多孔聚丙烯纤维制备文献综述

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1、文献综述多孔聚丙烯纤维制备一、前言部分[1]膜和膜分离技术是上世纪60年代开始在国际上蓬勃兴起的高新技术，随着膜分离研究的不断深入和膜分离应用的不断扩大，己发展成为一个独立的自然科学分支—膜科学，并成为独具特色的现代高新技术产业。与常规分离方法相比，膜分离过程具有能耗低、单级分离效率高、过程简单、不污染环境等优点，是解决当代的能源、资源和环境问题的重要高新技术，并将对二十一世纪的工业技术改造起着深远的影响。目前世界上许多国家，特别是发达国家，都把膜分离技术列入优先发展的高新技术之一，并迅速实现产业化。膜分离技术的应用成果己

2、涉及化工、食品、医药、环境保护乃至生命科学等领域。而中空纤维膜作为具有特殊功能的高分子合成膜，近四十年来发展非常迅速，且其用途愈来愈广泛，已引起世界各国科学界的普遍重视。聚丙烯(PP)中空纤维膜是分离膜的一种，其表面有很多微孔，是一种有皮层的异形截面多孔膜，具有不对称膜的特性与优点。由于聚丙烯分子的非极性特征，使其表面自由能和表面张力较低，具有典型疏水性能，在血液相容性方面具有一定的优势。因此聚丙烯中空纤维膜是制作膜式氧合器的常用材料。同时，由于其低廉的价格，耐化学侵蚀性，成为高分子微孔膜研究与开发的重要方向。目前聚丙烯中

3、空纤维微孔膜主要制备方法有热致相分离(TIPS)法和熔融纺丝-冷却拉伸(MSCS)。在熔融纺丝-冷却拉伸(MSCS)过程中，以纯高聚物熔体进行纺丝，微孔通过随后拉伸时作用在膜上的机械力形成。在热致相分离(TIPS)过程中，高聚物与稀释剂混合物在高温时形成均相熔体，随后在冷却时发生固-液或液-液相分离，稀释剂所占位置在去除后形成微孔。MSCS与TIPS法制备微孔膜的过程，成膜条件与孔结构形态的关系正引起人们很大的兴趣并已有较系统的研究。复旦大学延生生化公司已用MSCS法生产微孔聚丙烯中空纤维膜，并已制成膜式血液氧合器。美国A

4、kzona公司和3M公司已用该法生产聚丙烯微孔膜、板和中空纤维。这类材料的应用正在开拓之中。本文将对MSCS与TIPS法制备微孔聚丙烯中空纤维膜的研究发展作一简单介绍。二、主题部分1熔融纺丝一拉伸法1.1工艺过程及致孔机理[2，3]8熔融纺丝一拉伸法(Melt-spinning/cold-stretching，MSCS)是指将聚合物在高应力条件下熔融挤出，在后拉伸过程中，使聚合物材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔，然后通过热定型工艺使孔结构得以固定。制备过程中纺丝温度、纺丝通常这种纺丝制膜方法主要与聚合物材

5、料的聚集态结构有关[4，5]。MSCS法制备中空纤维膜的纺丝设备如图1所示。图1MSCS法制备中空纤维膜的纺丝设备1971年，Quynn[6]在研究中发现，硬弹性材料在拉伸时，垂直于拉伸方向的截面积基本不变，而表观体积则按比例增大，密度减小，这与橡胶的拉伸是不同的。对于橡胶类材料而言，在拉伸过程中通常是体积与密度基本不变而垂直于拉伸方向的截面积减小。产生这种差异的原因就在于硬弹性材料在拉伸过程中形成了大量的微孔结构，而其微孔的尺寸则与拉伸程度密切相关。因此，与溶液纺丝法赋予中空纤维膜双扩散的指状孔结构不同，熔融纺丝一拉伸法

6、中空纤维膜主要含有的是片晶之间的非晶区发生应力集中而形成的微孔结构。1.2研究进展[7]　美国塞拉尼斯公司1972年首先报道了通过熔融挤出然后冷拉伸的技术制备微孔聚丙烯平板模[8]。1977年，日本三菱人造丝公司首次将MSCS法用于中空纤维微孔膜的制备[9，10]。并将所得聚丙烯中空纤维膜用于人工肺、膜蒸馏及水处理等方面，近年来这方面的国外专利还不断涌现[11，12]。浙江大学的徐又一等[13]根据中空纤维膜制备过程中工艺路线较长，拉伸前需要热处理，能耗较大，得到的膜的孔径较大(在25OA以上)的特点，改进了中空纤维膜生产

7、工艺，省去了热处理过程并简化了拉伸工艺，制备了一种孔径更小的中空纤维膜(孔径在100A8左右)。上述微孔膜的制备是利用α一聚丙稀在应力场下形成的垂至于纤维轴平行排列的片晶结构，通过拉伸工艺使该片晶结构分离而得到微孔结构。除了利用α一聚丙稀制备微孔膜外，史观一等用β一聚丙烯制备了微孔膜并研究了其成孔机理。其方法为，首先用β成核剂制备β一聚丙烯，然后通过熔融挤出一拉伸工艺制备中空纤维微孔膜。这主要是利用β晶聚丙稀在拉伸过程中发生晶相转变，β晶生成更为稳定的α晶，在转变过程中由于结晶度增大导致密度的变大，体积收缩，从而得到微孔结

8、构。而体积收缩难以生成较大的微孔，只能生成半径为0.02μm的小孔。还有人认为β一聚丙烯通过拉伸得到微孔结构主要是由于拉伸导致球晶的破裂和原纤化的结果。天津纺院的林刚[14]采用数值模拟的方法对MSCS法微孔聚烯烃中空纤维膜原纤熔融纺丝成形过程进行了分析，所得结果对于剖析原纤纺丝制膜过程及寻找最佳纺丝制