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温度响应型PVDF-g-PNIPAAm多孔膜的制备及成膜机理研究
摘要：
本研究将聚偏氟乙烯（PVDF）和聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）进行共聚反应，制备温度响应型PVDF-g-PNIPAAm多孔膜，并研究了其制备过程和成膜机理。结果表明，制备过程中通过控制反应条件，实现了聚合物链的接枝及多孔膜的形成，同时通过SEM、XRD和FT-IR等手段对多孔膜进行了表征；而成膜机理方面，则通过对聚合物的结构和溶剂的挥发过程进行分析，说明了多孔膜形成的凝胶转变机制，以及溶剂挥发率和反应温度对多孔膜孔隙结构和尺寸的影响。最后，本研究也对多孔膜的应用前景进行了讨论。
关键词：温度响应型多孔膜、PVDF-g-PNIPAAm、制备过程、成膜机理、应用前景
Abstract：
Thisstudypreparedatemperature-responsivePVDF-g-PNIPAAmporousmembranebyco-polymerizingpolyvinylidenefluoride(PVDF)andpolyN-isopropylacrylamide(PNIPAAm),andinvestigateditspreparationprocessandfilm-formingmechanism.Theresultsshowedthatthegraftingofpolymerchainsandtheformationofporousmembranewereachievedbycontrollingthereactionconditionsduringthepreparationprocess,andtheporousmembranewascharacterizedbySEM,XRDandFT-IR.Thefilm-formingmechanismwasanalyzedbythestructureofthepolymerandthevolatilizationprocessofthesolvent.Thegeltransitionmechanismoftheporousmembraneformationandtheeffectofsolventvolatilizationrateandreactiontemperatureontheporestructureandsizeoftheporousmembranewereexplained.Finally,theapplicationprospectoftheporousmembranewasdiscussedinthisstudy.
Keywords:temperature-responsiveporousmembrane,PVDF-g-PNIPAAm,preparationprocess,film-formingmechanism,applicationprospect
论文正文：
1.引言
多孔膜作为一种具有高比表面积和孔径可调控的材料，在分离、过滤、催化、传感等领域有着广泛的应用前景[1-3]。其中，温度响应型多孔膜因能够在温度变化时改变孔径大小和通量，从而实现可控分离、可逆吸附和温度传感等功能，在环境监测和生物医学等领域具有很大的应用潜力[4-6]。目前，温度响应型多孔膜的制备方法主要包括模板法[7-9]、温度响应型共聚物自组装法[10-12]和单体接枝法[13-15]等。其中，共聚物自组装法是近年来研究的热点，在控制孔径大小和形态方面具有很大优势[10]。
聚偏氟乙烯（PVDF）和聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）因具有良好的热稳定性和温度响应性，且能够相容共聚，因而在温度响应型多孔膜的制备中有着广泛的应用[16-19]。本研究即将PVDF和PNIPAAm进行共聚反应，制备温度响应型PVDF-g-PNIPAAm多孔膜，并结合SEM、XRD和FT-IR等手段对该膜进行了表征。同时，本研究还探究了共聚反应的反应条件和溶剂挥发速率对多孔膜孔隙结构和尺寸的影响，以及多孔膜的凝胶转变机制。
2.实验部分
2.1实验材料
PVDF（Kureha，Japan）、PNIPAAm（Mw=50,000，Sigma-Aldrich）；过氧化苯甲酰（Sigma-Aldrich）、1,4-二氧六环（Dioxane，Sigma-Aldrich）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc，Sigma-Aldrich）、氢氧化钠（NaOH，Sigma-Aldrich）。
2.2制备PVDF-g-PNIPAAm前驱体
在75ml的标准工业瓶（SIB）中加入5g的PVDF、2ml的Dioxane和1.23g的过氧化苯甲酰（1%PVDF摩尔分数）。在热水中将SIB加热至60℃，并反应24h。反应结束后，将得到的PVDF-PAAm共聚