本文關鍵詞：熔紡—拉伸法制備高性能聚丙烯中空纖維膜的研究

  更多相關文章： 聚丙烯 熔紡-拉伸法 制備工藝 中空纖維膜 親水改性

【摘要】：本文以聚丙烯(PP)為原料,采用熔紡-拉伸法(MS-S)制備聚丙烯中空纖維微孔膜。按照熔紡拉伸法中空纖維膜的制備流程,首先研究了牽伸速率對聚丙烯中空纖維膜結構及性能的影響,而后考察了退火熱處理條件對聚丙烯中空纖維膜結構與性能的影響;最后探討了拉伸后處理工藝對聚丙烯中空纖維膜結構及性能的影響。采用DSC法測定了聚丙烯中空纖維的結晶度,進一步用小角X射線散射表征了纖維的結晶性能,同時測量了纖維的彈性回復率。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察了中空纖維微孔膜的表面結構,同時采用自制的水通量測試裝置測量中空纖維膜的水通量,采用密度法測定中空纖維膜的孔隙率。最后得到了本研究范圍內(nèi)最優(yōu)的中空纖維膜制備工藝。研究表明,隨著牽伸速率增大,中空纖維彈性回復率、微孔結構均勻性、孔隙率及水通量隨之增加,牽伸速率為420m/min時達到最大,而纖維結晶度則是先增大后減小,牽伸速率為350m/min時達到最大,速率再增大時結晶度有略微減小。牽伸速率定為420m/min時得到中空纖維膜綜合性能較好。在牽伸速率為420m/min的條件下制備得到的初紡纖維及膜材料,隨著退火熱處理溫度的增加,纖維的結晶度、彈性回復率、微孔膜結構規(guī)整性、孔隙率及水通量等性能均隨之增加,熱處理溫度為140℃時到達最大,當溫度升高到150℃時,除了彈性回復率不變之外,中空纖維膜的其它各性能均有略微的下降。此外,退火熱處理時,對中空纖維所施加的外力也對中空纖維及微孔膜性能有一定影響。結果表明熱處理過程中外力對分子鏈段的重排結晶產(chǎn)生一定的限制,影響結晶區(qū)(RF)、過渡區(qū)(RAF)以及非晶區(qū)(MAF)的厚度及結構。最后得到結構及性能不同的中空纖維膜。實驗表明,在不作約束的情況下進行熱處理得到的中空纖維膜性能最優(yōu),這與以往的研究結果有所不同。在硬彈性纖維拉伸致孔過程中,總拉伸比例、冷拉伸比例、拉伸速度以及拉伸熱定型溫度都對微纖的形成有一定影響�？偫毂壤袄淅毂壤^大都會造成微纖的斷裂而出現(xiàn)微孔閉合或者部分堆積片晶不被拉開等現(xiàn)象。而拉伸速率過大會使松弛時間短的片晶部分首先形成微纖導致形成微孔結構不均勻。同時在片晶不發(fā)生熔融的情況下,拉伸熱定型溫度越高分子鏈段活動性越好,得到微孔結構也相應會更好。最后得到最優(yōu)的拉伸后處理工藝條件為:總拉伸比例200%,冷拉伸比例20%,拉伸速率12mm/min,拉伸熱定型溫度為140℃。為了提高聚丙烯中空纖維膜的親水性,在得到本研究范圍內(nèi)最優(yōu)制備工藝之后,采用共混改性以及表面改性的方法對聚丙烯中空纖維膜進行了改性。實驗表明,共混親水劑HL-560對聚丙烯的結晶性能影響較大,隨著親水劑含量的增加,聚丙烯結晶度、纖維彈性回復率、孔隙率、微孔數(shù)量及結構規(guī)整性都隨之下降。水通量相比未改性的中空纖維膜有所提高,但抗污染性能變化不大。結果表明親水劑和聚丙烯共混比為100:5時得到微孔膜親水性的綜合性能較好。水通量從96L/m~2·h上升到了131L/m~2·h。水通量恢復率從55%提高到了61%。而采用表面改性的方法得到的親水效果相對較好,該方法得到的中空纖維親水膜微孔結構、孔隙率等性能影響不大,而且水通量有較大提高,膜的抗污染性能也有較大提高。其中使用丙酮作為溶劑進行表面改性得到的中空纖維膜綜合性能更好一些。水通量從96L/m~2·h上升到了139L/m~2·h。水通量恢復率從55%提高到了90%。
【關鍵詞】：聚丙烯 熔紡-拉伸法 制備工藝 中空纖維膜 親水改性
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ342.62;TB383.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 膜材料的種類11-12
• 1.3 聚合物微孔分離膜的制備方法12-15
• 1.3.1 熱致相分離法（TIPS）13
• 1.3.2 非溶劑致相分離法（NIPS）13-14
• 1.3.3 熔紡-拉伸法（MS-S）14-15
• 1.4 硬彈性聚丙烯中空纖維膜研究現(xiàn)狀15-26
• 1.4.1 材料的硬彈性簡介15-16
• 1.4.2 材料的硬彈性機理16-20
• 1.4.3 硬彈性聚丙烯中空纖維膜的制備20-23
• 1.4.4 聚丙烯中空纖維膜親水改性23-26
• 1.5 課題的提出及研究內(nèi)容26-27
• 第二章 實驗部分27-32
• 2.1 實驗原料及設備27-28
• 2.1.1 實驗原料27
• 2.1.2 實驗設備27-28
• 2.2 聚丙烯中空纖維微孔膜的制備28-29
• 2.2.1 聚丙烯初紡纖維的制備28
• 2.2.2 聚丙烯中空纖維微孔膜的制備28-29
• 2.3 聚丙烯中空纖維及微孔膜的表征29-32
• 2.3.1 聚丙烯中空纖維結晶性能表征29
• 2.3.2 中空纖維二維小角散射(2D-SAXS)檢測29
• 2.3.3 中空纖維彈性回復率測試29
• 2.3.4 中空纖維微孔膜表面形貌表征及EDS能譜分析29
• 2.3.5 中空纖維微孔膜XPS元素分析29-30
• 2.3.6 中空纖維微孔膜孔隙率測定30
• 2.3.7 中空纖維微孔膜水通量測試30-31
• 2.3.8 中空纖維膜抗污染性能測試31-32
• 第三章 牽伸速率對聚丙烯中空纖維膜結構及性能的影響32-38
• 3.1 前言32
• 3.2 實驗原料及設備32
• 3.3 樣品的制備32
• 3.4 結果與討論32-37
• 3.4.1 牽伸速率對中空纖維結構性能的影響32-35
• 3.4.2 牽伸速率對中空纖維膜結構性能的影響35-37
• 3.5 本章小結37-38
• 第四章 熱處理條件對聚丙烯中空纖維膜結構及性能的影響38-49
• 4.1 前言38
• 4.2 實驗原料及設備38
• 4.3 樣品的制備38
• 4.4 結果與討論38-48
• 4.4.1 熱處理溫度對聚丙烯中空纖維膜結構及性能的影響38-42
• 4.4.2 熱處理纖維受力方式對聚丙烯中空纖維膜結構及性能的影響42-48
• 4.5 本章小結48-49
• 第五章 拉伸后處理工藝對聚丙烯中空纖維膜性能的影響49-59
• 5.1 前言49
• 5.2 實驗原料與設備49
• 5.3 樣品的制備49-50
• 5.4 結果與討論50-57
• 5.5 本章小結57-59
• 第六章 聚丙烯中空纖維膜親水改性59-69
• 6.1 前言59
• 6.2 聚丙烯中空纖維膜共混親水改性59-63
• 6.2.1 實驗原料與設備59
• 6.2.2 樣品的制備59
• 6.2.3 結果與討論59-62
• 6.2.4 本節(jié)小結62-63
• 6.3 聚丙烯中空纖維膜表面親水改性63-68
• 6.3.1 實驗原料與設備63
• 6.3.2 樣品的制備63-64
• 6.3.3 結果與討論64-67
• 6.3.4 本節(jié)小結67-68
• 6.4 本章小結68-69
• 第七章 結論69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-78
• 附錄78-79

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本文編號：513000