聚偏氟乙烯UV辐照ATRP接枝改性及膜性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaohongm
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原子转移自由基聚合(ATRP)是一种新的具有十分广阔应用前景的可控/"活性"自由基聚合技术,但该技术却存在催化体系用量大、活性低、成本高等不足;紫外光接枝改性反应速度快,效率高,但存在单体自聚严重等缺点,本文提出采用紫外光辐照下ATRP技术对聚偏氟乙烯(PVDF)材料进行接枝改性,探索了含卤素F的PVDF材料在紫外光辐照下ATRP反应的方法和技术路线,研究了紫外光辐照时间与单体转化率之间的关系,以及PVDF膜材料与甲基丙烯酸甲酯的之间聚合反应动力学原理。采用紫外光辐照原子转移自由基聚合对PVDF材料进行接枝改性,制备了亲水性和pH敏感膜并对膜性能进行了表征。  (1)PVDF材料紫外光辐射下的ATRP反应。在紫外光辐照条件下以氯化亚铜,联吡啶为催化体系,PVDF为引发剂,MMA为反应单体的ATRP反应,光照2小时,转化率就达到了23.6%,反应的效率远大于加热条件下的普通ATRP反应。接枝改性后的膜材料的凝胶色谱分析显示出:紫外光辐照条件下合成的聚合物的分子量分布PDI=1.83,分子量呈线性分布,远优于加热条件下的分子量分布,符合ATRP聚合可控的特征,进一步证明了紫外光辐照下的ATRP反应时一个可控,高效的聚合反应。紫外光辐照下的接枝聚合物进行了红外、核磁共振、XPS、热重分析、接触角等多种表征,均证明已经在 PVDF的分子链上接枝了甲基丙烯酸甲酯单体。  (2)利用紫外光辐照下的ATRP反应在PVDF分子链上接枝亲水性基团,以此改善膜的亲水性。改性过后的PVDF-g-PMMA膜的接触角与PVDF膜相比明显降低,且随着单体转化率的增加膜的接触角逐渐减小,从原膜的接触角为74.19度降到了转化率为23.6%时的51.69度,说明膜的亲水性能得到很大的提升。扫描电镜测试表明,紫外光辐照下的膜在膜表面和膜孔内部均有甲基丙烯酸甲酯颗粒状的单体接枝上去。膜对牛血清蛋白的动态吸附和静态吸附都表明:改性后的PVDF-g-PMMA膜的抗污染能力好于PVDF膜的抗污染能力,且转化率越高,膜的抗污染性能越好。  (3)利用紫外光辐照下的ATRP反应对PVDF材料改性,制备pH敏感性膜。先合成亲水性的膜PVDF-g-PMMA,并继续进行酸化改性,消除-O-CH3基团,接枝-OH基团,合成出pH敏感性分离膜PVDF-g-PMAA。对不同PVDF-g-PMMA的添加百分比的膜进行酸化反应后,在不同pH值下进行水通量测试。测试结果很明显:PVDF膜的水通量随pH值的变化几乎没有变化;添加较多PVDF-g-PMMA的膜的酸化程度就高,其通量随pH值的变大下降的幅度就大,体现出来的膜的pH 敏感性能就越好。我们还通过KCl和VB12对膜的渗透扩散系数的测定,来进一步检验所制备的膜的pH敏感性。酸化改性后的膜在不同pH条件下的扩散系数明显不同,随着膜内被酸化的组分含量不断提高,在不同pH值下的渗透液的扩散系数差别就越大。
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