成核剂对TIPS法聚丙烯多孔膜结构和透过性能的影响

论文摘要

等规聚丙烯膜（iPP）具有价格低廉、常温下不溶于任何化学溶剂等优点,具有很强的市场竞争力。相对于较成熟的熔融-拉伸法,热致相分离（TIPS）法制备的iPP膜具有渗透性能好、孔径可调、孔径分布窄等优点,且国内尚未见到TIPS法膜产品,进口产品价格昂贵,相关的公开文献又少。所以采用TIPS法制备iPP膜的意义重大。TIPS法多孔膜容易形成闭合胞腔状孔结构,严重影响膜的透过性能,成核剂可望改善此方面的缺陷。为此,进行了TIPS法iPP膜的制备和成核剂对膜结构及透过性能的影响研究。提高膜的透过性能是TIPS法亟待解决的问题,所以采用纯水通量作为评价准则,对成核剂进行筛选。研究发现,不论添加哪种成核剂,随成核剂添加量（γ）增加,纯水通量先上升再下降,存在一个最大值。根据纯水通量的测试结果,筛选出A、B和G三种成核剂,A的纯水通量最小,B的纯水通量最大,G是β型成核剂,均具有一定的代表性。采用宽角X射线衍射（WAXD）法、差式扫描量热（DSC）法研究成核剂对iPP/DBP/DOP体系结晶行为的影响。研究发现:β成核剂的加入没有形成β晶;成核剂品种及添加量的改变影响结晶动力学参数,如成核密度（N）、结晶温度（tf）、半高宽（Wh）、结晶范围（Δt）、结晶度等。实验范围内,添加A后,N增加一个数量级左右,tf最大提高3.1℃,Wh和Δt最大分别降低0.7℃和1.8℃;添加B后,N增加两个数量级左右,tf、Wh和Δt最大分别提高6.5℃、1.5℃和4.8℃;结晶度的变化范围均在5%以内。说明成核剂B对iPP/DBP/DOP体系结晶行为的影响比A明显。考察了A、B两种成核剂对膜结构和透过性能的影响。研究发现:不论添加成核剂与否,膜结构都是相似的,均为内部含有胞腔孔的球晶结构,且随着γ的增加,球晶尺寸先变小再变大,胞腔孔也变得均匀,膜结构先变疏松再变致密。孔隙率、纯水通量和截留率都呈先上升再下降的趋势,与膜结构的变化相对应,最高纯水通量分别较空白样品值（23.25 L?m-2?bar-1?h-1）提高了80.5%和156.7%,说明B比A的改善效果明显。冷却速率的提高减小了成核剂对膜结构和透过性能影响的敏感性:冷却速率为90K/min时,最高纯水通量只比空白样品提高了7.14%。说明对于任何一种成核剂,都存在一个γopt（最佳添加量）,且γopt与成核剂种类、冷却速率有关;膜结构和透过性能的改变是成核剂和冷却速率协同作用的结果。研究表明:实验范围内,动态结晶温度升高、成核密度增加、球晶生长速率下降及结晶温度范围延长,有利于多孔膜结构的改善和透过性能的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• §1-1 聚丙烯的特征
• 1-1-1 聚丙烯材料简介
• 1-1-2 聚丙烯膜制备方法
• §1-2 热致相分离法研究现状
• 1-2-1 TIPS 制膜技术简介
• 1-2-2 TIPS 成膜过程的热力学描述
• 1-2-3 TIPS 成膜过程的动力学描述
• 1-2-4 TIPS 成膜过程的主要影响因素
• §1-3 成核剂研究现状
• 1-3-1 成核剂种类
• 1-3-2 成核剂在本体聚丙烯中的应用现状
• 1-3-3 成核剂在膜制备中的应用现状
• §1-4 聚丙烯结晶的相关理论
• 1-4-1 聚丙烯结晶形态
• 1-4-2 聚丙烯的结晶过程
• 1-4-3 结晶过程的测定
• §1-5 本论文的工作
• 第二章 成核剂的筛选
• §2-1 制膜材料的选择
• 2-1-1 聚合物材料的选择
• 2-1-2 稀释剂的选择
• 2-1-3 成核剂的选择
• 2-1-4 萃取剂的选择
• 2-1-5 实验原料
• §2-2 制膜条件的确定
• 2-2-1 固含量的选择
• 2-2-2 稀释剂配比的选择
• 2-2-3 冷却速率的选择
• 2-2-4 冷却起始温度的选择
• §2-3 膜制备装置及其制备方法
• §2-4 纯水通量测试装置及其测试方法
• §2-5 成核剂筛选结果
• §2-6 本章小结
• 第三章 iPP/DBP/DOP/成核剂体系的结晶行为的研究
• §3-1 膜样品的WAXD 表征
• 3-1-1 理论基础
• 3-1-2 实验部分
• 3-1-3 结果与讨论
• §3-2 成核剂对等温结晶过程的影响
• 3-2-1 理论基础
• 3-2-2 实验部分
• 3-2-3 结果与讨论
• §3-3 成核剂对非等温结晶过程的影响
• 3-3-1 实验原料与制样方法
• 3-3-2 实验仪器与测试方法
• 3-3-3 结果与讨论
• §3-4 本章小结
• 第四章 成核剂对膜结构及其透过性能的影响
• §4-1 引言
• §4-2 实验内容与方法
• 4-2-1 膜样品结构的环境扫描电子显微镜（ESEM）表征
• 4-2-2 成核剂对膜孔隙率的影响
• 4-2-3 成核剂对膜纯水通量的影响
• 4-2-4 成核剂对膜的截留性能的影响
• §4-3 结果与讨论
• 4-3-1 膜样品结构的环境扫描电子显微镜（ESEM）表征
• 4-3-2 膜样品的孔隙率
• 4-3-3 膜的纯水通量
• 4-3-4 膜的超滤性能
• §4-4 成核剂对膜结构和透过性能影响的机理探讨
• §4-5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果