聚氨酯膜材料的改性研究

论文摘要

本论文通过在PU体系中添加SiO2制备PU/SiO2杂化膜,并在该体系中加入添加剂或与PVB和PVC共混等方法,采用浸没沉淀相转化法制备PU共混杂化膜,改变膜的微孔结构达到提高膜性能的目的。通过绘制PU杂化体系的热力学相图和动力学曲线,结合NMR和SEM的测试结果,分析相分离机理;采用DMA测试,分析了PU共混体系的相容性;采用二步法对PU杂化膜进行紫外接枝改性,对制备的PU共混杂化膜性能进行了测试。利用NMR测试质子T1值的结果表明,SiO2、LiCl、PEG6000、PVB、PVC的加入均可使PU共混杂化体系的T1值有不同程度的减小,PU分子链的缠结点减少。在PU/SiO2体系加入添加剂后,提高了体系的相分离速度。LiCl和PEG体系截留率有较大幅度的提高,但PVP体系的水通量和截留率均有一定程度的下降。与加入PEG6000的PU/SiO2体系相比,PEG10000体系膜的水通量和截留率均有所减小。在PU/PVB/SiO2（以下简称PU/PVB）杂化膜中,不同粘度的PVB能明显改善PU/PVB杂化膜的性能。动力学分析表明PU/PVB杂化体系的相分离速度明显加快,且粘度小的PU/PVB-1体系快于粘度大的PU/PVB-2体系。DMA分析结果表明PU和PVB为不相容体系;在相同羟基含量、不同粘度的PU/PVB杂化膜体系中,杂化膜的水通量随其粘度的增大而下降,但截留率增大。当PVB-2用量为20%时截留率可达到85%左右。在PU/PVC/SiO2（以下简称PU/PVC）杂化膜中,PVC的共混比例能明显改善膜的分离性能。DMA分析结果表明PU和PVC有较好的相容性;共混比大的PU/PVC杂化膜的截留率较高。在PU/PVC杂化体系中添加PEG,使杂化膜的水通量有所下降但截留率上升;加入MPC后杂化膜的水通量略有增加,而截留率在MPC一定用量范围内呈现上升趋势,当其用量为5%时达到最大值。将甲基丙烯酸β羟乙酯（HEMA）与PU杂化膜进行紫外光接枝聚合,研究了接枝工艺条件对PU杂化膜接枝率的影响。通过测定发现接枝膜的水通量有大幅度提高,最大可达132.36 L/m2h。考察了在连续运行条件下PU杂化膜对黑液的处理效果,与PU/SiO2杂化膜相比,PU/PVB杂化膜的处理效果较好且稳定性也较好。对PU杂化膜的分形研究表明,分形理论可以用于量化PU杂化膜孔的结构形态。SEM的测试结果与膜性能的结果分析是一致的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 膜技术概述
• 1.1.1 膜及膜过程
• 1.1.2 膜分离技术的特点
• 1.1.3 膜的分类及其应用领域
• 1.1.4 膜应用中遇到的一般性问题及膜技术的发展趋势
• 1.2 分离膜的成膜机理
• 1.2.1 相转化过程中的热力学
• 1.2.2 相转化过程中的动力学
• 1.2.3 分离膜微孔结构与性能的影响因素研究
• 1.3 膜材料的改性研究
• 1.3.1 膜材料的填充改性研究
• 1.3.2 膜材料的共混改性研究
• 1.3.3 表面接枝改性的研究进展
• 1.4 聚氨酯膜的研究进展
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 聚氨酯在分离膜中的应用
• 1.4.3 聚氨酯膜材料存在的问题和发展趋势
• 1.5 本论文研究的意义及主要内容
• 1.5.1 本论文研究的意义
• 1.5.2 本论文研究的主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 原料及仪器
• 2.1.1 原料及试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 铸膜液浊点滴定
• 1的测量'>2.2.2 质子自旋-晶格弛豫时间T₁的测量
• 2.2.3 铸膜液的制备
• 2.2.4 膜的制备
• 2.2.5 成膜动力学测定
• 2.2.6 水通量的测定
• 2.2.7 截留率的测定
• 2.2.8 孔隙率的测定
• 2.2.9 动态热机械分析（DMA）样品的制备
• 2.2.10 扫描电镜（SEM）样品的制备
• 2.2.11 透射电镜（TEM）样品的制备
• 2.2.12 膜的紫外光接枝改性
• 2.2.13 红外光谱分析
• 2.2.14 接枝率的测定
• 2.2.15 化学耗氧量（COD）去除率的测定
• 3 结果与讨论
• 1值'>3.1 PU杂化体系质子的自旋-晶格弛豫时间T₁值
• 2杂化膜结构和性能的影响'>3.2 添加剂对PU/SiO₂杂化膜结构和性能的影响
• 2杂化膜结构和性能的影响'>3.2.1 不同添加剂对PU/SiO₂杂化膜结构和性能的影响
• 2杂化膜结构和性能的影响'>3.2.2 PEG分子量对PU/SiO₂杂化膜结构和性能的影响
• 3.3 PVB对PU/PVB杂化膜结构与性能的影响
• 3.3.1 PU/PVB杂化膜的DMA谱图
• 3.3.2 相同羟基含量、不同粘度的PVB对PU/PVB杂化膜结构和性能的影响
• 3.3.3 界面改性剂对PU/PVB杂化膜结构和性能的影响
• 3.4 PU/PVC杂化膜结构和性能的研究
• 3.4.1 PU/PVC杂化膜的DMA谱图
• 3.4.2 PVC对PU/PVC杂化膜结构和性能的影响
• 3.4.3 添加剂对PU/PVC杂化膜结构和性能的影响
• 3.5 PU杂化膜的表面紫外光接枝改性
• 3.5.1 红外光谱分析
• 3.5.2 氧化时间对PU杂化膜接枝率的影响
• 3.5.3 单体浓度对PU杂化膜接枝率的影响
• 3.5.4 接枝时间对PU杂化膜接枝率的影响
• 3.5.5 接枝改性PU/PVC杂化膜的性能
• 3.6 聚氨酯分离膜的应用研究
• 3.6.1 聚氨酯膜在处理造纸黑液中的应用
• 3.6.2 聚氨酯杂化膜在处理卵清蛋白溶液中的应用
• 3.6.3 聚氨酯杂化膜在细菌纤维素培养中的应用
• 3.7 聚氨酯杂化膜孔结构的分形研究
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢