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近年来,具有温度响应性能的平板膜引起了众多研究者的关注,但关于温敏中空纤维膜的研究却非常少。本文采用碱液(KOH)预处理聚偏氟乙烯(PVDF)粉末,通过自由基聚合合成了PVDF与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)的接枝共聚物(PVDF-g-PNIPAAm),并以此共聚物为原材料,聚乙二醇(PEG10000)为添加剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过干-湿法纺丝工艺,制备了PVDF-g-PNIPAAm温敏中空纤维膜。
以PVDF-g-PNIPAAm共聚物和PVDF为原材料,制备了PVDF/PVDF-g-PNIPAAm共混中空纤维膜。研究表明,随着PVDF-g-PNIPAAm共聚物含量的增加,共混中空纤维膜的亲水性能逐渐增强;在较低的PVDF-g-PNIPAAm含量下(90/10,80/20)制备的中空纤维膜不具有明显的温敏性,而当PVDF/PVDF-g-PNIPAAm共混比增加到70/30、50/50时,所制备的中空纤维膜表现出明显的温敏性能。
研究了相同纺丝条件下制备的PVDF和PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜结构和性能的差异。研究结果表明,在成膜过程中,PNIPAAm结构中的酰胺基团向纤维膜表面富集;同时,由于芯液的影响,中空纤维膜内表面具有更多的亲水的酰胺基团分布;PVDF接枝NIPAAm后并未改变其晶型结构,但其结晶度明显降低,导致PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜具有较低的熔融温度;PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜具有优于PVDF中空纤维膜的亲水性能,因而具有一定的抗污染性能;此外,PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜表现出明显温敏特性,在32℃附近纯水通量显著降低,而截留率骤然增加。
系统地研究了不同纺丝条件对PVDF-g-PNIPAAm中空纤维膜结构和性能的影响。研究结果表明,在较高的卷绕速度下制备的中空纤维膜纯水通量较高,卵清蛋白截留率较低;提高芯液流量使纤维膜的内皮层变薄、内表面孔尺寸增加,中空纤维膜渗透阻力降低;随着纺丝液中共聚物含量和纺丝液挤出速率的增加,中空纤维膜皮层越来越致密;当凝固浴温度高于LCST时,所制备的中空纤维膜不具有温敏性能;随着空气浴高度的增加,由于重力作用和大分子在空气浴中的松弛效应,导致中空纤维的皮层变得致密;芯液和凝固浴中乙醇的加入使纤维膜结构中海绵层厚度增加,在纤维膜内皮层中微孔尺寸增加。中空纤维膜纯水通量随乙醇含量增加而降低。