摘 要

乙烯-三氟氯乙烯共聚物(Ethylene-chlorotrifluoroethylene, 简称ECTFE)是乙烯和三氟氯乙烯的交替共聚物，其熔点约为240°C,密度为1.68×10³kg/m³。ECTFE耐高温.。其对于大多数化学品有出色的抗腐蚀性。同时其拥有良好的机械性能，是应用于膜分离的较为理想的材料。

本课题分为对ECTFE膜的制备和表征两部分。首先通过热致相分离法(TIPS)制备ECTFE膜。将质量分数分别为20%、25%、30%、40%的ECTFE在合适的温度下与稀释剂混合均匀，用模具制成想得到的形状。再在温度为20°C的恒温水浴槽中淬冷。然后将稀释剂萃取出来。最终能够得到成膜。

随后将制得的ECTFE膜应用到自制的膜蒸馏装置，测试膜在膜蒸馏过程中的性能(纯水通量、平均孔径、孔隙率、断裂强度、断裂伸长率、厚度、渗透通量、截留率)。膜蒸馏过程参数设置为：原料液为3.5%NaCl水溶液，原料液温度为70°C，原料液流速为60L/h，真空度为0.095MPa。

关键词：乙烯-三氟氯乙烯共聚物 热致相分离法 性能表征

Study on the Distillation Performance of ECTFE Membrane

Abstract

Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) is an alternating copolymer of ethylene and chlorotrifluoroethylene, having a melting point of about 240°C and a density of 1.68×10³kg/m³. ECTFE resists high temperatures. ECTFE resists most corrosive chemicals and organic solvents at common temperatures or high temperatures. It also has good mechanical properties and is applied as an ideal material in the field of membrane separation.

This issue is divided into two parts, including the preparation and characterization of the ECTFE membranes. In this issue, the ECTFE membranes are first prepared by thermally induced phase separation. Fix ECTFE with 20%, 25%, 30% and 40% of the mass fraction with the diluent at the appropriate temperature. Make out the shapes we need with the molds. Quench in constant temperature water baths at the temperature of 20°C. Then, Extract the diluent to obtain membranes.

Apply the ECTFE membranes to the homemade membrane distillation apparatus. Test the performance of the membranes during membrane distillation (Pure water flux, average aperture, porosity, fracture elongation, fracture strength, intercept rate, penetration flux, thickness, permeation flux and rejection). Membrane distillation process parameters are set according to: the raw material solution was 3.5% NaCl aqueous solution, the temperature of the raw material liquid was 70°C, the flow rate of the raw material liquid was 60 L/h, the vacuum degree is 0.095MPa.

Key words: Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer; Thermally induced phase separation; Characterization of performance

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 ECTFE膜的概况 1

1.2 ECTFE膜的制备 1

1.3 ECTFE膜的应用现状 3

1.4 ECTFE膜的应用前景 3

1.5 研究内容与实验方法 4

1.5.1 研究内容 4

1.5.2 实验方法 4

第二章 制备及表征 5

2.1 导语 5

2.2 实验条件 5

2.2.1 主要试剂 5

2.2.2 主要仪器 5

2.3 膜的制备 6

2.3.1 铸膜液的制备 6

2.3.2 ECTFE膜的制备 6

2.4 膜的表征 7

2.4.1 纯水通量 7

2.4.2 平均孔径 7

2.4.3 孔隙率 7

2.4.4 断裂强度 8

2.4.5 断裂伸长率 8

2.4.6 厚度 8

2.4.7 渗透通量 8

2.4.8 截留率 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 各浓度ECTFE膜的表征 10

3.1.1 纯水通量 11

3.1.2 平均孔径 11

3.1.3 孔隙率 11

3.1.4 断裂强度 11

3.1.5 断裂伸长率 12

3.1.6 厚度 12

3.1.7 渗透通量 12

3.1.8 截留率 13

3.2 膜蒸馏过程的主要影响因素 13

3.2.1 孔径大小及分布 13

3.2.2 孔隙率 14

3.2.3 疏水性能 14

3.2.4 机械性能 15

第四章 结论 16

参考文献 17

致谢 20

第一章 文献综述

含氟聚合物拥有优异的性能。其已在石化建工、汽车制造、航空航天、纺织及微电子等诸多领域获得了广阔的应用^[1-3]。含氟聚合物给社会带来的经济意义更是前所未有、令人惊叹。因此，含氟共聚物也成为了科学家与工程师们争相研究的热门课题之一。而在这之中，乙烯-三氟氯乙烯共聚物又凭借其突出的性能得到了科学家们的独特青睐，成为他们开发关注的焦点^[4]。

1.1 ECTFE膜的概况

乙烯与三氟氯乙烯共聚物简称为ECTFE。它是乙烯与三氟氯乙烯以1:1为比例聚合得到的交替共聚物。该配比在保证三氟氯乙烯本身固有的良好性能的同时，对于ECTFE优秀的热塑性能与加工性能有着极大的作用。ECTFE有着良好的耐化学品性、耐候性以及突出的耐热性。分别体现在其常温下不溶于任何已知溶剂，在干燥、潮湿、光照、炎热等环境均能保持自身的各方面性质与功能，分解温度高达350°C等方面。同时由于其自身结构中含有碳氟键，使得其拥有低密度、强韧性、高硬度、耐磨损等良好的机械性能^[4]。这使得ECTFE不但具备良好的功能，同时兼具稳定性。这在很大程度上促进了它成为人们使用的材料。

ECTFE的生产与研究由来已久，至今已逾半个世纪。美国杜邦公司曾于1946年首次成功合成乙烯与三氟氯乙烯的共聚物^[5]。ECTFE得到产品化是在1974年，应用化学组织以HALAR^®为商品名将其注册。随着20世纪80年代世界经济的高速发展，人们对于ECTFE的需求也不断增长，应用化学组织设计了新的一套设备以促进生产。1986年美国Ausimont公司从应用化学组织手中购得了ECTFE的生产技术等资源。此后，1:1交联ECTFE的生产便由Ausimont公司独占，该市场形势一直延续至今^[6]。

1.2 ECTFE膜的制备

商品ECTFE最初的合成方法是悬浮共聚法^[7]。目前对于含氟共聚物的研究主要将其制备方法总结为四类。一、悬浮共聚法；二、乳液共聚法；三、后乳化合法；四、强力剪切乳化法^[8]。