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目前,超疏水膜的制备大多都是以疏水性材料为基质材料,如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯等,而以弱亲水性材料或亲水性材料制备超疏水膜的报道很少。同样超亲水膜的制备目前主要以二氧化钛,二氧化硅等为主。本论文以弱亲水性聚醚砜(PES)为基质材料,制备了超亲水和超疏水膜,为以后的大规模生产提供理论依据和参数,并探索浸润性由超亲水向超疏水转化的途径。
增强膜表面的亲水性,使膜具有较强的亲水性乃至超亲水性,可以提高膜的抗污染性能,延长膜的使用寿命,降低清洗时的化学成本和能量消耗。为实现这一设想,本论文系统研究了超亲水膜的制备方法及过程。首先以相分离法制备了PES多孔膜,然后以溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备出具有超亲水性的膜。研究发现,在溶胶陈化时间24小时、溶胶处理时间20min、热处理温度110℃时,所制备的膜表面接触角可达8°以下,实现了PES膜的超亲水化。研究表明这种超亲水膜表面既具有微纳米镶嵌粗糙性的物理结构,又具有亲水性硅羟基的化学结构。
聚醚砜膜为弱亲水膜,不宜在疏水性要求较高的分离过程中使用,如膜蒸馏、油水分离等。为了扩展聚醚砜膜的使用范围,本论文采用溶胶-凝胶(Sol-gel)与氟化相结合的方法制各超疏水膜,并研究制备过程各参数对膜浸润性的影响。研究结果表明,将采用溶胶-凝胶法制备的超亲水膜进行氟化,其表面硅羟基被含氟烷基覆盖,则浸润性由超亲水性转化为超疏水性。在氟化时间为20小时、后处理温度为100℃时,浸润性能较好,膜表面接触角可达154°以上。超疏水膜的物理结构表征表明,膜表面为微纳米级乳突粗糙结构,粗糙度约在350.9nm,而断面为不对称多孔结构,即在表层为致密的海绵孔,中间层为较为疏松的指状孔。