多孔聚丙烯纤维的制备开题报告

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1、开题报告多孔聚丙烯纤维的制备一、选题的背景、意义[1]聚丙烯(PP)作为一种通用塑料，具有优良的化学稳定性与热绝缘性，产量大而且价格低廉，是目前应用最广泛的塑料之一。如果能将聚丙烯材料功能化，不仅可以大幅提高其附加价值，而且还可以扩大其应用领域。聚丙烯中空纤维微孔膜正是这类材料，自从上世纪70年代问世以来便得到迅速发展，应用领域也在不断扩大，在水处理、生物医学、制药、化工和食品等行业获得了广泛应用。目前聚丙烯中空纤维微孔膜主要制备方法有热致相分离(TIPS)法和熔融纺丝-冷却拉伸法(MSCS)。对这两种制膜方法进行对比，可以发现在MSCS法制

2、膜过程中微孔结构的形成主要与聚合物材料的硬弹性有关，且制膜过程不需要任何添加剂和溶剂，对环境无污染，生产成本低，用此法生产的膜的产值、产量远远超过热致相分离法，因此MSCS法是制备PP中空纤维微孔膜的最好选择。目前国内关于MSCS法制备PP中空纤维膜的报道很少，而且尚未见商品化的国产PP中空纤维微孔膜。这是因为PP中空纤维膜在制膜工艺上还存在一些难点，主要表现在PP在熔纺过程中难于连续均匀纺丝，常规拉伸工艺所制备膜的透气率和孔隙率低，膜微孔结构难以控制等等。这些难点问题不仅很难保证膜微孔结构的形成，而且阻碍了该膜的产业化。本课题主要针对聚丙烯

3、中空纤维膜的制备做了一定的介绍，对熔纺法制备多孔聚丙烯纤维的工艺条件进行了探索，并考察了制膜工艺与膜的结构和性能的关系，这些研究将为聚丙烯中空纤维微孔膜的工业化生产创造有利条件。二、相关研究的最新成果及动态1熔融纺丝一拉伸法1.1工艺过程及致孔机理[2，3]熔融纺丝一拉伸法(Melt-spinning/cold-stretching，MSCS)是指将聚合物在高应力条件下熔融挤出，在后拉伸过程中，使聚合物材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔，然后通过热定型工艺使孔结构得以固定。通常这种纺丝制膜方法主要与聚合物材料的聚集态结构有关[

4、4，5]。MSCS法制备中空纤维膜的纺丝设备如图1所示。形成的纤维膜具有如图2所示的结构特征。8图1MSCS法制备中空纤维膜的纺丝设备1971年，Quynn[6]在研究中发现，硬弹性材料在拉伸时，垂直于拉伸方向的截面积基本不变，而表观体积则按比例增大，密度减小，这与橡胶的拉伸是不同的。对于橡胶类材料而言，在拉伸过程中通常是体积与密度基本不变而垂直于拉伸方向的截面积减小。产生这种差异的原因就在于硬弹性材料在拉伸过程中形成了大量的微孔结构，而其微孔的尺寸则与拉伸程度密切相关。因此，与溶液纺丝法赋予中空纤维膜双扩散的指状孔结构不同，熔融纺丝一拉伸法

5、中空纤维膜主要含有的是片晶之间的非晶区发生应力集中而形成的微孔结构。1.2研究进展[7]　美国塞拉尼斯公司1972年首先报道了通过熔融挤出然后冷拉伸的技术制备微孔聚丙烯平板模[8]。1977年，日本三菱人造丝公司首次将MSCS法用于中空纤维微孔膜的制备[9，10]。并将所得聚丙烯中空纤维膜用于人工肺、膜蒸馏及水处理等方面，近年来这方面的国外专利还不断涌现[11，12]。浙江大学的徐又一等[13]根据中空纤维膜制备过程中工艺路线较长，拉伸前需要热处理，能耗较大，得到的膜的孔径较大(在25OA以上)的特点，改进了中空纤维膜生产工艺，省去了热处理过

6、程并简化了拉伸工艺，制备了一种孔径更小的中空纤维膜(孔径在100A左右)。上述微孔膜的制备是利用α一聚丙稀在应力场下形成的垂至于纤维轴平行排列的片晶结构，通过拉伸工艺使该片晶结构分离而得到微孔结构。除了利用α一聚丙稀制备微孔膜外，史观一等用β一聚丙烯制备了微孔膜并研究了其成孔机理。其方法为，首先用β成核剂制备β一聚丙烯，然后通过熔融挤出一拉伸工艺制备中空纤维微孔膜。这主要是利用β晶聚丙稀在拉伸过程中发生晶相转变，β8晶生成更为稳定的α晶，在转变过程中由于结晶度增大导致密度的变大，体积收缩，从而得到微孔结构。而体积收缩难以生成较大的微孔，只能生

7、成半径为0.02μm的小孔。还有人认为β一聚丙烯通过拉伸得到微孔结构主要是由于拉伸导致球晶的破裂和原纤化的结果。天津纺院的林刚[14]采用数值模拟的方法对MSCS法微孔聚烯烃中空纤维膜原纤熔融纺丝成形过程进行了分析，所得结果对于剖析原纤纺丝制膜过程及寻找最佳纺丝制膜条件具有指导意义。Kim等[15]对MSCS法所得微孔聚丙烯中空纤维膜的结构与性能进行了表征及研究，结果表明，熔体拉伸比、纺丝温度及热处理温度为纤维膜结构的主要影响因素。胡继文等[16]就纺丝工艺对MSCS法微孔聚丙烯中空纤维膜微孔结构影响的研究表明，纺丝温度下降、熔体拉伸比的提高

8、以及熔融纺丝过程中冷却风速的提高均可使纤维膜最大孔径及孔隙率增加。胡晓宇，肖长发等将聚合物共混界面相分离致孔机理与MSCS法相结合制备了通透性较好的聚氨酯(PU)P