高性能聚四氟乙烯中空纤维膜多重微孔结构设计与构建

以具有低分解温度的聚合物如聚乙烯醇为纺丝载体，以聚四氟乙烯（PTFE）为基质相，以与基质相不相容的纳米-亚微米级无机物、低分子化合物等为分散相，设计和筛选适用于PTFE凝胶纺丝制膜的多相体系，分析体系热力学稳定性和纺丝流变性，采用自有技术即凝胶纺丝-拉伸界面致孔法，研究纺丝、拉伸、烧结及后萃洗过程中基质相聚集态结构和分散相相畴尺寸、形态、分布等的控制及其相互作用，阐明多重微孔（纺丝、拉伸过程中聚合物/无机物微粒之间的界面孔及拉伸孔、基质相聚集态结构变化的结构孔、烧结及后萃洗过程中无机物微粒或低分子化合物逸出孔、溶出孔等）结构的设计与构建机制，通过赋予中空纤维膜多重微孔结构，解决单向拉伸-烧结法制成的PTFE中空纤维膜孔隙率低和通透性差等关键难题，丰富高性能聚合物中空纤维膜成形理论，为规模开发适用于含酸碱污水和低分子有机物液体等处理的耐环境、抗污染、高强度PTFE中空纤维多孔膜提供科学依据。

以聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯腈（PAN）等为纺丝载体，以聚四氟乙烯（PTFE）为基质相，以纳米-亚微米级无机物粒子(CaCO3)为分散相，组成PTFE凝胶纺丝的多相成膜体系，研究了多相成膜体系热力学稳定性和纺丝流变性，采用自有技术即凝胶纺丝-拉伸-烧结-界面致孔法制备了PTFE中空纤维膜。分析和讨论了纺丝、拉伸、烧结及后萃洗过程中基质相聚集态结构和分散相相畴尺寸、形态、分布等的控制及其相互作用。PTFE/ CaCO3杂化中空纤维膜经拉伸后，孔隙率和孔径尺寸明显变化，均随拉伸倍数增加呈增大趋势。PTFE中空纤维膜中存在烧结孔、界面孔（聚合物与无机粒子之间）和拉伸孔等。通过赋予中空纤维膜多重孔结构可较好地解决单向拉伸-烧结法PTFE中空纤维膜孔隙率低和通透性差等难题。在研究PTFE平板膜微观形貌时，可观察到膜表面存在均匀分布的微-纳米结构，它也是膜具有超疏水特性的主要原因，分析了微-纳米结构的形成原因，并通过调控微-纳米结构的尺寸对PTFE平板膜的疏水性能进行设计与调控。在研究PTFE中空纤维膜基础上，还进行了热塑性全氟聚合物-聚全氟乙丙烯（FEP）中空纤维膜研究，即以FEP为基质相，以可溶性和非可溶性纳米-亚微米级无机物、低分子有机物等构成的复合致孔剂为分散相，采用自主开发的双螺杆挤出熔融纺丝-拉伸界面致孔技术研究了具有多重孔结构特征的FEP中空纤维膜，为规模开发化学性能优异、热性能稳定、抗污染和分离性能良好的新型全氟聚合物中空纤维膜，解决关键科学问题和提供技术支撑。