酚酞型聚醚砜膜的制备与性能研究

内蒙古工业大学学报

JOU RNAL O F I NN ER M ON GOL I A

第25卷　第4期UN I V ERS ITY O F TECHNOLO GY V ol.25N o.42006

文章编号:1001-5167(2006)0420282205

酚酞型聚醚砜膜的制备与性能研究Ξ

汪　锰1,郑幸存2

(1.内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特010051;2.浙江工业大学化材学院,杭州310014)

摘要:本文利用水相沉淀聚合法成功地合成了丙烯腈(AN)2(二丙烯酰胺基)2二

甲基丙烷磺酸(AM PS)共聚物,然后将其作为添加剂制备酚酞型聚醚砜膜,并进一

步研究了添加剂用量对膜通量,膜截留率以及膜形态的影响.研究表明,随着添加

剂用量的增加(从0到5%),膜在100kPa下的水通量从230L m2 h r下降到125L

m2 h r,对PEG35000的截留率分别从0.5528增加到0.75.另外,利用场发射电子显

微镜观察了膜断面,发现随着PAN2co2AM PS含量的增加,膜表皮层逐渐变厚,指

状孔逐渐减少.

关键词:水相沉淀聚合法;添加剂;膜形态与性能

中图分类号:O641 文献标识码:A

0　引　言

酚酞型聚醚砜(PES2C)是我国自行研发的一种相对新型的工程塑料.由于体积大、极性强的酚酞基团的引入使得这种“改性”的聚醚砜表现出了良好的热稳定性和机械稳定性.综合文献来看,磺化的酚酞型聚醚砜已经成功地作为膜材料制备气体分离膜〔1〕、燃料电池〔2〕、纳滤膜和超滤膜〔3〕等.然而,将其直接用作制备液体分离膜还鲜见报道.另外,目前液体分离用超滤膜和微滤膜大多采用浸没沉淀相转化法制备而来.但是经由该方法并不能同时得到所有期望的膜结构和膜性能.因此,国内外学者在对这一经典方法进行改善方面做了大量的工作,包括将溶剂蒸发〔4〕和退火(annealing)〔5〕等步骤引入膜制备过程,将特殊的化学反应耦合到铸膜液的相分离过程中〔6〕以及在铸膜液中或凝胶浴中加入添加剂〔7〕等等.

本文中将K2S2O82N a2SO3做为引发剂,水做为反应介质,利用水相沉淀聚合法制备了荷电高分子PAN2co2AM PS(如图1所示),然后将其作为添加剂用于制备酚酞型聚醚砜膜,并进一步探讨该添加剂对膜通量,膜截留率以及膜形态的影响.

图1　PAN2co2AM PS的合成路线

1　实验部分

Ξ收稿日期:2006207210

基金项目:内蒙古工业大学校基金(X200309)

作者简介:汪锰(1975～),男,讲师,硕士.

1.1　材料

酚酞型聚醚砜由徐州工程塑料公司提供.二丙烯酰胺基2二甲基丙烷磺酸(AM PS )购自A ldrich 公司.丙烯腈、二甲基甲酰胺(DM F )和K 2S 2O 82N a 2SO 3引发剂使用前分别利用减压蒸馏和重结晶的方法纯化.

1.2　PAN 2co 2AM PS 的合成与表征

首先将定量的丙烯腈和二丙烯酰胺基2二甲基丙烷磺酸水溶液加入四口烧瓶中,然后滴加稀硫酸调节溶液的pH .当反应体系中的溶解氧被通入的氮气去除后,向体系中加入定量的K 2S 2O 82N a 2SO 3引发剂.在特定的温度下反应一段时间.最后将沉淀下来的共聚物过滤,反复洗涤后真空干燥备用.利用核磁共振1H NM R (B ruck ,A dvance DM ×500)确认了该合成共聚物的化学结构,元素分析(F lash EA 1112,

T her mo F inn igan )测定了共聚物的组成,粘度法估算了共聚物粘均分子量.用溶有少量L i B r (0.1M )的

DM F 将共聚物溶解并配制成几个不同浓度的高分子稀溶液,进而在25±0.1℃的水浴中利用乌式粘度计测定其相应的粘度,并最终得到共聚物的特性粘数,然后根据下式〔8〕估算共聚物的粘均分子量.

[Γ]=3.92×10-2M V 0.75

其中[Γ]表示特性粘数,M V 表示粘均分子量.

1.3　超滤膜的制备

本次实验中以水做为凝胶浴利用经典的相转化法制膜.铸膜液组成,粘度及其相应的成膜条件汇总于表1.经过脱泡处理过的铸膜液以恒速在聚酯无纺布上刮制成厚度为0.22mm 的膜,然后浸入去离子水中过夜,湿法保存待测.

表1　铸膜液的组成,粘度及其成膜条件

膜样品

M 0M 1M 3M 5PES 2C (g )

1514.8514.5514.25PAN 2co 2AM PS (g )

00.150.450.75DM F (g )85

858585制膜温度(℃)22

222222蒸发时间(s )

101010101.4　通量与截留实验

利用自制的装置完成对膜水通量和膜溶质截留能力的测试.每个膜样品首先在500kPa 下压实5h ,然后在100kPa 进行水通量测试,并在100kPa 下进行对PEG 35000的截留能力测试.料液和滤液中

PEG 含量利用总有机碳分析仪(TOC 2V CPN ,SH I M AD Z U )进行测定

.为了尽量避免实验误差,实验中针对每种膜都至少有9个样品得到测试,并且将它们的平均值做为最终结果加以报道.

1.5　膜结构

每种膜的断面都利用了场发射电子显微镜(S I R I O N ,FE I )进行了观测

.2　结果与讨论

2.1　共聚物的合成与表征

在大量实验的基础上,获得了最佳的反应条件,如下:n (AN ) n (AM PS ),10 1;pH ,2;单体总浓度,10g 100mL 水;n (initiato r ) n (monom er ),1 500;反应温度,70℃;反应时间,10h .合成共聚物的粘均分子量及其组成见表2.共聚物的化学结构通过核磁共振氢谱得到证实,如图2.其中,由于-SO 3H 较强的离解能力,所以未能在1H NM R 中得到h 氢所对应的峰位置.

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