界面预湿处理对异质增强型pvdf中空纤维膜结构与性能的影响

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1、第11期2014年11月高分子学报ACTAPOLYMEＲICASINICANo．11Nov．，2014界面预湿处理对异质增强型PVDF中空纤维膜结构与性能的影响*范智丽肖长发＊＊刘海亮胡晓宇环国兰(天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地天津300387)摘要以熔融纺丝聚氯乙烯(PVC)中空纤维多孔膜为增强体，聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂，N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，配置铸膜液，采用同心圆牵引-涂覆法制备了异质增强型PVDF中空纤维膜．制备过程中，采用预湿溶液对增强体基膜表面进行预处理，研究了预湿溶液

2、组成及含量对异质增强型PVDF中空纤维膜结构与性能的影响．结果表明，未经预湿处理的异质增强型PVDF中空纤维膜具有较厚的致密界面层;预湿溶液可对基膜表面孔起到保护作用，使异质增强型PVDF中空纤维膜的界面层变薄或形成多孔界面层，有益于改善增强型PVDF中空纤维膜的通透性能;与二甲基乙酰胺(DMAc)水溶液相比，以乙醇水溶液为预湿溶液所得异质增强型PVDF中空纤维膜的性能较优;当预湿液中乙醇含量为60wt%时，所得增强型PVDF中空纤维膜的渗透性能较优，拉伸强度可达8.61MPa．关键词聚偏氟乙烯，异质增强，中空纤维膜，预湿处理，界面层聚偏氟乙烯(PVDF)因其优良的耐腐蚀、耐溶剂

3、性和力学性能已被广泛应用于膜分离技术［1～3］．目前，PVDF中空纤维膜主要是由非溶剂致相分离法(NIPS)［4］制备，所得膜由致密表面分离层和大孔支撑层构成，其分离精度高，但机械强度较低［5］，在膜生物反应器(MBＲ)中应用时，受流体冲击或扰动易损坏或断裂，丧失分离功能［6］．因此，开发面向MBＲ应用过程的高强度PVDF中空纤维超/微滤膜受到人们关注．除NIPS法外，制备超滤、微滤中空纤维膜的传统方法还有熔融纺丝拉伸法(MSCS)、热致相分离法(TIPS)［7］等，MSCS法及TIPS法所得膜为均质膜结构，无明显皮层，机械强度较高，渗透性能较好，但膜表面的开孔易造成嵌入式污染［

4、5］．结合NIPS法和MSCS法制膜特点，可制备一种双层异质增强型PVDF中空纤维膜，使其兼具NIPS法和MSCS法的优点，即优异的分离性能和较高的机械强度．通常，可采用薄膜层压法［8］、界面聚合法［9］和溶液涂覆法［10］等制备具有双层结构的中空纤维膜．溶液涂覆法是在多孔基膜表面复合一层分离层，虽工艺过程较简单，但因毛细管力的作用，复合制膜过程中铸膜液易渗入多孔基膜表面孔，在双层膜表面分离层与基膜之间形成较致密的界面层，会严重影响膜的通透性能［10～13］．为此，在涂覆前通过对多孔基膜进行表面预处理来保护基膜表面孔的研究受到重视．Kafchinski等［11］在研究不对称气体

5、分离膜时，先将基膜在丙三醇或乙二醇溶液中预湿处理，以提高不对称复合膜的渗透性能;刘建立等［12］在制备聚偏氟乙烯液体分离膜过程中，将基膜经水或弱极性有机液体充分浸润，以避免铸膜液中溶剂对基膜表面孔结构的溶解弥合，保持膜的通透性;肖长发等［13］在制备双层同质增强膜过程中，采用溶剂水溶液对增强体基膜表面进行预处理来改善同质增强膜的性能;Chen等［10］采用预湿溶液对基膜预湿处理后再进行一次涂覆，所得气体分离膜的渗透性和选择性均明显提高．可见，选用适宜的预湿溶液对基膜进行预湿处理，可有效改进增强型复合膜的性能．本文选用化学性能稳定、价格低廉、力学性能*2014-03-21收稿，20

6、14-05-08修稿;国家重点基础研究发展计划(973计划，项目号2012CB722706)、国家高技术研究发展计划(863计划，项目号2012AA03A603)、国家自然科学基金(基金号21274109)、长江学者和创新团队发展计划资助(项目号IＲT13084)和天津市应用基础与前沿技术研究计划(重点项目)(项目号14JCZDJC37300)资助．＊＊通讯联系人，E-mail:cfxiao@tjpu．edu．cndoi:10.11777/j．issn1000-3304.2014．14076150811期范智丽等:界面预湿处理对异质增强型PVDF中空纤维膜结构与性能的影响150

7、9良好的熔融纺丝法聚氯乙烯(PVC)中空纤维多孔膜为增强体，以PVDF为表面分离层的成膜聚合物，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂，N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，配置铸膜液，采用同心圆牵引-涂覆法制备了异质增强型PVDF中空纤维膜．制备过程中，采用预湿溶液对PVC中空纤维基膜进行预处理，通过形貌观察、通透性能测试及力学性能测试，分析和讨论了预湿溶液组成及含量对异质增强型PVDF中空纤维膜结构与性能的影响．1实验部分1.1原料与试剂聚偏氟乙烯树脂(W#1300型)，日本吴羽