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摘 要

聚偏氟乙烯(PVDF)因为其优良的成膜性能，以及具有很好的机械性能和化学稳定性，高机械强度及韧度耐冲击性等特性而被广泛应用为膜材料。由于PVDF膜极强的疏水性和表面能极低的特点，这使得由聚偏氟乙烯制备而成的超滤膜在用于处理水基流体时会产生诸多问题，这也制约了PVDF膜在生产生活领域的大规模应用。因而PVDF膜的亲水化改性成为当今热点。

聚乙烯醇（PVA）是一种具有良好亲水性的聚合物，既有聚合度方面的差异，又有醇解度方面的差异，因而导致其溶解行为的不同，有些溶于冷水，有些溶于热水，还有要用醇水混合溶剂溶解。复杂的另一面是可塑性好，另外，其优越的成膜性能及其柔韧性使之成为良好的膜改性材料。

物理改性包括与亲水性聚合物混合和表面涂层。化学改性包括聚合和用亲水性基团接枝。从实验的可行性和效果来看，本课题采用聚乙烯醇（PVA）溶液先对PVDF膜进行表面涂覆，再用戊二醛进行交联。并且探讨了不同浓度的PVA对PVA/PVDF复合膜的影响，并通过膜丝内外径、纯水通量、泡点压力、力学性能、孔径分布、截留与抗膜污染等方法进行表征，最后得出改性的最佳工艺条件。

关键词: 聚偏氟乙烯 聚乙烯醇 改性 涂覆 交联

The Modification of PVA to PVDF Hollow Fiber Membrane

Abstract

Polyvinylidene fluoride (PVDF) is widely used as membrane material with its excellent film-forming property, good mechanical properties and chemical stability, high mechanical strength and impact toughness. Due to low surface energy of PVDF membrane and strong hydrophobic characteristics, the ltrafiltration membrane prepared by polyvinylidene fluoride will have many problems when used in treating water-based fluid, which also restricted the large-scale application of PVDF membrane many in many fields. So the hydrophilization modified of PVDF membrane become a hotspot.

Polyvinyl alcohol(PVA) is a polymer with good hydrophilicity. It's both their differences in the degree of polymerization and alcoholysis degree of differences.This lead to the different dissolution behavior, some solubled in cold water, some solubled in hot water, and the other will dissolve in the mixed solvent mixed by alcohol and water.But the other side of the complex, its plasticity is good. In addition, the excellent film-forming performance and flexibility make it a good film modified materials.

Physical modification include mixed with hydrophilic polymers and surface coating. Chemical modification include graft, polymerization. From the feasibility and effectiveness of the experimental, this study uses the PVA solution on the PVDF membrane surface coating firstly, and then uses glutaraldehyde to cross-link. And we discuss the effect of different concentrations of PVA, coating time and crosslinking time three factors to the PVA / PVDF composite membrane. And the final optimum modified conditions are characterized by the membrane fiber diameter, pure water flux, bubble point pressure, mechanical properties, pore size distribution, interception and anti-fouling and other methods.

Key words: polyvinyl fluoride polyvinyl alcohol modified coating crosslinking

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2 PVDF膜亲水改性方法及现状 1

1.2.1膜本体改性 2

1.2.2 膜表面改性 2

1.3 聚乙烯醇(PVA)的性质 3

1.4 聚乙烯醇的应用 3

1.4.1 聚乙烯醇在膜改性中的应用 3

1.4.2 聚乙烯醇在其他方面的应用 5

1.5 PVA的制备 6

1.6 课题研究意义与内容 6

第二章 实验内容 7

2.1 实验药品及仪器 7

2.2 不同浓度的PVA对PVA/PVDF复合膜的影响 8

2.2.1 实验流程 8

2.2.2 分析及表征方法 10

第三章 实验结果与讨论 13

3.1纯水通量 13

3.2拉伸强度和拉伸率 13

3.3孔径分布 15

3.4 膜污染测试 16

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 21

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1引言

聚偏氟乙烯(PVDF)^[1]是一种外观为半透明或白色颗粒，结晶熔点和热分解温度都较高，因为其具有良好的机械性能和化学稳定性，高机械强度及韧度耐冲击性、抗紫外线及核射线等特性而被广泛应用。经检测用20-400nm的紫外灯照射PVDF膜一年，其性能没有太大变化，将其薄膜露天放置十数年也不发生龟裂，常温情况下，它耐酸、碱、强氧化剂和卤素腐蚀的性能优良，只有发烟硫酸、强碱和二甲基甲酞胺(DMF)等极少数化学品能将其溶解或者部分溶解。将所制备的PVDF膜在250℃、20余种溶剂中浸泡72小时之后，膜的各个方面的性能基本不变，由于PVDF膜所拥有的上述优良特点，并且能够制成性能良好的薄膜，所以在上世纪70年代末美国Millipore公司生产出用于过滤、检测用的PVDF膜。近几年，我国自主研发的PVDF中空纤维微孔膜和超滤膜相继问世。目前，聚偏氟乙烯超滤膜已经成功地应用于化工、冶金、医药、纺织以及食品等领域。

随着PVDF膜的广泛应用，世界各地的研究人员都在投入巨大精力和资金着重开发以PVDF为膜材料的各类新型分离的膜，以期望能满足某些特殊领域的需求。和其它膜材料相比，PVDF最突出的特点是拥有极强的疏水性，因而在膜萃取过程和膜蒸馏过程中能起到巨大作用，但这也制约了PVDF膜在生产生活众多领域的大规模应用。特别是在化工油水分离、医用蛋白类药物分离时，由于PVDF膜极强的疏水特性和表面能极低的特点，这会导致由聚偏氟乙烯制备而成的超滤膜在用于处理水基流体时会产生两个问题：一是膜会受到蛋白类的附着污染而导致通量下降；二是为了加速水通过膜孔，要有较高的压差。因而为了降低膜被杂志污染的程度、延长膜的使用寿命和提高膜通量，使其更适应于生化、医药、净水等领域的使用，PVDF膜的亲水化改性成为行业的研究热点。

1.2 PVDF膜亲水改性方法及现状

目前对PVDF分离膜亲水改性^{[2, 3]}可以总结为膜表面改性和膜本体改性两大类，前者是通过在膜的表面加入亲水性的基团来改善膜性能；后者是通过对铸膜液进行亲水化处理来达到改性目的。

1.2.1膜本体改性

(1) 膜材料本体的物理改性

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