PVA改性无纺布复合膜性能测定.doc

4.3 测试结果分析4.3.1 PVA改性无纺布复合膜性能测定(1)PVA浓度对截留率的影响公称孔径为llmal拘无纺布，在GA浓度(2．O州％)一定的条件下，经不同PV久浓度改性后，对PAM的截留率和膜通量的影响如图4-3所示图4．3PvA浓度对截留率和膜通量的影响由图4.3可知，在GA浓度一定的条件下，随PVM浓度的增大，对PAM的截留率也随之增大，而通量则逐渐减小这是由于PVA浓度越大，其形成的铸膜液的粘度也越大，意味着有更多的PVA吸附于无纺布内、外表面，形成的边界层越厚，经过交联干燥后的复合层厚度越大，所以导致膜的有效孔径减小，从而使改性无纺布的通量随着PVA浓度的增加而降低，截留率增加，即通量从224L／m2·h降至50L／m2·h，截留率则从10．8％增加至20．3％因此通过调整铸膜液中PVA浓度，可得到不同孔径的改性无纺布2)GA浓度对截留率的影响公称孔径为lima的无纺布，在PVA浓度(0.5wt％)一定的条件下，添加不同浓度的GA进行改性后，对PAM的截留率和膜通量的影响如图4.4所示图4．4GA浓度对截留率和膜通量的影响由图4．4可知，在PVA浓度一定的条件下，GA浓度变化对截留率和膜通量的影响与PVA浓度变化的影响趋势相同，即随GA浓度的增大，截留率也随之增大，而通量则逐渐减小。

这可能是由于随着GA浓度的增加，能使更多的PVA分子参与交联反应，在无纺布表面以及孔内表面形成PVA凝胶层(复合层)的密度增加的同时也增加了其厚度，导致改性无纺布的有效孔径减小，通量从225L／m2·h降至31L／m2·h，而截留率从15．1％增加至35．3％另外，无纺布表面上PVA凝胶密度的增加能使凝胶网络更加紧密，链长缩短（不易伸缩)，在水溶液中的膨胀度变小，这也导致膜通量随着GA浓度的增加而降低与PVA浓度影响(图4．3)相比，图4．4通量降低的幅度和截留率增加的幅度均大于图4．3，说明GA浓度变化对截留率的影响大于PVA浓度的影响3)无纺布公称孔径对截留率及通量的影响公称孔径为1、3、5和10μm的无纺布，在PVA浓度为O．5wt％，GA浓度为2．0wt％的条件下进行改性，基膜公称孔径对改性后无纺布的PAM截留率及通量的影响如图4．5所示图4．5基膜公称孔径对截留率和膜通量的影响当基膜公称孔径大于PVA分子时，PVA分子能在基膜孔内表面形成PVA层对于改性无纺布来说，其纤维交叠形成的空隙大于PVA分子，能在无纺布内部纤维表面覆盖一层交联的PVA层，使改性无纺布的有效孔径远远小于未改性无纺布，从图4．5可以看出，随着基膜公称孔径的增大，通量从150L／m2·h逐渐提高至277L／m2·h，而截留率则从16．7％逐渐降低至3．3％。

4)固定度在热处理温度为70℃、热处理时间为ld'时的条件下，PVA浓度及GA浓度对固定度的影响如图4．6所示当热处理温度和时间一定时，PVA浓度与GA浓度的大小主要影响交联比交联比定义为每摩尔的PVA单元所对应的交联剂戊二醛的摩尔数从图4．6可以看出，在GA浓度一定时(2．Owt％)，随着PVA浓度的增加固定度明显增大这主要是由于PVA浓度增大导致铸膜液粘度增加，使PVA更容易吸附沉积在无纺布表面在PVA浓度一定时(O．5wt％)，增加GA浓度，能使交联比增加，交联度也随之增大但是交联度增大主要是增加所形成的PVA薄膜的致密度，提高PVA薄膜在水溶液中的稳定性和强度，GA浓度对固定度增加的影响不如PVA明显图4．6PvA／GA浓度对固定度的影响(5)机械性能高分子材料的机械性能是指在机械作用时的力学性质，包括拉伸、撕裂、压缩、弯曲、扭转、磨擦、磨损、疲劳等作用，是高分子材料的重要物理性质之一无造布属于高分子材料的织物，影响其机械稳定性的因素很多织物的拉伸、撕裂等机械性能除了与所用的纤维和纱线性质有关外，也和织物本身的结构特征有关当所用的纤维和纱线性质相同时，织物的结构不同往往会给机械性能造成很大的差异。

织物的纤维和纱线的机械性能主要受纤维内部分子结构的影响：大分子的聚合度、大分子的取向度、纤维的结晶度另外空气中的温湿度也影响其机械性能PVA形成的高分子膜，其力学性质主要与主链的化学键和分子间的作用力有关增加高分子的极性、产生氢键，或者适度的交联都可以提高其力学稳定性对于复合膜来说，界面性质是复合材料的重要因素之一，其存在和作用对复合材料的性能极为重要特别是对于纤维增强复合材料来说．如果没有—个有机结合的界面，如果界面不能有效地传递应力．则复合材料的力学性质将会变差膜属于粘弹性体，在压力作用下，膜会发生压缩和剪切蠕变，出现压密现象，结果导致膜通量降低当压力消失后，再给膜施加相同压力，膜通量也只能出现暂时回升，很快又出现下降这表明由于膜的蠕变使膜产生几乎不可逆的变形影响膜蠕变的因素很多，如高分子材料的结构，施加的压力、温度、作用时间、环境介质等随着时间的增加，膜蠕变继续发展，膜通量会逐渐缓慢下降，直到失去使用价值通过改变高分子链节结构，在主链中引入刚性的苯环或进行交联，是减少膜蠕变的重要手段，具有高度交联结构的复合膜蠕变很小，压密系数很低，因而膜的透过性能也相当稳定增加膜机械强度的另一个方法，是将膜直接制作在高强度的支撑材料上，目前作为膜支撑材料的有无纺布、玻璃纤维、涤纶、氯纶、锦纶等。

在制膜温度一定时，制膜液浓度是影响制膜液粘度的主要因素，粘度过高或过低都不适合用涂敷法制备复合膜，制膜液浓度高低还影响复合膜的机械性能改性前后无纺布的拉伸强度及撕裂强度的测试结果分别如图4．7、4．8、4．9所示(PVA／GA浓度为零的点代表未改性无纺布)，改性无纺布的拉伸强度和撕裂强度均大于未改性无纺布，这主要与改性无纺布表面复合的PVA薄膜以及无纺布的纤维之间充满的PVA凝胶有关图4．7PVA浓度及GA浓度对拉伸强度的影响图4．8PVA浓度及GA浓度对断裂伸长率的影响图4．9PVA浓度及GA浓度对撕裂强度的影响在PVA浓度为0．5wt％时，从图4．7、4．8可以看出，当GA浓度小于2．5wt％时，随着GA浓度的增加，拉伸强度逐渐增大，断裂伸长率逐渐减小；当GA浓度大于2．5wt％时，随着GA含量增加拉伸强度降低，断裂伸长率则有所增加这是因为当改性无纺布受到拉力时，通过PVA凝胶与无纺布纤维的界面作用，PVA凝胶将载荷传递给纤维，由PVA凝胶和纤维共同承担所受到的拉力在GA浓度小于2．5wt％时，随着GA浓度的增加，凝胶网中的有效承载网链数目增多，分子间作用力增大，使分子链的柔顺性和大分子链的变形、重排能力下降，分子链松弛过程变得困难，所以拉伸强度随着GA浓度的增大而增强，断裂伸长率则逐渐减小；当GA浓度大于2．5wt％时，随着交联反应的进行，空间位阻增大，支化反应增多，使凝胶网络中的有效承载网链数逐渐减少，分子链的柔顺性以及大分子链的变形和重排能力增强，分子链松弛过程变得容易，所以拉伸强度又开始下降，断裂伸长率开始增加。

从图4．9可以看出，撕裂强度随GA浓度的变化与拉伸强度的变化相似，同样在GA浓度为2．5wt％时达到最大值这是由于交联反应形成的PVA薄膜覆盖在无纺布表面，使表面能增大，塑性流动过程所需耗散的能量也增大，导致撕裂强度随着GA含量的增大而增强在GA浓度固定为2．0wt％时，增加PVA的浓度，主要增加凝胶中由于氢键作用而发生的物理交联点数因此，随着PVA浓度的增加，凝胶和无纺布纤维分散所施加外力的能力也随之增强，因此，拉伸强度随着PVA浓度的增加而增大，断裂伸长率随着PVA浓度的增加而减小在PVA浓度为0．8wt％时，拉伸强度出现最大值，而断裂伸长率则出现最小值撕裂强度随PVA浓度的变化与拉伸强度的变化相同，在PVA浓度为0．8wt％时达到最大值由此可见，PVA改性增强了无纺布的机械性能，但受GA浓度和PVA浓度的限制1.1 聚乙烯醇的性能聚乙烯醇是一种无色塑胶，由聚乙烯酯(通常为聚乙酸乙烯酯)受酸或碱水解作用而得完全水解的聚乙烯醇，仍含约5%剩余乙酸基在内聚乙烯醇的物理性质、抗水性及与韧化剂的混合性等与其水解程度有关，即与其在最终制品中的乙酸基与氢氧基之比例有关聚乙烯醇对于有机溶剂及气体皆为不透性，亦不能与之混和。

除多元醇类、氨醇类以外，对能与水混合的多数溶剂皆能抗耐完全水解的聚乙烯醇能溶于热水水解程度愈低，对水的抗力愈大，加入各种添加物亦能增加其抗水性聚合物粘度可通过调节其最初所用聚乙烯乙酸酯的粘度进行控制1.1.2 聚乙烯醇的性状 干燥无塑性的聚乙烯醇为有机化合物，白色片状、絮状或粉末状固体，无味，无污染可在80--90℃水中溶解，不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等，微溶于二甲基亚砜聚乙烯醇是重要的化工原料，有良好的耐磨性， 粘结力极强，耐油及化学药品，具有长链多元醇酯化、醚化、缩醛化等化学性质，用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶合成纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等 1.3 聚乙烯醇的常用数据比重1．27～1．31；折光率1．49～1．53；闪点200℃；抗张强度53.779～抗张强度53.779～；伸长率l80～250%；抗扯强度高；耐油脂、有机溶剂；耐日光性优良；中毒燃烧性1.4 聚乙烯醇的水溶性近十几年来，国际市场上PVA作为粘结剂用品种发展很快，而国内这方面的发展较慢，仍以纤维使用为主。

在这方面存在如下问题:国内生产的纤维级PVA聚合度很高(1700)，醇解度大于99%，由于其侧基—H和—OH的体积小，可进入结晶点中而不造成应力，故PVA大分子中的羟基之间会以氢键形式相互缔合在一起，大分子之间排列整齐(定向度高)，水分子难以进入PVA的大分子之间，而使溶剂化作用困难，水溶性变差聚乙烯醇的水溶性随其醇解度的高低有很大差别醇解度为87%～89%的产品水溶性最好，不管在冷水还是在热水中它都能很快地溶解，表现出最大的溶解度醇解度在89%～90%以上的产品，为了完全溶解，一般需加热到60～70℃醇解度为99%以上的聚乙烯醇只溶于95℃的热水中，而醇解度在75%～80%的产品只能溶于冷水，不溶于热水PVA醇解度降低，溶解性提高，是由于-OCOCH3的增多，进一步削弱了氢键的缔合，破坏了PVA大分子的定向性，从而使水分子容易进入PVA大分子之间，提高了溶剂化作用但-OCOCH3是疏水性的，它的含量过高会使PVA的水溶性下降，所以当醇解度在66%以下时，水溶性下降，直到醇解度降到50%以下，聚乙烯醇即不再溶于水因此，从水溶性要求来说，以醇解度为85%～88%的PVA为好另外，随着聚合度的增加，PVA分子链增长，分子之间的作用力增强、缠结增多，使它的水溶性也逐渐降低，溶液黏度增大。

1.5 成膜性及粘接力聚乙烯醇(PVA)作为一种水溶性合成粘结剂，它的粘接机理是加热时溶剂挥发，PVA分子紧密接触依靠分子间的吸附作用形成具有一定机械性能的膜，从而发挥黏结剂的性能因此，PVA碳链的长短及醇解度的大小直接影响着膜的物理机械性能一般聚合度高，强度大，但目前使用的聚合度1700的PVA有些过高，在实际使用过程中，易起浆皮另外，PVA的醇解度，因影响着分子中疏水基团含量和分子间氢键的作用大小，所以醇解度的降低，同样会引起膜机械性能的降低但疏水基团含量的改变，根据“相似相容”原理，它对被粘物的粘接力有所改变1.6 热塑加工性能聚乙烯醇(PVA)含有大量的羟基，能形成大量的分子内和分子间氢键，其熔融温度与分解温度，非常接近，难以热塑加工目前市售的PVA膜大多采用流延法生产，但流延法生产周期长、效率低、质量不稳定，工人操作劳动强度大、成本高，从而限制了PVA膜的应用。