PU_PVC共混超滤膜的制备及性能

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赵梓年 , 等 PUΠPVC 共混超滤膜的制备及性能
图 2 PU 膜扫描电镜照片
图 3 SiO2 对共混膜水通量的影响
图 4 SiO2 对共混膜截留率的影响
赵梓年 , 等 PUΠPVC 共混超滤膜的制备及性能
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参考文献 :
1 李先锋 1 聚氨酯2二氧化硅复合膜的研究[ D ]1 天津 :天津工 业大学 ,20031
关键词 : PU ;PVC ;二氧化硅 ;共混 ;超滤膜
中图分类号 : TQ32318 文献标识码 : A
膜分离技术具有高效 、低能耗 、易维护 、易放大 等优点 , 在化工 、食品 、医药等领域得到了越来越广 泛的应用 。由于聚氨酯 ( PU) 材料具有可控性以及 良好的生物相容性和一定的化学稳定性等 , 因此在分 离技术各领域引起了高度重视 , 最近几年在微滤 、超 滤[1～3] 、反渗透 、渗透蒸发[4] 、膜生物反应器和膜传 感器等领域的应用研究均有文献报道 。对 PU 膜进行 改性可以优化其性能并能扩大应用领域 。
112 膜制备
本实验采用浸没沉淀法制备 PUΠPVC 超滤膜 。加 入一定量的 SiO2 、PU 、PVC 和 DMF 于三口瓶中 , 加 热至一定温度并持续搅拌至完全溶解 , 得到铸膜液 。 待铸膜液温度降至室温后 , 将其真空脱泡至无气泡产 生 , 然后在洁净的玻璃板上 , 用玻璃棒刮出膜并立即 浸入水中 , 待膜从玻璃板上脱落后 , 用清水将膜表面 的溶剂洗净并在蒸馏水中浸泡 48h 后 , 备用 。
113 膜性能测试
11311 水通量测定 测定膜单位面积在单位时间内的透水量 (水通 量) , 其计算公式为 :
J = VΠ ( A·t) 式中 J ———水通量 (LΠm2 ·h) ;
V ———滤液体积 (L) ; A ———分离膜的有效工作面积 (m2 ) ; t ———获得 V 体积滤液所需的时间 (h) 。 11312 截留率的测定 自 制 卵 清 蛋 白 溶 液 , 测 原 液 及 截 留 液 的 吸 光 值[7] , 根据下式计算而得 :
二氧化硅 ( SiO2 ) 是一种有效的 PU 改性材料 。 PU 铸膜液中添加适量的 SiO2 后 , 所制膜的结构有很 大改 变 , 膜 的 水 通 量 和 截 留 率 也 有 一 定 程 度 的 提 高[5 ,6] 。而聚氯乙烯 ( PVC) 铸膜液在凝固浴中分相 时属于瞬时分相 , 其分相速度明显快于 PU 体系 , 且 所得膜的致密层的孔径细小 , 膜的水通量较高 。本文 通过选择合适的 PU 和 PVC 的共混比例 , 并在此基础 上研究 SiO2 对共混膜性能的影响 。
赵梓年 , 等 PUΠPVC 共混超滤膜的制备及性能
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R = ( GF - CP) ΠCF ×100 % 式中 R ———截留率 ( %) ;
CF ———原料液中被分离物质的浓度 (molΠL) ; CP ———透过液中被分离物质的浓度 (molΠL) 。 11313 微观结构表征 待测样品在 50 %丙三醇溶液中浸泡 48h , 取出晾 干 , 然后用液氮脆断 , 将表面及断面喷金 , 置于扫描 电镜中观察并拍照 。
2 M1Sivakumar , R1Malaisamy , C1J1Sajitha , D1Mohan , R1Ranga2 rajan , Proparation and performance of cellulose acetate2polyure2 thane blend membranes and their applications2 Ⅱ[J ] 1Journal of Membrane Science , 2000 ,(169) 2 :215～2281
图 1 PUΠPVC 共混比对膜水通量的影响
212 SiO2 对 PUΠPVC 共混膜性能的影响
图 3 是 PUΠPVC 为 80∶20 时 , SiO2 的用量对膜水 通量的影响 。从图 3 中可以看出 : 随着 SiO2 用量的 增加 , 共混膜的水通量呈大幅增加趋势 , 但当 SiO2 用量相同时 , 聚合度为 1000 的 PVC 和 PU 共混时所 制成膜的水通量大于用聚合度为 2500 的 PVC 与 PU 共混制成膜的水通量 。而从图 4 可以看出 : 随着 SiO2 用量的增加 , 复合共混膜的截留率呈现下降趋势 。但 和水通量相反 , 共混比例相同时 , 用聚合度为 2500 的 PVC 和 PU 共混所制得膜的截留率要比用聚合度为 1000 的 PVC 和 PU 共混所制得的膜大 。
3 结论
(1) 随着 PUΠPVC 共混比例的增加 , 所得膜的水 通量基本呈现先上升 、然后下降的趋势 ;
(2) 在 PUΠPVC 共混体系中 , SiO2 的加入可以显 著提高膜的水通量 , 在 SiO2 用量为 20 %～25 %时 , 膜的截留率均较纯 PU 膜高 。
(3) 用聚合度为 1000 的 PVC 和 PU 共混所制膜的 水通量比用聚合度为 2500 的 PVC 和 PU 共混所制得 的膜高 , 而截留率则正好相反 。
SiO2 对膜性能的影响可以从其结构来分析 。在铸 膜液中添加一定量的 SiO2 可以起到以下几个方面的 作用 : 一是表面的羟基可以改善膜的亲水性 , 提高膜 的水通量 ; 另外 SiO2 本身的多孔结构使其在体系中 的用量达到一定值时可以互相以氢键结合形成网状结 构 , 互相连通 , 大幅度提高膜的水通量 。此外体系中 SiO2 的加入改变了体系的热力学性质 , 铸膜液在凝固 浴中分相的过程也发生明显的变化 , 分相速度更快 , 形成的微孔更多 , 膜的水通量也得以提高 。而 HP —3 型 PVC 的聚合度为 2500 左右 , 两种 PVC 对铸膜液体 系的分相影响也不一样 。聚合度大的 PVC 由于其分 子链更长 , 对分相过程有一定的抵制作用 , 导致所形 成的膜孔径变小 , 孔径分布也变窄 , 所以在其他条件 相同时 , 用聚合度大的 PVC 所制膜的水通量较小 , 而截留率则较高 , 这一点也可以从图 3 和图 4 中的数 据得到证实 。
Study on Properties and Preparation of Ultrafiltration Membrane from PolyurethaneΠPoly ( vinyl chloride) Blends
Zhao Zinian , Xu Kunpeng ,Wen Zhihong
( Tianjin University of Science and Technology , Tianjin 300222 ,China)
塑 料 科 技 20
PLASTICS
Baidu Nhomakorabea
SCI1
№6 (Sum1170)
& TECHNOLOGY
December 2005
文章编号 : 100523360( 2005) 0620020204
PUΠPVC 共混超滤膜的制备及性能
赵梓年 ,许昆鹏 ,文志红 (天津科技大学材料科学与化学工程学院 ,天津 300222)
Abstract : It prepared PolyurethaneΠPoly (vinyl chloride) ( PUΠPVC) blend membrane and PolyurethaneΠPoly (vinyl chloride) ΠSilicon dioxide ( PUΠPVCΠSiO2 ) composites by means of Loeb2Sourirajan phase transition method1 By adding PVC , the phase separating rate of casting solution in coagulating bath can be changed with the addition of PVC , and the membrane2 forming ability and the cellular structure of membrane are also improved ; the cellular structure of the composites membrane is improved with the addition of the SiO2 , and the pure water flux is enhanced , so the PU composites membrane can be used for ultrafiltration membrane1 It observed the microstructure and morphology of membrane through SEM1
1 实验部分
111 原料
聚氨酯 , 纤维级 , 天津市大邱庄泡沫塑料有限公 司;
聚氯 乙 烯 , HP —3 , 聚 合 度 2500 , 北 京 化 工 二 厂;
收稿日期 : 2005208205
聚氯乙烯 , 聚合度 1000 , 泰国塑料与化学有限 公司 ;
二氧化硅 , 天津化工研究设计院 ; N , N2二甲基甲酰胺 (DMF) , 天津大学科威公 司; 卵清蛋白 , 分子量 43000 , 市售 。
摘 要 : 采用湿法相转化制膜技术制备 PUΠPVC 共混膜 、PUΠPVCΠSiO2 共混膜 。PVC 可以改变铸膜液体系在 凝固浴中的分相速度 ,提高成膜性及改善膜的微孔结构 ,在此共混物中加入 SiO2 可以显著改善膜的微孔结构 ,并提 高 PU 共混膜的水通量 ,可用于超滤 。用扫描电镜对膜的结构形态进行了观察 。
2 结果与讨论
211 PUΠPVC 共混比例对膜性能的影响
图 1 为 PU 和聚合度为 1000 的 PVC 的共混比例对 膜水通量的影响 。当 PVC 用量较少或较多时 , 由于 其在体系中不能均匀分布 , 导致界面微孔的数量较 少 , 膜的水通量较小 。当 PVC 用量为 20 %～30 %时 , 由于 PU 和 PVC 相容性较好 , PVC 在 PU 相中分布均 匀 , PVC 属于瞬时分相 , 首先分相的 PVC 在体系中 形成网状结构 , 对 PU 分相过程有抑制作用 , 此时形 成的界面微孔比较均匀 , 数量较多 , 水通量较大 ; 从 图 2a 、图 2b 中可见 : PVC 为 20 %时 , 共混膜表面上 的微孔明显小于纯 PU 膜 , 且分布较均匀 , 数量较 多 。图 2 ( c 、d) 为纯 PU 膜和 PVC 用量为 20 %的 PUΠPVC 共混膜的断面电镜照片 , 从图 2 中可以看出 : 通过共混膜断面的 “犁状”孔数量增加 , 但尺寸明显 变小 , 所以膜的水通量也会增加 。此外实验中还发现 当 PVC 用量为 20 %时 , 起膜速度较纯 PU 快 , 并且成 膜质量较好 ; 但 PVC 用量继续增加时 , 铸膜液粘度增 加较快 , 不易制膜 , 膜的表面质量也较差 。所以在下 面的实验中 , 固定 PU 和 PVC 的共混比为 80∶20。
3 封严 1 聚氨酯系共混膜及其分离性能的研究 [ D ]1 天津 :天 津工业大学 ,20001
4 Wang , Kueir2Rarn Lee , Tsung2Neng Hsu , Da2Ming Wang and
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