咪唑基離子液體改性水性聚氨酯滲透汽化膜制備與性能研究.pdf

1、水性聚氨酯(WPU)膜材料具有良好的成膜性、選擇性和滲透性等，近年來成為滲透汽化領(lǐng)域的研究熱點之一。咪唑基離子液體具有較高的熱穩(wěn)定性、對特定芳香族化合物特定的選擇性和綠色環(huán)保等特性，越來越多地應(yīng)用于改性材料制備中。本文設(shè)計合成五種陰、陽離子型咪唑基離子液體和一種雙鍵離子液體，研究其制備技術(shù)和改性方式對水性聚氨酯滲透汽化改性膜的影響，主要內(nèi)容如下:
　　(1)設(shè)計合成了五種不同陰、陽離子型咪唑基離子液體分別為:1-乙基-3-甲基咪唑

2、六氟磷酸鹽(EMIM[PF6])，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(EMIM[BF4])，1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲酰亞胺鹽(EMIM[Tf2N])，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(BMIM[PF6])，1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(HMIM[PF6])，一種帶雙鍵離子液體1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽（[VBMIM][PF6]），通過紅外、核磁等表征手段，證明制備的離子液體具有所設(shè)計化學(xué)結(jié)構(gòu)的特征。對不同陰、陽離子液體摻

3、雜改性水性聚氨酯膜研究結(jié)果表明，EMIM[PF6]，EMIM[BF4]，EMIM[Tf2N]與WPU的相容性逐漸增大，EDX研究離子液體在膜中分布均一性是EMIM[PF6]＜EMIM[BF4]＜EMIM[Tf2N];根據(jù)TG結(jié)果可以看出，不同陰離子的熱穩(wěn)定性順序為[Tf2N]-＞[BF4]-＞[PF6]-;溶脹吸附選擇性數(shù)據(jù)表明，改性膜對苯的溶解選擇系數(shù)αs的大小依次是EMIM[PF6]/WPU＞EMIM[BF4]/WPU＞EMIM[T

4、f2N]/WPU，同時較短烷基鏈的陽離子型離子液體改性膜對苯的溶解選擇性較好。EMIM[PF6]/WPU膜、EMIM[BF4]/WPU膜、EMIM[Tf2N]/WPU膜的滲透汽化分離因子依次降低，但均高于WPU原膜，但均低于WPU原膜。而隨著陽離子中烷基鏈的增長，分離因子逐漸降低，通量逐漸增大。綜合性能對比分析顯示，可優(yōu)選EMIM[PF6]離子液體用于WPU的摻雜改性。
　　(2)采用EMIM[PF6]對WPU膜進(jìn)行摻雜改性，較優(yōu)

5、的工藝條件為:WPU固含量10wt％，攪拌速度600r/min，超聲功率100W超聲時間1.5h，微波功率115W微波時間10min。此條件下EMIM[PF6]離子液體在水性聚氨酯中分散性和成膜性較好。微觀結(jié)構(gòu)表征表明，隨著用量增大，EMIM[PF6]主要作用于WPU軟段區(qū)，含量增大使得WPU軟段玻璃化轉(zhuǎn)變溫度先增大后減少;SEM-EDX結(jié)果表明，EMIM[PF6]含量小于15wt％時可較均勻分布在聚氨酯中，EMIM[PF6]含量過量時

6、有向膜表面遷移的傾向。離子液體改性復(fù)合膜在環(huán)己烷中溶脹基本上穩(wěn)定在3.7％，而對苯的平衡DS值從58％增加到98％，說明EMIM[PF6]的加入增大改性膜對苯的親和性。
　　(3)以咪唑基離子液體為基礎(chǔ)，采用反應(yīng)活性較高的雙鍵型[VBMIM][PF6]離子液體單體接枝改性WPU，利用離子液體自身對苯的高親和性和溶解性，提高膜組分滲透性能，同時游離的陰陽離子間以靜電力作用束縛在WPU骨架上保證膜的穩(wěn)定性。通過探索反應(yīng)過程中反應(yīng)溫度、

7、引發(fā)劑用量，反應(yīng)時間和單體用量等工藝條件對改性乳液及成膜性能的影響，優(yōu)化反應(yīng)過程中的工藝條件。結(jié)果表明，改性水性聚氨酯成膜性能良好，膜表面透明均勻，但當(dāng)[VBMIM][PF6]∶WPU達(dá)到15∶100時，膜出現(xiàn)裂紋，成膜性受到破壞，說明[VBMIM][PF6]含量過高導(dǎo)致離子液體自聚增加，不利于乳液成膜。TG數(shù)據(jù)顯示隨著[VBMIM][PF6]含量增加，膜的初始分解溫度（T初始）從170.0℃升至213.7℃，轉(zhuǎn)變分解溫度(Tinfle