聚合物膜水蒸气渗透研究综述

聚合物薄膜的研究及其应用聚合物薄膜在当今材料科学领域中具有非常重要的应用，广泛应用于电子、医疗、环保等多个领域。

本文将从聚合物薄膜的研究背景、制备方法、性质特点和应用价值等方面进行探讨。

一、研究背景聚合物薄膜是一种由聚合物材料构成的薄膜。

聚合物薄膜的产生和发展源于对聚合物材料的研究。

随着现代科学技术的不断发展，对聚合物材料的需求不断提高，而聚合物薄膜具有重要的应用价值，因此，对聚合物薄膜的研究也愈加重要。

二、制备方法聚合物薄膜的制备方法有很多种，其中最常见的方法是溶液法、自组装法和层层自组装法。

1. 溶液法溶液法是一种非常常见的制备聚合物薄膜的方法。

它是将聚合物材料溶解在溶剂中，然后通过物理或化学方法将溶液转移到基底上并形成薄膜。

这种方法具有简单、易于操作等优点。

但是，它的精度和控制能力较弱，对应用的不同要求难以满足。

2. 自组装法自组装法，又称为Langmuir–Blodgett法，是将聚合物薄膜从液相转移形成的方法。

在这种方法中，聚合物分子通过表面活性剂等物质的作用，自行排列成为层状结构，在基底上沉积形成薄膜。

这种方法可以精确地控制分子的排列和取向，在制备超薄聚合物薄膜时具有非常广泛的应用价值。

3. 层层自组装法层层自组装法是一种通过界面原理在自组装薄膜上逐层沉积形成的方法。

在这种方法中，聚合物材料首先进入水中，然后将其逐层包覆在同种或不同种聚合物材料上。

层层自组装法制备的聚合物薄膜具有高的膜品质、良好的结构和相对均匀的成分分布。

三、性质特点聚合物薄膜具有许多独特的性质和特点，其中最重要的是其厚度和性能的高度可控性。

1. 厚度可控性制备聚合物薄膜的方法可以精确地控制厚度，可以制备出亚微米甚至纳米级的超薄聚合物薄膜。

这种厚度可控性非常重要，因为它可以影响到聚合物薄膜的光学、电学和物理性质。

2. 性能可控性制备聚合物薄膜的方法还可以控制聚合物的宏观和微观结构，从而可以控制聚合物薄膜的性质。

例如，可以通过控制聚合物链长、分子量和交联度等参数来调节聚合物薄膜的性质。

wvtr水蒸气渗透率水蒸气渗透率（Water Vapor Transmission Rate，简称WVTR）是衡量材料阻挡水蒸气渗透能力的指标。

它在许多领域中都扮演着重要的角色，例如包装材料、建筑材料和电子产品等。

本文将从这些不同领域的角度，描述WVTR的意义和应用，并探讨其对人类生活的影响。

在包装材料领域，WVTR是评估包装材料防潮性能的重要指标。

食品、药品和化妆品等易受潮的产品需要在包装过程中保持干燥，以延长其保质期。

因此，包装材料必须具备一定的防潮功能。

WVTR 的测量可以帮助包装材料生产商选择最合适的防潮材料，以确保产品的质量和安全。

例如，在食品包装中，WVTR的控制可以有效减少食品的湿气蒸发，延长食品的保鲜期，保持食品的新鲜度和口感。

在建筑材料领域，WVTR的重要性也不可忽视。

建筑材料的防潮性能直接影响到建筑物的耐久性和使用寿命。

对于居住在潮湿环境的地区而言，墙体和屋顶的防潮功能尤为重要。

WVTR的测量可以帮助建筑材料制造商选择合适的材料，以确保建筑物的防潮性能。

此外，WVTR的控制还可以减少室内空气中的湿气含量，提高室内空气质量，为居住者提供一个舒适健康的居住环境。

在电子产品领域，WVTR的应用也非常广泛。

电子产品对湿气的敏感性较高，因此需要在生产过程中采取防潮措施。

WVTR的测量可以帮助电子产品制造商选择合适的材料，并优化生产工艺，以防止湿气对电子元件的损害。

此外，WVTR的控制还可以减少电子产品在运输和储存过程中受到的湿气侵害，保证产品的质量和性能。

WVTR作为衡量材料阻挡水蒸气渗透能力的指标，在包装材料、建筑材料和电子产品等领域中具有重要的应用价值。

它的测量和控制可以帮助相关行业选择合适的材料，优化生产工艺，保证产品的质量和性能。

通过提高材料的防潮性能，WVTR还可以提供更舒适、健康的生活环境，为人们的生活带来便利和安全。

pet 薄膜水蒸气透过率
薄膜水蒸气透过率是指薄膜材料对水蒸气的透过性能。

薄膜通
常用于包装材料、建筑材料和膜分离等领域，其水蒸气透过率的性
能对于材料的功能和应用具有重要影响。

首先，从材料的角度来看，影响薄膜水蒸气透过率的因素包括
材料的渗透性、结构和厚度。

不同的材料具有不同的渗透性能，例
如聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜在水蒸气透过率上可能存在差异。

此外，薄膜的结构也会影响其水蒸气透过率，比如微孔薄膜相对于非微孔
薄膜可能具有更高的透气性能。

而薄膜的厚度也会对水蒸气透过率
产生影响，一般来说，薄膜厚度越大，其阻隔水蒸气的能力越强。

其次，从应用的角度来看，薄膜水蒸气透过率的性能对于不同
领域具有不同的重要性。

在食品包装领域，高水蒸气透过率的薄膜
可以防止包装内部产生凝结水，保持食品的新鲜度。

在建筑材料领域，低水蒸气透过率的薄膜可以有效阻隔水汽，起到保温和防潮的
作用。

在膜分离领域，薄膜的水蒸气透过率直接影响着其在蒸馏和
脱水过程中的效率和性能。

最后，从测试和标准的角度来看，薄膜水蒸气透过率的测试通
常遵循一定的标准方法，如ASTM E96。

通过这些标准测试方法，可
以准确地评估薄膜的水蒸气透过率，为材料的选择和应用提供依据。

综上所述，薄膜水蒸气透过率受材料、应用和测试标准等多方
面因素的影响，其性能对于不同领域具有重要意义。

因此，在实际
应用中，需要根据具体的需求和条件选择合适的薄膜材料以及进行
相应的测试和评估。

pva 水汽透过率摘要：一、引言二、PVA水汽透过率的定义及重要性三、影响PVA水汽透过率的因素四、提高PVA水汽透过率的方法五、结论正文：一、引言在当今的包装材料领域，PVA（聚乙烯醇）薄膜因其优良的阻隔性能而被广泛应用。

其中，水汽透过率是衡量PVA薄膜性能的关键指标。

本文将详细探讨PVA水汽透过率的影响因素及提高方法，以期为PVA薄膜生产者和使用者提供有益的参考。

二、PVA水汽透过率的定义及重要性水汽透过率是指在一定的温度和压力条件下，单位时间内，透过单位面积薄膜的水汽量。

它是衡量PVA薄膜阻隔性能的重要指标，直接影响到包装产品的保质期和安全性。

一般来说，水汽透过率越低，薄膜的阻隔性能越好。

三、影响PVA水汽透过率的因素1.PVA薄膜的材质：PVA分子的结构和排列方式对水汽透过率有重要影响。

分子链越密集，水汽透过率越低。

2.厚度：薄膜越厚，水汽透过率越低。

3.制备工艺：如挤出、流延、吹塑等不同制备工艺会影响薄膜的结构和性能，从而影响水汽透过率。

4.添加剂：如抗氧剂、紫外线吸收剂等添加剂对薄膜的阻隔性能有一定影响。

四、提高PVA水汽透过率的方法1.优化PVA分子结构：通过分子设计，提高PVA薄膜的阻隔性能。

2.选择合适的制备工艺：采用先进的制备工艺，如吹塑、共挤出等，以获得结构紧密、阻隔性能好的薄膜。

3.合理添加阻隔剂：如金属氧化物、纳米材料等，可提高PVA薄膜的阻隔性能。

4.优化薄膜结构：如采用多层结构、涂层等方法，提高薄膜的阻隔性能。

五、结论PVA水汽透过率是评价PVA薄膜性能的重要指标。

通过了解影响水汽透过率的因素，并采取相应的提高方法，可以为PVA薄膜生产者和使用者提供指导。

聚合物结构与气体渗透性能研究黄杰;向贤伟;刘亦武;谭井华【摘要】With the development of packaging industry , the status of polymer in the packaging industry is becoming increasinglypared to traditional packaging materials (such as glass and metal), polymer is permeable.A small molecule permeation mechanism in the polymer was described focused on the relationship between intrinsic polymer chain, aggregation structure and its relationship barrier properties .Wherein the polymer chain structure main comprised structural units of the chemical composition , cross-linking , the spatial configuration of the polymer chain conformation , the flexibility of the polymer chain , polymer aggregation structure included a crystalline polymer orientation .%随着包装产业的发展，聚合物在包装产业中的地位越来越重要。

相比于传统的包装材料（如玻璃和金属），聚合物是可渗透的。

本文介绍了小分子在本征型聚合物中的渗透机制，重点阐述了聚合物的链结构、聚集态结构与其阻隔性能的关系。

膜技术在气体除湿领域的研究现状洪珊;孙文哲;夏雨佳;徐亚州;黄强【摘要】综述了膜分离技术在空气除湿、天然气除湿、烟气除湿和单体气除湿领域的研究现状,阐述了各除湿设备的工作原理和优缺点,并提出膜法除湿和其它除湿方法耦合是今后研究和发展的方向.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2019(048)005【总页数】4页(P1152-1155)【关键词】膜分离技术;膜法除湿;空气除湿;天然气除湿【作者】洪珊;孙文哲;夏雨佳;徐亚州;黄强【作者单位】上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8湿度影响着人类生活的方方面面，合适的湿度对工农业的生产环境、运输流程及物料存储具有重要的意义。

传统的除湿技术有多种，如冷却除湿法、液体吸收除湿法、固体吸附除湿法等。

近几十年，针对传统除湿方法的不足，一些新型除湿方法应运而出，膜法除湿便是其中的一种[1]。

本文讨论了膜分离技术在气体除湿领域的研究现状。

1 膜分离技术在空气除湿领域的研究现状1.1 膜式液体除湿器在传统液体除湿技术中，液体干燥剂和湿空气直接接触，存在空气夹带干燥剂溶液液滴的问题。

膜式液体除湿技术将液体干燥剂与空气隔离开来，避免干燥剂溶液与空气直接接触，同时消除了某些空气中颗粒物污染干燥剂溶液的可能性。

膜式液体除湿器的工作原理决定了除湿膜材料必须为疏水膜，微孔疏水膜存在潜在的液滴泄露风险，针对此问题，无孔膜显示了其独特的优越性[2]。

在防止溶液泄露的前提下，降低膜内部传质阻力、优化膜组件可提高膜式液体除湿器的除湿性能。

Huang等[3]将中空纤维膜组件压制成椭圆形截面纤维管，让空气流体沿着椭圆短半轴方向横掠管束，实验和数值模拟结果表明，管内外的传热传质性能均提高，椭圆形纤维管强化了膜式液体除湿器的除湿性能。

渗透作用应用的实验原理1. 引言渗透作用（Permeation）是物质在固体、液体或气体之间传递的现象。

在科学研究和工程技术中，渗透作用广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。

本文将介绍渗透作用应用的实验原理。

2. 实验装置为了研究渗透作用的实验原理，我们需要准备以下实验装置： * 渗透膜：选择合适的渗透膜材料，如聚合物膜、陶瓷膜等； * 实验室仪器：包括温度控制设备、压力传感器、流量计等。

3. 实验步骤3.1 准备工作在开始实验之前，需要进行一系列的准备工作： * 清洗渗透膜：使用适当的溶液或清洁剂清洗渗透膜表面，确保其干净无杂质； * 保持实验室环境稳定：控制实验室的温度、湿度等因素，以确保实验结果的准确性。

3.2 实验操作1.将渗透膜放置在实验装置中，并对其进行固定。

2.在渗透膜的一侧注入需要渗透的溶液。

3.控制实验室温度，设定所需温度。

4.施加压力，记录压力值。

5.观察渗透膜另一侧产生的渗透物质，记录产物的性质和数量。

6.根据实验结果分析渗透作用的原理和机制。

4. 实验结果分析根据实验操作和结果，可以得出以下分析结论：* 温度对渗透作用有一定影响：温度的增加会促进渗透作用的进行。

* 压力对渗透作用的影响：施加较大的压力可以增加渗透速度和渗透量。

* 渗透膜的选择：不同材料的渗透膜具有不同的选择性，可以实现对特定物质的渗透。

* 渗透作用的应用：渗透作用的原理和机制在分离纯化、膜过滤等领域有广泛应用。

5. 结论通过实验原理的研究，我们可以更深入地了解渗透作用以及其应用领域。

渗透作用的实验原理需要借助适当的实验装置和操作步骤，以获得可靠的结果。

实验结果分析可以帮助我们进一步理解渗透作用的机制和应用前景。

6. 参考文献1.Kulkarni, A. D., & Deshmukh, A. J. (2015). Advances in MembraneTechnologies for Water Treatment: Materials, Processes and Applications. In Sustainable Water Technologies (pp. 273-302). Springer, New Delhi.2.Song, Y. (2016). Advanced Ceramic Membranes for Water Filtration:Material Development and Water Treatment Performance Evaluation. PhDdissertation, Michigan State University.以上是关于渗透作用应用的实验原理的文档，介绍了实验所需的装置和步骤，并对实验结果进行了分析和总结。

第16卷第3期膜　科　学　与　技　术V o l.16N o .31996年9月M E M BRAN E SC IEN CE AND T ECHNOLO GYSep t .1996 修改稿收到日期:19952122133　通讯联系人,现在清华大学化工系作博士后渗透蒸发透水膜的研究进展陈俸荣3　陈洪钫(天津大学化工系,天津　300072)摘　要　根据渗透蒸发透水材料的发展过程特征,对已有的渗透蒸发透水膜材料进行了系统综述,并对各种透水膜的渗透蒸发分离性能作了阐述.关键词　渗透蒸发　亲水膜　乙醇 水溶液在近十几年中,许多渗透蒸发(Pervapo rati on ,简称PV )透水膜材料已被探索出来,其中部分PV 透水膜材料得到了实际应用,系统综述这些材料特性对于发展新的PV 透水膜材料具有重要意义.本文根据PV 透水膜材料自身的发展过程特征将已有的PV 透水膜材料分成如下四类:1)各种商品化的反渗透和离子交换亲水膜用作PV 透水膜;2)聚合物链上自身含有亲水基团的合成和半合成PV 透水膜;3)将亲水基团引入到疏水膜中的PV 透水膜;4)新的聚电解质PV 透水膜.1　各种商品化的反渗透和离子交换亲水膜用作PV 透水膜最初,人们在选择PV 透水膜过程中就已注意到了亲水的商品化反渗透膜和离子交换膜.典型的例子有纤维素类的反渗透亲水膜和N afi on 、AM V 离子交换膜,它们的PV 透水性能如表1、表2所示.表1　各种商品化的反渗透膜用于乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜材料水含量(W %)进料渗透边进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J L ·m -2·h -1参考文献再生纤维素6136.36.37138.08162323431121131141017101812101醋酸纤维素6156156168191611191923334311421831013142182141表2　各种商品化的离子交换膜用于乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h-1参考文献N afi on 离子交换膜—H+—N a +—K +—(CH 3)3N H +951695169516951670707070215510918101551001501201342N afi on 811离子交换膜—C s +—K +781375182929101481401179012643AM V 阴离子交换膜—SO 42-—OH -979360607053010801384从表1和表2可以看出,商品化的反渗透和离子交换亲水膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发分离性能很差.2　聚合物链上自身含有亲水基团的合成和半合成PV 透水膜由于许多亲水的商品化膜分离性能很差,一些合成的和半合成的亲水膜已得到了研究.各种含有阴离子、阳离子和非离子亲水基团的高选择性膜(Α>100)的透水性能列于表3.表3　各种合成的亲水膜用于乙醇 水溶液的渗透蒸水数据膜材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献交联聚乙烯醇9580950001015聚羟甲基9560>8950010136甲氧甲基化的尼龙23502020001257用硫酸交联的壳聚糖906065000118聚烯丙基铵氯化物～904010001078磺化聚乙烯2C s + 2N a +85148414262672567101152010809羧甲基纤维素9030243001052310藻玩酸9060500001158 3J :kg ·m l ·m -2·h -1. 在表3中,聚乙烯醇〔PVA ,Po ly (vinyl alcoho l )〕、聚羟甲基〔PHM ,Po ly (hydroxy m ethy 2lene )〕和甲氧甲基化的尼龙23〔N —m ethoxym ethylated N ylon 23〕是具有非离子亲水基团即—OH 基的膜.PVA 是由聚醋酸乙烯水解得到,不同水解度的PVA 性能相差很大.PHM 是通过聚碳酸亚乙烯酯〔PV CA ,Po ly (vinylenecarbonate )〕水解得到,水解流程如下:·31·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展nCH =CH OOC O Po lym erizai on_CH —CH βnOOC O H ydro lysisreacti on_CH —CH βO H O HV CA PV CA PHM 由于PVA 与PHM 都含有大量的亲水基团—OH 基,故对水都表现出高的渗透选择性.N ylon 23在甲酸溶液中与仲甲醛〔(CH 2O )x 〕甲醇反应就能得到甲氧甲基化的N ylon 23_N —C βnCH 2OCH 3O.由于甲氧甲基化的N ylon 23本身溶解于水,当它在190℃进行热处理后就能被用作PV 透水材料.壳聚糖〔CS ,Ch ito san 〕、聚烯丙基铵氯化物〔Po ly (allyl 2amm on ium )ch lo ride 〕是阳离子聚合物.壳聚糖是由天然多糖甲壳素制得的脱乙酰产物,其过程如下: Ch itin (甲壳素) Ch ito san (壳聚糖)不同脱乙酰度的壳聚糖,其PV 透水性能相差甚大,尤其是渗透通量将发生很大变化.磺化聚乙稀〔Su lfonated po lyethylene 〕、羧甲基纤维素(C M C )、藻玩酸〔A lgin icacid 〕是阴离子聚合物,它们含有阴离子基团—SO 2-4,—COO -.其中,C M C 是纤维素的单元结构葡萄酐含有取代的羧甲基(HOOCCH 2—),羧甲基的取代度是影响C M C 的PV 透水性能的重要因素之一.藻玩酸是从天然海藻中(Seaw eeds )提取的.它是由D 2甘露糖醛酸(D 2m annu ron ic acid )和L 2古洛糖醛酸(L 2gu lu ron ic acid )组成的一种天然多糖物质,其结构单元如下所示: Β2D 2m annu ron ic acid Α2L 2gu lu ron ic acidU ragam i 等人和M och izuk i 等人[8]对藻玩酸膜透水性能的研究表明:酸性藻玩对水显示了非常低的渗透选择性,而碱性藻玩酸盐对水显示出了非常高的渗透选择性.总观主链上自身含有亲水基团的聚合物膜,不管亲水基团是阴离子或阳离子还是非离子基团,它们在富集的水溶液中都会有一定的膨胀.为了解决这个问题,膜的交联是必需的.其中,典型的被交联的膜材料有聚乙烯醇和壳聚糖.各种交联的PVA 膜的透水性能如表4所示,各种交联的壳聚糖膜的透水性能如表5所示.·41·膜科学与技术 第16卷表4　各种交联聚乙烯醇膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜形交联方式在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)渗透通量J kg ·m -2·h -1参考文献均质—～9040～220—11均质—60—957050—230—12均质热交联20—904020—40—13均质草酸柠檬酸959530304603500101010514均质磷酸丙二酸50503030101811201815复合顺式丁烯二酸顺式丁烯二酸甲醛反式丁烯二酸80959080808070801400950050350010401011100125表5　各种交联壳聚糖膜对乙酸 水溶液的渗透蒸发数据膜在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h-1参考文献脱乙酰度99%90951640403117011230106516戊二醛交联50～9040>2000—17戊二醛交联>5550>670011～01718离子化的壳聚糖(脱乙酰度98%)CH 3COOHHC l H 2SO 4非离子化9090909060606060123145931110403515014001210116013519用硫酸离子化的壳聚糖(脱乙酰度>90%)9060650001108 从表4和表5可以看出,用顺式丁烯二酸交联的PVA 膜(GFT )和H 2SO 4交联的壳聚糖都显示了很好的分离特性.由于交联效应主要有如下两方面的作用:一是交联剂与聚合物链中的交联基团形成了三维立体结构,限制了聚合物的膨胀,改变了渗透组分在膜中的移动选择性;二是改变了聚合物的化学特性,导致了渗透组分在膜中的溶解选择性也得到了相应的变化.因此,即使用相同的膜材料,由于使用的交联剂不同,结果膜的分离特性也是相差甚大.为了改善这类主链上自身含有亲水基团的聚合物膜的渗透选择性、热稳定性和耐溶剂性,选择适·51·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展宜的交联剂和交联方法是发展PV 透水膜材料的一条重要途径.3　将亲水基团引入到疏水膜中的PV 透水膜为了平衡膜中亲水和疏水关系,常采用共聚、共混、接枝技术.3.1　共聚(Copo lym erizati on )通过共聚改性方法得到的共聚物既含有亲水基团又含有疏水基团,因此,亲水基团与疏水基团的比例是影响这类共聚物分离性能的关键.Yo sk ikaw a 等选择了丙烯腈和各种亲水单体进行了共聚,表6列出了以聚丙烯腈为基础的共聚的渗透蒸发特性.表6　以聚丙烯腈为基础的共聚物膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献聚丙烯腈5020700101520聚丙烯腈9070730102121马来酰亚胺与丙烯腈基聚859513151533143412010080100522,23丙烯酸与丙烯腈共聚811515876～010124,25乙烯吡啶与丙烯腈共聚～9015～10000～0100226丙烯酰胺与丙烯腈共聚9030～700001004～0100527 对表6中的结果,Yo sh ikaw a 等按照固定载体传递机理进行了分析.他们认为膜中亲水基团与水分子之间以两种作用力形式存在,即氢键力和库仑力.马来酰亚胺和丙烯酸是以氢键力形式存在,乙烯吡啶是以库仑力形式存在.此外,他们还用膜的D i m ro th ’s 极性值[32,33]与膜的吸附选择性进行了关联,结果表明:膜的D i m ro th ’s 极性值与水的极性值相差越小,该膜对水的吸附选择性就越大.由于膜的极性参数与膜的溶解度参数不一样,膜的溶解度参数要求知道聚合物的具体结构后才能得到,而膜的极性参数是一个经验参数,不需要知道聚合物的具体结构就能测定膜的极性值.因此,膜的极性参数是一个很有参考意义的经验参数.3.2　共混(B lending )几种共混物的PV 结果列于表7.表7　共混物膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据共混膜在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献聚丙烯腈 聚乙烯吡啶烷酮951620312118230聚丙烯酸 尼龙2680～9015～3530～700101～010331聚丙烯酸 尼龙2669575710017132聚乙烯醇 聚苯乙烯—Ba 2+—A l 3+95956060187015000112010833聚乙烯醇 聚乙二醇9565131511034 从表7中可以看出,聚乙烯醇 聚苯乙烯共混物经过热交联,转化成B a 2+离子作为对立离·61·膜科学与技术 第16卷子时,此膜显示出很高的分离因子.313　接枝(Grafting )在70年代初,A p rel 等人[35]就用接枝技术对PV 膜进行了改性.常用的接枝技术有等离子体、电子射线辐照、Χ射线辐照和化学反应接枝.几种常用的亲水性单体接枝到聚合物主链上的PV 透水行为如表8所示.表8　接枝膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据接枝单体主体聚合物在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h-1参考文献N 2乙烯吡啶烷酮聚四氟乙烯95162521921236N 2乙烯吡啶烷酮42乙烯基吡啶聚四氟乙烯聚四氟乙烯96965555610616210301835苯乙烯聚四氟乙烯47712525411414112501937异丁烯酸聚乙烯9020313011538N 2乙烯基吡啶烷酮42乙烯吡啶 CH 3I丙烯酸丙烯酸 K+聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯聚丙烯腈聚丙烯腈8080808080707070707078739866018016711011631439 从表8中看出,对于所有被接枝的PV 膜,渗透速率随着膜的饱和接枝率增大而增大,而渗透选择性除了离子单体(丙烯酸 K +)接枝的膜较高外,其余单体接枝的膜都很低.对于那些难溶的聚合物,不能用溶液涂布法制膜,只能用高温融熔挤压技术塑膜.象这类聚合物膜的改性,用化学方法是无能为力的,而用辐照接枝技术是很适宜的.因此,我们可以预测,对于那些具有较强的机械强度和热稳定性的致密膜,可通过接枝技术来达到膜的高渗透通量,以此取代不对称膜或复合膜.从上面几类PV 透水膜材料可以看出,除了PVA 和PHM 膜材料外,其余许多膜材料都是从聚电解质衍生而来.对于PVA 、PHM 这类亲水膜材料,由于它们耐水性差,因此必须靠交联来增加它们的抗水性和热稳定性.交联虽然增加它们对水的透过选择性,却降低了水的渗透通量.对于聚电解质这类膜材料,由于膜中金属离子强烈地水合作用和对有机物的盐析效应,使这类膜材料的分离性能大大提高.近几年来,聚电解质材料成了人们研究PV 透水膜材料的热点.4　新的聚电解质PV 透水膜正如日本学者M aeda Y 所说,当前欧州的PV 膜研究者已经把他们的研究兴趣转移到PV 膜过程及其过程的经济评价;而日本的PV 膜研究者却集中在材料的选择和膜的制备.特别是近几年发展起来的聚电解质亲水膜主要来源于日本的M IT I 的研究和发展计划中〔R &Dp ro jects spon so red by the M in istry of In ternati onal T rade and Indu stry (M IT I )〕.聚电解质膜可以从它们的电荷和链的结构差分成表9中的几种类型[40].·71·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展表9　聚电解质膜的分类聚电解质类型例子专利号聚阴离子合成聚合物N afi on聚丙烯酸碳化离子交换膜JP 59—49041B 2JP 61—502804A JP 59—102404A 合成+多糖羧甲基纤维素与聚丙烯酸共混藻玩酸与乙烯基聚合物共混JP 60—129104A JP 63—12304A 多糖藻玩酸、羧甲基纤维素JP 60—12304A 聚阳离子合成聚合物42乙烯吡啶与烯腈共聚JP 61—259707A 合成+多糖壳聚糖与乙烯基聚合物共混JP 62—4407A 多糖用金属离子配位的壳聚糖JP 61—287407A 从表中分类可知,聚电解质材料主要集中在两大类,一类以合成为主的聚丙烯酸(PAA )类,另一类以多糖为基础的天然羧甲基纤维素(C M C )、壳聚糖(CS )、藻玩酸(A GA )类,其中,PAA 、C M C 、A GA 为聚阴离子类,CS 为聚阳离子类.表10　以聚丙烯酸为基础的PV 膜分类类型材料支撑层或主体聚合物参考文献均聚聚丙烯酸涂在各种支撑层上聚砜聚醚砜4142共聚聚丙烯酸 聚丙烯腈24,25共混聚内烯酸(N a ) 羧甲基纤维素聚丙烯酸 尼龙261031接枝电子束辐射低密度PEPV F 2,PAN4239等离子体多孔聚丙烯43,44,45Χ射线辐射PVAPAA N ylon 26共混4647化学方法PVA42聚离子化合物PAA聚阳离子聚醚砜42411　以聚丙烯酸类为基础的PV 亲水膜用聚丙烯酸作为膜组成的许多研究已被报道,在表10中以PAA 为基础的PV 膜已被分成五类.通过均聚(hom opo lym er )、共聚(copo lym er )、共混(b lending )和接枝(grafting )技术形成的膜在分离特性上很大程度取决于PAA 的存在形式:即酸形式(—COOH )或盐形式(—COO -M +,M ,金属阳离子).表11列出了PAA 以不同离子形式的膜的分离特性.从表11中结果可以看出,PAA 以碱金属盐的形式的分离特性明显优于PAA 以酸的形式.这是由于PAA 以酸形式存在时,它对水和醇都有亲和力,导致膜的溶解选择性很低.相反,PAA 以碱金属盐的形式存在时,膜中碱金属阳离子的强烈水合作用和对醇的盐析效应,结果使膜的分离性能得到大大改善.·81·膜科学与技术 第16卷表11　以不同离子形式的聚丙烯酸膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献PAA (N a +)90602241015～01741PAA —H + —K +959570704484001055110642电子束辐射接枝PAA —H + —K +80807070899611811748接枝到PVA 上丙烯酸—H + —N a +9113881350504183141801740100949 虽然PAA 以碱金属盐形式存在时,分离性能很好,但是它的耐久性很差.这是由于这类膜在使用过程中,碱金属阳离子逐渐流出膜外,导致膜中自由酸(—COOH )增加.为了解决这个问题,避免膜中自由酸的再生,日本专利(JP 61—502804A )提出往进料中加入碱金属盐,使进料保持在高的pH 值范围内.然而,这个方法对于生产高纯度的醇是不适宜的.另外,H uang 等人[31]采用了多价金属离子A l 3+交联,结果得到离子化交联的PAA 膜产生相对低的渗透选择性和渗透速率,并且得到的膜易碎.这个问题直到聚离子化合物被研究出来以后才得到真正解决.在这类聚离子化合物中,PAA 用各种聚阳离子化合物进行离子交联,各种聚阳离子化合物相当于取代了PAA -—M +形式中碱金属阳离子M +.这样,各种聚阳离子化合物就成了固定的对立离子.Karakane 等人报道了几种聚阳离子化合物.表12列出了几种聚阳离子化合物对以PAA 为基础的聚电解质膜分离特性的影响行为[50].表12　聚丙烯酸 聚离子化合物膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据对立离子分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1在渗透边水的含量(W %)Po lyethylenei m ine 22001839210Po lyallylam ine 75001519715PCA —101171001799819PCA —107194001829910PAL —283001349718PCQ —138001229512 PAA :MW 500000,用环氧化物交联Evaluati on :PV w ith 95w t %E tOH of 70℃. CH 2—CH 2χnCH 2N H +2C l-Po lyallylam ineN H —CH 2—CH 2χnPo lyethylenei m ineN +—CH 2—CH 2—N +—CH 2——CH 2χnCH 3C l-CH 3CH 3C l-CH 3PCA —101·91·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展N +—CH 2—CH 2—CH 2χnCH 3B r-CH 3PCA —107N +—CH 2—CH —CH 2χnCl 2nCH 3OH PAL —2CH 2—C —χnnC l -CH 2C OO CH 2CH 2N +CH 3CH 3CH 3PCQ —1 从表12中看出,PCA —107 PAA 显示了最好的分离性能,并且此膜在运行50天后仍能保持其初始的PV 行为,PCA —107是通过M en shu tk in 反应合成的.对于PAA 这类聚电解质膜,如何设计出合理可行的聚阳离子化合物是改善PAA 聚离子化合物PV 透水性能的关键.412　以多糖为基础的PV 透水膜羧甲基纤维素(C M C )、藻玩酸(A GA )、壳聚糖(CS )这几种天然的亲水材料都是由多糖构成的,它们分别含有亲水基团—CH 2COOH ,—COOH ,—N H 2.这些亲水基团有利于用各种技术如交联、共聚、共混、离子化进行改性.表13列出了这三种改性材料的PV 透水特性[63].表13　改性C M C 、A GA 和CS 对乙醇水溶液的渗透蒸发数据材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h -1专利号CN C PAA 共混8918258795016JP 60—129104A N a 1C M C —G M A —AN855010401110JP 63—12304AA GA 用Co 2+离子交联93607870001097JP 62—7404AJP 62—7405A用H 2SO 4交联的CS906010400116JP 62—7403A CS 与乙烯单体共聚8550177001036JP 62—4407A CS 与马来酐共聚8550134001044JP 62—4407A CS 用金离子配位Fe 2+ M n 2+8585303023019501150118JP 61—287407A 从表13中看出,这三种材料都显示了高的分离因子.特别是用Co 2+离子交联的藻玩酸·02·膜科学与技术 第16卷PV 膜显示了至今最高的分离因子.因此,PV 透水膜材料领域中,这几种材料引起了人们更多的关注.5　结论综上所述,在现有的渗透蒸发透水膜材料中,聚乙烯醇、壳聚糖、藻玩酸、羧甲基纤维素和以聚丙烯酸为基础的聚离子化合物膜材料都显示了较好的亲水性能.然而,一张真正具有工业应用价值的渗透蒸发透水膜不仅要求本身具有较好的分离性能,而且还应具备较好的耐热性、耐久性及抗溶剂性,即膜材料及其化学与物理结构是决定渗透蒸发分离效果的关键.因此,膜材料的开发和成膜过程的研究在渗透蒸发过程中占有特殊重要的地位.目前,人们对膜材料的开发主要从两方面去挖掘:一是以高分子化学为基础的纵向发展;二是对现有的高分子材料通过现代的物理化学手段进行改性.其中,第二种方法常被从事化工分离的研究者们采用.因此,在渗透蒸发透水膜的研究过程中,用现代的物理化学方法(如交联、接枝、共聚、共混等)对上述几种较好的亲水膜材料进行改性研究有待于进一步开发.参　考　文　献1　Sch issel P ,O rth R A .Separati on of ethano l 2w ater m ixtures by pervapo rati on th rough th in compo sitem em branes .J .M em brane Sci.,1984,17:1092　M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uang R Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess.E lsevier :Am sterdam ,1991.4033　Cabasso I ,L iu Z Z ,M ackenzie T .T he per m selectivity of i on 2exchange m em branes fo r non 2electro lyteliquid m ixtures . .the effect of counter i ons (separati on 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陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展欢　迎　订　阅《世界产品与技术》　(原名《国外产品与技术》)(双月刊)引进先进技术的向导 了解世界产品的窗口加强企业管理的顾问 提高经济效益的参谋《世界产品与技术》是由中国国际贸易促进委员会(又名中国国际商会)主办的中文综合性科技刊物。