极性半结晶性聚合物/结晶性稀释剂体系的热致相分离研究

热致相分离已日益成为制备高性能聚合物多孔分离膜的有效方法，稀释剂是成膜体系中的重要组成部分，对膜孔结构的形成与调控不可或缺。迄今采用的稀释剂在常温下多呈液态，其低温结晶过程对膜结构的影响可以忽略，如何回收循环利用则尚未获关注。虽有聚丙烯等非极性聚合物/结晶性稀释剂热致相分离体系的研究报道，极性半结晶性聚合物/结晶性稀释剂成膜体系由于两组分之间存在较强相互作用而更具科学意义和实用前景。我们研究一系列聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等极性半结晶性聚合物/结晶性稀释剂体系，系统考察其热致相分离过程，组合实验手段和密度泛函理论计算阐明聚合物、稀释剂之间的相互作用，探讨热致相分离过程中两者的结晶行为及其相互关系，揭示稀释剂结晶对膜结构与性能的影响规律；研究添加剂对极性半结晶性聚合物/结晶性稀释剂体系的热致相分离行为的影响，建立极性聚合物热致相分离膜的结构与性能调控方法，为聚合物多孔分离膜的绿色制备提供理论基础。

热致相分离法是一种制备高孔隙率聚合物多孔膜的有效手段，但该方法长期局限于非极性半结晶性聚合物膜的制备，对于聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素等极性半结晶性聚合物缺乏深入和系统的研究。经过四年的系统探索，我们取得的主要亮点包括：1）结合密度泛函理论计算、蒙特卡洛模拟、红外二维光谱分析和相分离行为测定，从理论和实验角度筛选了适合聚丙烯腈和聚偏氟乙烯的结晶性稀释剂或混合稀释剂体系，实现了上述两种极性半结晶性聚合物与稀释剂混合体系的固固、液-固或液液热致相分离过程的调控；2）建立了系统的热致相分离调控极性半结晶性聚合物多孔膜的方法，发现稀释剂二甲基砜的结晶影响聚合物的结晶、混合体系的相分离行为和膜孔的结构形态，可通过控制稀释剂的结晶和最终的晶体形态来设计具有不同孔道的极性半结晶性聚合物多孔膜；3）制备了一系列基于聚丙烯腈和聚偏氟乙烯的微滤膜材料，其中的双不对称聚偏氟乙烯微孔膜可用于高性能锂离子电池隔膜，显示出装液速度快、保液率高、稳定性优异、电池性能稳定以及热关闭性能突出等特点；4）定向冷却下的热致相分离可使得结晶性稀释剂取向结晶，从而调控所有膜孔均垂直于膜表面，这一方法可用于制备聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、醋酸纤维素、聚乳酸以及聚砜和聚苯乙烯等多种聚合物垂直取向孔膜；5）以垂直取向孔膜作为底膜，结合界面聚合制备正渗透膜，可显著消除膜孔内部的浓差极化问题，从而极大地提高了正渗透膜的水通量。相关研究成果包括：发表SCI收录论文16篇，其中影响因子3.0以上论文13篇、1篇论文获2015年冯新德最佳论文提名奖，投稿和即将投稿论文3篇；获发明专利授权3项，参加国内外学术会议10人次；参与中文专著1章/部；培养博士研究生4名、硕士研究生2名；课题负责人获2015年浙江省自然科学一等奖和2013年宁波市科技进步一等奖各1项。