三元共聚对聚酰亚胺气体分离膜结构和性能的影响

本文通过ＰＭＤＡ与二种不同二胺共处次制得了七种三元共聚聚酰亚胺膜，并对其透气性进行了初步探讨。     

共溶剂对聚酰亚胺气体分离膜结构与性能的影响研究

以一定的比例在聚酰亚胺铸膜液中添加共溶剂,用来改变铸膜液的热力学性质,进而调节非溶剂致相转化(NIPS)法制膜过程中的动力学行为,制备出完整非对称性海绵状结构的气体分离膜。聚酰亚胺铸膜液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮,共溶剂为四氢呋喃、1,4-二氧六环及γ-丁内酯中的一种,考察了共溶剂种类及含量对膜结构及气体渗透性能的影响。结果表明:随着铸膜液中共溶剂含量的增加,膜结构中指状孔所占比例不断减少。同时,测试了膜对于N2、CO2的气体渗透性能,以1,4-二氧六环为共溶剂时,P84气体分离膜对上述气体同时具备高选择性与高渗透通量。     

成膜基质对炭膜结构与气体分离性能的影响

以间苯二酚-甲醛为碳源,F127为添加剂,经成膜与炭化得到炭膜.通过热失重分析、红外光谱、元素分析及透射电镜从微观上分析了前驱体的热解过程及碳结构演变.采用X射线衍射及氮气吸附技术分别测定了炭膜碳结构与孔结构.研究了成膜基质表面疏水性对成膜过程的收缩率、碳结构、孔结构及气体分离性能的影响.结果显示,成膜基质对炭膜微观结构与分离性能影响显著.疏水性较大的玻璃比聚四氟乙烯与不锈钢更有助于减小成膜过程中径向收缩率,并得到高比表面积与孔体积的炭膜,其对O2/N2选择性高达10以上.     

聚酰亚胺气体分离膜

介绍了一种新型的气体分离膜材料－－聚酰亚胺，对其发展历史，合成，制膜及气体分离的应用研究了作评术，从四个方面讨论了聚酰亚胺膜的气体透过机理。并与普通膜材料进行了比较，指出了该膜材料的广阔发展前景。     

γ辐照对纤维素纳米纤丝膜结构及性能的影响

目的 为了平衡60Coγ 射线辐照灭菌纤维素纳米纤丝(CNFs)膜的辐照剂量与薄膜性能之间的关系,探究60Coγ 射线辐照剂量对纤维素纳米纤丝(CNFs)膜结构和性能的影响,旨在得到对CNFs膜各项性能指标影响较小的辐照剂量.方法 以蔗渣浆板为原料,采用机械研磨法制备CNFs,采用浇筑法制备CNFs膜,用5～50 kGy的 γ 射线辐照CNFs膜,对膜的表面形貌、化学结构、结晶度、热稳定性、力学性能及阻隔性能等进行测定.结果 随着辐照剂量的增加,CNFs的纤丝状开始变得粗细不均,说明辐照致使CNFs发生了氧化降解;此外,经辐照处理的CNFs膜的拉伸强度下降,而弹性模量增强,当辐照剂量为5 kGy时,样品膜的拉伸强度仅仅降低了1.8％,而弹性模量增加了15.1％,此时CNFs膜的力学性能最优异;阻隔性实验结果表明,辐照对CNFs膜的阻隔性没有显著性影响,但经10 kGyγ 射线辐照处理的CNFs膜的氧气透过量和水蒸气透过量相较于未辐照处理的样品膜依次下降了约6.2％和4.1％,此时,样品膜阻隔性能最佳;此外,γ辐照会使CNFs膜的亲水性下降,结晶度增大,热稳定性降低.结论 适量的60Coγ 射线辐照可以使CNFs膜的刚性有一定程度的增加,且薄膜的其他各项性能受影响较小,60Coγ 射线辐照的CNFs膜在包装中具有一定的应用前景.     

聚酰亚胺低温热解炭膜的制备及气体分离性能

以商业化的Kapton型聚酰胺酸为前驱体制备了低温热解炭膜,采用热重质谱(TG-MS)、红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)、X射线衍射(XRD)和气体渗透等手段对不同温度、不同气体氛围下制备出的膜的化学结构、微结构和气体分离性能变化规律进行了研究.结果表明,低温热解温度和气体氛围对炭膜的化学结构、微结构存在着显著的影响,进而影响到炭膜的气体分离性能,表现为450℃之前气体渗透系数变化很小,450℃以后气体渗透系数逐渐增大,分离系数逐渐下降,同时空气促进了热分解和热交联反应的进行,炭膜具有较大的气体渗透系数和较小的气体分离系数.     

聚酰亚胺非对称膜的制备及其气体分离性能

以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)和2,4,6-三甲基间苯二胺(TrMPD)为单体,采用两步法合成了一种聚酰亚胺(PI),并通过红外光谱对其结构进行了表征。以所制PI的四氯乙烷(TCE)溶液为铸膜液,甲醇为凝固浴溶剂,采用相转化法制得了一系列非对称膜(皮层厚度:3.4~5.7μm),并研究了不同制膜工艺条件对膜的形貌结构和性能的影响规律。结果表明:所制得的非对称膜具有良好的力学性能(拉伸强度28.9~40.9MPa,断裂伸长率38.9%~87.5%)和较高的二氧化碳通量[35℃,2atm,11.4~25.8GPU,1GPU=10-6cm3(STP)/(cm2·s·cmHg)]。气体透过选择性与膜的皮层缺陷控制密切相关,由5%PI溶液先在60℃下干燥35min,再在甲醇凝固浴中浸泡5min所制得的非对称膜的皮层高度致密,其气体透过选择性(PO2/PN2=4.10,PCO2/PN2=22.3,PCO2/PCH4=23.0)与均质膜一致。     

PVP对PASS分离膜结构与性能的影响

作为膜材料,聚芳硫醚砜(PASS)具有耐高温耐溶剂等优点,但亲水性不强限制其应用。通过添加亲水性聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改善其亲水性,并采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、超滤杯、紫外分光光度计等表征不同PVP含量时分离膜的接触角、形貌、水通量及截留率等。结果表明,PVP可明显改善其亲水性和水通量,截留率影响不大,也在一定程度上改变分离膜的结构形貌;PVP含量为15%时分离膜综合性能最好。     

预氧化处理对聚醚酰亚胺基炭膜结构与气体分离性能的影响

以新型聚醚酰业胺预聚体一聚酰胺酸为前驱体,在空气中进行预氧化处理后经700℃炭化制备出炭膜.采用红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)、X射线衍射(xRD)和气体渗透等测试手段对400℃、460℃和480℃温度下所制预氧化膜的化学结构、炭膜的微结构和气体分离性能进行了表征.结果表明:预氧化阶段,聚合物链发生了热分解和氧化交联反应,温度越高,热分解和氧化程度越高.炭化后,预氧化膜的交联结构演变成无定彤碳结构.预氧化膜的结构差异导致了炭膜的孔结构的不同,从而对炭膜的气体分离性能产生重要影响,其中经460℃预氧化处理后所制炭膜的O2渗透系数可达8.2×10-13(m3(STP)·cm)/(m2·s·Pa),O2/N2选择性达14.1.     

磺化自聚微孔聚酰亚胺的制备及磺化度对其气体分离性能的影响

研究了-SO₃H基团的引入和不同磺化度对微孔聚酰亚胺气体分离膜的影响.区别于后磺化法,采用一步法使磺化单体2, 4, 6-三甲基二氨基苯磺酸(TrMSA)和非磺化单体2, 4, 6-三甲基-间苯二胺(DAM)与六氟二酐(6FDA)直接缩聚得到磺化聚酰亚胺(SPI),通过控制TrMSA和DAM的比例得到磺化度分别为25%,50%,75%与100%的聚合物.使用FTIR、XRD、TGA、BET和气体渗透仪等手段研究不同磺化聚酰亚胺薄膜的化学结构、链段堆积结构、热性能、比表面和气体分离性能.结果显示,引入的-SO₃H通过增强链间相互作用力,使得聚合物比表面积减小,以及链间距逐渐降低为0.57、0.52、0.47和0.42 nm,所有气体的渗透性均随磺化度的升高而下降,然而CO₂/CH₄选择性在扩散系数的主导下则逐渐上升.当磺化度为75%时,磺化聚酰亚胺CO₂的透过率达到107 Barrer, CO₂/CH₄选择性为47.8,在压力高达2 M...     

共聚聚酰亚胺热重排改性薄膜的制备及气体分离性能

采用二胺2,2-二(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(APAF)经硅烷化后与4,4-二氨基二苯醚分别以7∶3,5∶5,3∶7摩尔比和二酐4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐进行共聚,通过化学亚胺化后得到溶解性好、相对分子质量高、成膜性好的3组共聚聚酰亚胺膜,经过350℃～400℃热处理后,得到不同的热重排改性膜,采用FTIR光谱等手段进行表征.结果表明,所合成的硅烷化聚酰亚胺随着共聚的APAF含量的增加对CO₂/CH₄的选择性得到提升;而随着热处理温度的升高,其CO₂的渗透系数增加,CO₂/CH₄的气体选择性提高.噁唑环的转化使得聚合物分子链刚性增强,从而达到改善膜的气体分离性能.400℃热处理下得到的热重排(7∶3)膜相较于前驱体膜,CO₂的渗透系数从32.82 Barrer提升到275.62 Barrer,提高了8.4倍,热重排后的膜对CO₂/CH₄的气体分离性能超过2008年Robeson上限.     

本征型聚酰亚胺膜气体分离性能的研究进展

包装内环境气氛对产品的性能具有重要的影响。选择合适的包装材料,控制包装内环境气氛的成分与含量,可有效延长产品的储存时间与使用寿命。为了实现良好的包装内环境气氛控制效果,包装材料需具备合适的气体分离性能。聚酰亚胺因其优异的气体分离性能、热稳定性和结构可设计性等特点受到关注,但气体渗透-选择性的平衡问题限制了其广泛应用。梳理了聚酰亚胺气体分离膜性能的研究进展,重点阐述了如何通过分子结构设计实现聚酰亚胺致密膜与微孔膜的性能调控,并对聚酰亚胺基气体分离膜材料的发展进行了展望。     

高分子膜结构对气体传递的影响

以气体透过高分子膜的基本原理为基础，从高分子的极性、位阻效应、引入基团的大小及作用和结晶度等几个方面深入探讨了高分子膜的物理化学结构对气体透过选择性的影响，并简述了交联和增塑剂对膜结构的影响及对气体传递的作用．     

基于热重排反应聚酰亚胺气体分离膜的制备及性能研究

利用2,2′-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)与2,2′-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(APAF)和4,4′-二氨基-2,2′-双三氟甲基联苯(TFMB)共聚合,并采用化学环化工艺合成了共聚结构的聚酰亚胺(n(APAF)∶n(TFMB)=5∶5),并经不同温度的热处理得到一系列热重排聚合物薄膜(TR)。研究了热重排过程中薄膜结构的变化及其对气体分离透过性能及力学性能的影响。结果表明,未热重排的聚酰亚胺前驱体能溶于N-甲基-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等有机溶剂,具有较好的成膜性;聚合物主链中酰亚胺环与邻羟基经350~450℃热重排反应可形成刚性噁唑环。随着热处理温度的升高,气体渗透性能从7.2mol/(m2·s·Pa)增大到36.7 mol/(m2·s·Pa),分离系数略有降低。同时,热重排反应赋予聚合物薄膜优异的热稳定性和力学性能,TR400-2在氮气氛围中5%的热失重温度为491℃,10%的热失重温度为519℃,薄膜的断裂强度为85~136 MPa,断裂伸长率为3.0%~9.0%。以上结果表明基于热重排反应制备的聚酰亚胺膜材料在气体分离领域有着极大的应用前景。     

60Co-γ射线对塑料包装材料性能的影响

目的为了确定常用塑料包装材料的最优耐辐射吸收剂量工艺,研究~(60)Co-γ射线辐照对塑料包装材料的颜色、抗拉强度及伸长率的影响。方法选取市场上常见的以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺与聚乙烯复合袋(PA/PE)等为主要材料的10种塑料包装材料;用~(60)Co-γ射线进行不同剂量辐照,分析其色差值、抗拉强度(Rm)及伸长率(εt)的变化规律。结果当辐照强度大于6 kGy时,PE、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯乙烯(PVC)的ΔE6,是肉眼可见的大色差;其余7种材料的总色差(ΔE)值1.51,总色差无显著变化。聚碳酸酯(PC)、聚酯/聚乙烯复合袋(PET/PE)的Rm,εt组内差异显著(P0.05)。辐照对PA/PE、聚酯/铝箔/聚酰胺复合袋(PET/AL/PA)的力学性能无影响(P0.05);PA,PVDC的Rm组内差异显著,εt组内差异均无显著性;其余6类材料的Rm,εt均达到显著或极其显著水平(P0.01)。结论将PE,PVDC,PVC类塑料包装材料的辐照强度控制在≤3kGy范围内时效果较好;PP辐照强度需控制在≤10kGy范围内效果较好;PC辐照强度需控制在≤15kGy范围内效果较好;PET/PE在0～40kGy的辐照强度内比较耐辐照,需控制辐照剂量在≤40 kGy。     

光还原对固体聚合物电解质膜结构及丙烯/丙烷分离性能的影响

用单侧表面溶液交换法制备PEI/Pebax2533/AgNO3及PEI/Pebax2533/AgBF4复合气体分离膜,研究了光还原对复合膜结构及气体渗透性能的影响.对PEI/Pebax2533/AgBF4 复合膜,光还原使活性载体Ag+浓度降低,对烯烃的促进传递作用减弱,导致丙烯渗透通量以及丙烯/丙烷的选择性明显下降.但光还原对PEI/Pebax2533/AgNO3复合膜的丙烯/丙烷分离性能无显著影响.复合膜中的Ag+被光还原为Ag0,使复合气体分离膜表面变为棕色.还原后的银颗粒含量随着交换溶液银盐浓度的增加而增加,证明交换溶液银盐的浓度明显支配着复合膜中的Ag+负载含量,从而影响膜的分离性能.     

聚酰亚胺基气体分离炭膜的进展

通过对近十多年来在聚酰亚胺基气体分离炭膜方面所取得成果的评述,探讨了聚酰亚胺的化学结构、成膜方法、热解工艺条件,以及修饰改性等因素对炭膜气体分离性能的影响.分析了聚酰亚胺基炭膜目前所存在的问题,并对其发展前景进行了展望.