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环境响应型智能膜,特别是温度敏感的智能膜在近年来得到了越来越多的关注。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种性能优良的膜材料,其制备的膜已经在微滤和超滤过程得到广泛的应用,但是PVDF膜的强疏水性能也在某些方面限制了其应用。本文是以PVDF粉末作为基体,接枝上温敏性材料N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm),对其进行改性,制膜得到温度敏感的PVDF-g-PNIPAAm智能膜。
首先以氯化亚铜(CuCl)/三(N,N-二甲基氨基乙基)胺(Me6TREN)作为催化配位体系,用DMF作为溶剂,通过原子转移自由基(ATRP)的方法直接在PVDF粉末上接枝NIPAAm。用傅利叶红外光谱(FTIR)和核磁共振(1H-NMR)对其结构进行表征,结果表明PNIPAAm成功接枝到了PVDF上。考察了反应物投料比,聚合反应时间以及反应温度对接枝率的影响,确定了优化的反应条件。用相转化法制备PVDF-g-PNIPAAm共聚膜,然后用X射线光电子能谱(XPS),压汞仪和扫描电子显微镜(SEM)对膜的表面化学组成和孔结构进行研究,结果表明在成膜过程中PNIPAAm更趋向于富集在膜的表面或膜孔的表面上,而接枝上PNIPAAm后使得膜的孔径和孔隙率都增大,膜的抗蛋白污染能力提高。对共聚膜进行纯水通量和蛋白质截留率测试,研究了其温敏性能。实验结果表明,当温度变化时所制备的共聚膜呈现出一定的温度敏感性能。
为研究不同接枝率下共聚膜的温度响应性能,本文采用碱处理的方法制备出较高接枝率的PVDF-g-PNIPAAm共聚膜,并与用ATRP法制备的低接枝率的PVDF-g-PNIPAAm共聚膜进行比较,研究两种不同方法制备的共聚膜的温度响应行为。结果表明,由于碱处理法能得到更高接枝率的产物,成膜时更多的PNIPAAm进一步增大了共聚膜的孔径,增强了亲水性能,但也使膜机械强度有所下降。对膜进行纯水通量和截留率测试发现,碱处理法制备的共聚膜的温敏行为和ATRP法制备的不同,PVDF-g-PNIPAAm共聚膜的温敏行为受到NIPAAm接枝率和膜孔径的影响,低接枝率和高接枝率呈现出相反的温敏行为。