化学工程学院
新产品开发训练报告
2011-12
课题名称：Al2O3-PESf-NMP体系的流变性能研究 课题类型： 设计/论文 班 级： 化教0801 姓 名： 刘云海 学 号： 0812105338 指导教师： 孟波
评语：
指导教师签名： 第一部分 文献综述
1.1 课题的意义
随着材料科学的发展, 近几十年来无机膜作为一种新分离介质而迅速发展起来。无机膜的机械强度高,孔径分布窄, 能耐高温、强酸、强碱、有机溶剂和微生物侵蚀, 可应用于条件比较苛刻的场合及用作高温下化学反应催化剂的载体[1] 。现用无机膜的外形一般是管式或多通道式, 其装填密度较低, 故分离效率较低; 中空纤维膜的装填密度高, 因而其分离效率得到显著的提高[2] 。由于中空纤维结无机膜具有除无机膜本身优点以外还具有单位体积装填密度大, 设备小型化, 结构简单化以及自撑体成膜等特点, 因此中空纤维无机膜的研究倍受重视。
1.2 背景
目前常用的陶瓷膜产品主要为单管或多通道结构,其装填密度偏低( < 300m2 / m3 ) [ 3,4] , 造成了分离设备投资过高. 近年来, 制备具中空纤维结构的陶瓷膜受到国内外广泛关注, 该类膜结构不但具有高的装填膜面积( 可达30 000 m2 / m3 ) [ 3, 4] , 而且有利于膜通量的提高。
反应结合成型技术 （RBAO） 是80年代发展起来的一种制备氧化铝陶瓷的新型反应成型工艺??该过程具有烧结温度较低、力学性能好、体积收缩小及制备成本低等优势,近年来,该工艺引起广泛的关注 .所谓RBAO技术,即指在起始原料中加入金属铝粉,成型后,在空气 中加热,铝粉发生氧化生成氧化铝,这个反应伴随着体积膨胀效应,可 以弥补烧结过程中的体积收缩,新生氧化铝的颗粒非常细小,一般在20~50nm[ ,因而具有非常高的活性,可以降低烧结温度,此外,由于新生的细微结构,使其强度得到了明显的改善??用相同粒径的氧化铝采用该工艺制备的坯体强度可达普通工艺 的3倍。
陶瓷膜材料高强度的特性,在膜支撑方面具有优异的应用前景. 一方面中空纤维陶瓷膜的高机械强度可为负载材料提供有效地支撑;另一方面,与传统的膜面积低、 气体透过小的平板膜相比,多孔中空纤维陶瓷膜可在保证气体高速穿透的同时提供大的膜面积/体积比.
1.3 聚偏氟乙烯(PVDF)
聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的化学稳定性, 热稳定性和机械强度, 是一种综合性能良好
的分离膜材料。在上世纪70年代末, 就出现了PVDF平板膜, 目前已实现了平板、中空纤维和管式形态的PVDF微孔膜商业化生产。对于其他膜材料,PVDF膜的一个显著特征是疏水性强,是膜蒸馏]和膜吸收等分离过程的理想材料。但是, 也正因为其强疏水性而导致PVDF膜容易被污染、处理水基体系过程中阻力大、通量小, 必须通过亲水化等改性手段提高膜的抗污染能力和降低膜过程运行的动力能耗。PVDF膜的改性方法可概括地分为表面改性、共混改性和化学改性等。近年来,在疏水性聚合物体系中引入少量亲水性无机氧化物粒子的改性方法引起人们的广泛兴趣, 该法可以将无机材料的耐热、化学稳定性与聚合物的柔韧性和低成本相结合, 而使所得膜的孔性能、耐污染性能得到显著地提高. 但目前, 国内外采用该技术进行改性研究的体系主要集中在聚砜、聚乙烯醇体系, 对聚偏氟乙烯体系的研究还鲜见报道。本文在前期研究的基础上,进一步报道在聚偏氟乙烯制膜液中添加亲水性纳米氧化物粒子对所制PVDF 中空纤维膜结构与性能的影响。
聚偏氟乙烯(PVDF)由十具有优异的力学强度、化学稳定性、耐辐射特性、耐热性以及易加工性等特点，已成为目前应用最广泛的含氟聚合物膜材料之一。通常国内外制备PVDF中空纤维微孔膜主要有溶液相转化法或热致相分离法，这两种方法过程复杂、影响因素很多。而熔纺一扣伸(Ms)法在生产过程中无须使用溶剂，是很有前景的制备PVDF中空纤维膜的方法。研究PVDF熔体的流变学特性为MS法提供一定的理论指导。
PVDF树脂首先由美国Pennwalt公司1961年商品化，生产技术在国外20世纪70年代已基本成熟，到目前为止，在世界上，PVDF树脂已发展成为仅次于聚四氟乙烯的第二大氟树脂品种，具备了完善的品级。根据加工方法分类有模压、挤出、注射、涂料等品级；根据产品形态分类有粉料、粒料、乳液和分散液：根据产品结构分均聚物、用其他少量单体改性的共聚物、合金和填充料等[5-6]。
但目前, 国内外采用该技术进行改性研究的体系主要集中在聚砜 、聚乙烯醇体系, 对聚偏氟乙烯体系的研究还鲜见报道。本文在前期研究的基础上, 进一步报道在聚偏氟乙烯制膜液中添加亲水性纳米氧化物粒子对所制PVDF 中空纤维膜结构与性能的影响。
1.4 流变性能的影响因素
研究了以聚偏氟乙烯(PVDF)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)的接枝共聚物
PVDF-g-PNIPAAm作为成膜材料,在纺制温敏PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜前,影响纺丝液流