MMA基两亲性高分子的合成及其对PVDF多孔膜改性的研究

论文摘要

聚偏氟乙烯（PVDF）是水处理分离膜制备的优选材料之一,但是PVDF膜具有较强的疏水性,在水介质分离过程中往往需要较大的驱动力,并且容易产生有机物、蛋白质等吸附污染,严重影响了膜的分离性能。因此,对PVDF膜进行有效的亲水化改性显得尤为重要。以往研究发现,PEG、PVP等线型水溶性聚合物在成膜过程及膜应用过程中易向水介质中流失,不能达到对PVDF膜长久稳定的亲水改性。针对以上问题,基于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与PVDF之间良好的相容性,本论文以MMA为疏水性单体,N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、甲基丙烯酸（MAA）等为亲水性单体,通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合法,分别合成了两亲性三嵌段共聚物PVP-PMMA-PVP和两亲性两嵌段共聚物PMMA-b-PMAA。通过浸没沉淀相转化法制备了PVDF/PVP-PMMA-PVP和PVDF/PMMA-b-PMAA共混膜,并考察两亲性嵌段共聚物对PVDF膜结构和性能的影响。采用FTIR、1H NMR、GPC等手段对合成的两亲性嵌段共聚物PVP-PMMA-PVP和PMMA-b-PMAA的结构、组成、分子量及分子量分布进行了表征。发现合成的嵌段共聚物分子量分布（PDI）均较窄（＜1.7或＜1.5）,表明通过RAFT聚合法合成两亲性嵌段共聚物PVP-PMMA-PVP和PMMA-b-PMAA的线路是可行的。通过XPS对PVDF/PVP-PMMA-PVP共混膜、PVDF/PMMA-b-PMAA共混膜表面的化学组成进行了分析,发现两亲性嵌段共聚物在膜表面有较明显的富集,大大地改善了PVDF共混膜表面的亲水性。通过SEM观察了共混膜的表面及断面的形貌,发现两亲性嵌段共聚物的加入,使PVDF膜表面的孔径和孔隙率都有明显的提高。接触角测试结果表明,经过两亲性嵌段共聚物改性的PVDF共混膜,其表面的接触角有大幅度的下降（从纯PVDF膜的98°降至70°左右）;渗透性能测试结果表明,共混膜在0.1MPa压力下其纯水通量可以达到1800L/（m2·h）,而纯PVDF膜在相同压力下没有通量。将制得的共混膜在60℃恒温水浴中振荡模拟应用过程,对振荡后的共混膜进行接触角的测试发现接触角均保持较低的水平（＜70°）,表明两亲性嵌段共聚物在共混膜中较好地保留,经共混改性的PVDF膜具有稳定的、良好的亲水性。以上结果均表明,两亲性嵌段共聚物PVP-PMMA-PVP、PMMA-b-PMAA作为添加剂与PVDF共混制膜时,由于其独特的两亲性,不仅改善了PVDF膜结构,而且在膜表面富集、在膜中有很好的稳定性,可以实现对PVDF膜长久、稳定、优异的亲水化改性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 文献综述
• 1.1 膜分离技术与膜材料概述
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 膜的定义及分类
• 1.1.3 膜分离过程及发展史
• 1.1.4 膜材料
• 1.1.5 分离膜技术的发展前景展望
• 1.2 相转化法膜制备技术及成膜机理
• 1.2.1 膜制备技术简介
• 1.2.2 浸没沉淀相转化法成膜过程及机理
• 1.3 PVDF膜及其亲水改性方法研究综述
• 1.3.1 PVDF膜简介
• 1.3.2 PVDF膜亲水改性方法
• 1.4 活性自由基聚合制备嵌段共聚物研究
• 1.4.1 引言
• 1.4.2 Iniferter"活性"自由基聚合法
• 1.4.3 稳定自由基聚合法（SFRP）
• 1.4.4 原子转移自由基聚合（ATRP）
• 1.4.5 可逆加成-断裂转移自由基聚合（RAFT）
• 2 课题的提出
• 2.1 课题的提出及意义
• 2.2 研究思路
• 2.3 研究内容与方案
• 3 两亲性三嵌段共聚物PVP-PMMA-PVP的合成及其对PVDF多孔膜的改性
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要实验材料与设备
• 3.2.2 RAFT试剂DATC的制备与表征
• 3.2.3 三嵌段共聚物PVP-PMMA-PVP的合成与表征
• 3.2.4 PVDF/PVP-PMMA-PVP共混膜的制备
• 3.2.5 PVDF/PVP-PMMA-PVP共混膜的结构与性能表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 RAFT试剂DATC表征
• 3.3.2 三嵌段共聚物PVP-PMMA-PVP表征
• 3.3.3 PVDF/PVP-PMMA-PVP共混膜的结构与性能表征
• 3.4 本章小结
• 4 两亲性嵌段共聚物PMMA-b-PMAA的合成及其对PVDF多孔膜的改性
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要实验材料与设备
• 4.2.2 RAFT试剂CPADB的制备与表征
• 4.2.3 两亲性嵌段共聚物PMMA-b-PMAA的合成与表征
• 4.2.4 PVDF/PMMA-b-PMAA共混膜的制备
• 4.2.5 PVDF/PMMA-b-PMAA共混膜的结构与性能表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 RAFT试剂CPADB表征
• 4.3.2 尝试合成两亲性三嵌段共聚物PMAA-PMMA-PMAA
• 4.3.3 两亲性嵌段共聚物PMMA-b-PMAA表征
• 4.3.4 PVDF/PMMA-b-PMAA共混膜的性能表征
• 4.4 本章小结
• 5 两亲性共聚物PMMA-PAMPS的合成尝试
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要实验材料与设备
• 5.2.2 RAFT试剂DATC的制备与表征
• 5.2.3 三嵌段共聚物PAMPS-PMMA-PAMPS的合成与表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 6 主要结论及创新点
• 6.1 主要结论
• 6.2 论文创新点
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果