实验证明 ,EAA为亲水性高分子材料 .利用熔点仪根据浊度的变化测绘出 3种不同EAA/DPE体系的双结点线以及通过DSC得出相应 3体系的结晶温度曲线 .实验结果还表明 ,随着乙烯 丙烯酸共聚物中丙烯酸含量的增加 ,结晶温度曲线向低温方向移动 ,相对应的膜孔直径也增加 .此外 ,随着EAA DPE体系中EAA初始浓度的逐渐增加 ,膜孔直径逐渐变小 ,当体系中EAA初始浓度高于 5 0 %时 ,不再出现微孔结构     

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.     

Polysulfone Membranes via Thermally Induced Phase Separation

Polysulfone (PSF) membranes have gained great attention in the fields of ultrafiltration,microfiltration,and thin film composite membranes for nanofiltration or reverse osmosis.For the first time,it is proposed to fabricate PSF membranes via thermally induced phase separation (TIPS) process using diphenyl sulfone (DPSO2) and polyethylene glycol (PEG) as mixed diluent.DPSO2 is chosen as a crystallizable diluent,while PEG is considered in terms of molecular weight (Mw) and dosage.We systematically investigate the interactions between PSF,DPSO2 and PEG based on the simulation calculations and solubility parameter theory.It is inferred that DPSO2 has an excellent compatibility with PSF,and the addition of PEG results in the ternary system thermodynamically less stable and then facilitates its liquid-liquid (L-L) phase separation.SEM images indicate that cellular-like pores are obvious throughout the membrane when the PEG content in the mixed diluent is 25 wt％-35 wt％.We can facilely manipulate the pore size,water flux and mechanical properties of PSF membranes with the dosage of PEG-200,the Mw of PEG or the cooling rate.The successful application of TIPS can provide a new approach for structure manipulation and performance enhancement of PSF membranes.     

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。     

聚偏氟乙烯-稀释剂间介电常数差异对热致相分离法制膜微观结构的影响

采用1,4-丁内酯、邻苯二甲酸二甲酯、水杨酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、三醋酸甘油酯和卡必醇醋酸酯作为稀释剂, 研究了在以热致相分离(TIPS)法制备聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜过程中, 聚偏氟乙烯-稀释剂间介电差异对PVDF膜微观结构的影响. 实验发现, PVDF-稀释剂间介电常数的差异与PVDF膜微观结构有一定关联. 当PVDF介电常数大于稀释剂的介电常数时, PVDF的分子间作用以引力为主导, PVDF分子易于聚集结晶, 形成松散球粒结构. 当PVDF介电常数与稀释剂的介电常数相近时, PVDF的分子间引力作用与斥力作用相均衡, 在淬冷条件下可形成近似双连续结构. 当PVDF介电常数小于稀释剂的介电常数时, PVDF分子间有一定的斥力效应, PVDF分子结晶困难.     

Construction of Renewable Superhydrophobic Surfaces via Thermally Induced Phase Separation and Mechanical Peeling

We report a simple preparation method of a renewable superhydrophobic surface by ther-mally induced phase separation (TIPS) and mechanical peeling. Porous polyvinylidene fluo-ride (PVDF) membranes with hierarchical structures were prepared by a TIPS process under different cooling conditions, which were confirmed by scanning electron microscopy and mer-cury intrusion porosimetry. After peeling off the top layer, rough structures with hundreds of nanometers to several microns were obtained. A digital microscopy determines that the surface roughness of peeled PVDF membranes is much higher than that of the original PVDF membrane, which is important to obtain the superhydrophobicity. Water contact angle and sliding angle measurements demonstrate that the peeled membrane surfaces display super-hydrophobicity with a high contact angle (152°) and a low sliding angle (7.2°). Moreover, the superhydrophobicity can be easily recovered for many times by a simple mechanical peel-ing, identical to the original superhydrophobicity. This simple preparation method is low cost, and suitable for large-scale industrialization, which may offer more opportunities for practical applications.     

Effect of Diluent Mixture on Porous Structure of Polyphenylene Sulfide via Thermally Induced Phase Separation

Polyphenylene sulfide (PPS) microporous membranes were prepared via the thermally induced phase separation process using diluent mixtures of diphenyl ether (DPE) and diphenyl ketone (DPK). The effects of DPE ratio to DPK in the diluent mixture on the microstructure were investigated. The results showed that the pore morphology of the membranes prepared from the diluent mixture was different from those of fabricated from pure diluents. Moreover, the pore structures of the membranes were changed along with the variation of the diluent composition.     

热致相分离法偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物多孔膜的制备及性能

以偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物[P(VDC-co-VC)]为成膜聚合物, 邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为稀释剂, 采用热致相分离(TIPS)法制备了具有多孔结构的P(VDC-co-VC)膜. 通过聚合物-稀释剂二元体系相图、 场发射扫描电镜(FESEM)、 差示扫描量热仪(DSC)、 X射线衍射(XRD)、 原子力显微镜(AFM)、 纯水通量、 接触角、 孔径及其分布、 截留率及力学性能等研究了聚合物含量对P(VDC-co-VC)多孔膜结构和性能的影响. 结果表明, P(VDC-co-VC)-DMP二元体系成膜过程以液-液(L-L)分相为主, 随着聚合物含量增加, 膜的横截面由类花瓣状结构向胞腔状结构转变, 膜的孔连通性降低, 结构变得较为致密, 同时膜上表面孔隙率降低, 粗糙度增大. L-L分相时间和聚合物含量的变化, 导致膜结晶度先降低后增大. 聚合物含量的增加使膜上表面接触角、 断裂强度及蛋白截留率增加, 但膜的平均孔径、 孔隙率及纯水通量先增加后减小. 当聚合物质量分数为30%时, 所得膜通透性较优, 断裂强度可达7.5 MPa.