1、毕业论文文献综述 高分子材料与工程 聚 4-甲基戊烯 -1 薄膜选择性分离性能的研究 1 研究背景 TPX 化学名称是聚 4-甲基戊烯 -1，以丙烯的二聚体 4-甲基戊烯 -1 为单体聚合而成。它是一种具有立体规整结构的高结晶型透明聚烯烃，被意大利纳塔等人在 1956 年首次合成。到 1975 年日本三井石油化工业株式会社才开始大规模生产，至今已成为世界上主要的供应者 1。 TPX 的主要性能有： 、 TPX 的密度只有 0.83g/cm3，是目前为止密度最小的树脂 9。 、 TPX 具有很好的透气性，对水蒸气及 O2、 N2 等气体的渗透率 为聚乙烯（ PE）的 10 倍 3。 、在常温下
2、TPX 的机械性能（拉伸强度、弯曲模量、断裂强度等）都可与聚丙烯（ PP）相媲美，而升高温度后， TPX 表现出更好的柔性、断裂伸长和冲击强度。 、透光性能介于有机玻璃和聚苯乙烯之间，并且它对可见光的透过率达 90%，对紫外线的透过率比玻璃以及其他透明树脂还要好； TPX 在远红外区的光学性能优良 4。TPX 的透光率不随加工条件和产品的厚度的变化而变化，因此，适宜做透明制品。 、 TPX 膜对氧气、氮气的透气速率 cm/(cm2 s cmHg)， 25 为： O2： 27 10 10、 N2： 6.5 10 10，两者相差较大，因此具有分离 O2、 N2 的能力，所以可以作为气体分离的富氧膜
3、，在氧氮分离中有很好的应用前景 5。 、 TPX 均质膜在对氯代烃 /水混合液的选择性分离中，表现为有机液优先透过，在含有少量有机液的污水处理过程中有非常好的应用前景 13。 2、 TPX 膜的研究进展 在国外， TPX 很早就是许多学者研究的热点，它的性能也被研究者了解得越来越多，而随着研究的进一步加深，其应用也在不断扩大。 TPX 被用来制备微孔材料越来越广泛，主要有微孔膜和泡沫材料。常用溶剂 /非溶剂致相分离 (湿相转换法 )法制取 TPX 微孔膜材料，已被广泛应用于很多气相液相分离中。 另外，可以用熔融法或溶液法制备中空纤维膜，这种膜已被成功运用于氧 /氮分离、1 氦的回收、 C2、
4、C3 等烷烃的分离 13。 2.1 对 TPX 膜的形态结构的研究 张世民等人 6用溶液浇铸法制备 TPX 薄膜，研究了不同的溶剂对 TPX 膜的结晶性以及表面结晶形态的影响。结果表明，环己烷的溶解能力差、蒸汽压高，所得膜的结晶度低（质量分数约 14.1%），并且此时膜的表面呈环状球晶；相反，三氯乙烯、四氯乙烯的溶解能力强，蒸汽压低，成膜时溶剂的蒸发速度较 慢，所得膜的结晶度较高（质量分数分别为 22%、 26%）；同时又由于三氯乙烯蒸汽压是四氯乙烯的 4 倍，采用四氯乙烯制得的膜结晶度高于用三氯乙烯制得的膜的结晶度，并且此时三氯乙烯膜的表面既有环状球晶形态、又有片状结晶形态，而四氯乙烯表面有
5、清晰的结晶纹路，这都是因为三氯乙烯的挥发较快造成的。 曾一鸣等人 2以浇铸法制备了 TPX 薄膜，研究了 环己烷、三氯乙烯以及 其等体积的混合物为溶 剂 对 TPX 膜结晶度和形态结构的影响，结果表明，环己烷溶剂浇铸的 TPX膜结晶度最低，三氯乙烯浇铸的 TPX 膜结晶度最高。而由环己烷与三氯乙烯 混合溶剂所制得的 TPX 膜，其结晶性质介于构成混合溶剂的两种单组分溶剂制得的膜之间，其结论与上述结论一致。 2.2 对 TPX 膜的渗透汽化分离性能的研究 蒋晓钧等人 2以环己烷、三氯乙烯以及其等体积的混合物为溶剂，以溶液法制备了 TPX 的薄膜，并研究了成膜溶剂对膜的渗透汽化特性的影响。结果表明
6、，以三氯乙烯为溶剂所得的 TPX 膜对二氯甲烷 /水混合体系的分离系数小于以环己烷为溶剂所得的TPX 膜。以环己烷 /三氯乙烯混合溶剂所得到的 TPX 膜结晶度介于两种单组分溶剂所成膜之间，但是它对二氯甲烷 /水体系的分离系数却是最高的 。以环己烷 /三氯乙烯的混合溶剂所得 TPX 膜对三氯甲烷 /水体系的分离系数相对最高，以环己烷为溶剂浇铸的 TPX膜对三氯甲烷的分离系数却小于以三氯乙烯为溶剂的 TPX 膜。 蒋晓钧等人 7以结晶性聚合物聚 4-甲基戊烯 -1(TPX)为膜材质，制备了 TPX 均质膜，研究了 TPX 膜对二氯甲烷、三氯甲烷和 1， 2-二氯乙烯等氯代烃有机液 /水混合体系的
7、渗透汽化 (PV)特性间的关系，结果表明： 1）、聚 4-甲基戊烯 -1(TPX)均质膜，用于氯代烃 /水混合液的选择性分离，表现为有机液优先透过。 2）、以 TPX 膜对二氯甲烷 /水、三 氯甲烷 /水和 1， 2-二氯乙烯 /水混合体系进行了渗透汽化分离实验，其渗透汽化分离的综合特性较好。其中，当操作温度为 50、透过侧2 压力为 100 Pa 时，膜对浓度为质量分数 0.62%的三氯甲烷 /水混合体系的分离系数 O/W达到 656.7，通量 J 达到 158.4 g/(m2 h)，显示了极其优越的透过分离性能。 3）、通过对 TPX 的红外光谱测定，分析了 TPX 膜在渗透汽化过程中晶区
8、的变化，表明膜材质高分子无定形区域的增大对渗透汽化透过分离有明显的贡献。 陈观文等 9以聚 4-甲基戊烯 -1(TPX)为有机液优先透过膜材 质，对吡啶、四氢呋喃和丁酮与水的混合液进行了 PV分离实验。研究表明 TPX 膜对吡啶 /水体系均表现为吡啶优先透过。随着吡啶浓度的增大， TPX 膜的分离系数和通量都略有上升。 TPX 膜对丁酮 /水混合液表现为丁酮优先透过。随着丁酮浓度的增加， TPX 膜对丁酮 /水体系的通量增大，而分离系数下降。 TPX 膜对四氢呋喃 /水混合液表现为四氢呋喃优先透过。随着四氢呋喃浓度的增加， TPX 膜对四氢呋喃 /水体系的通量和分离系数都上升。 3、 TPX
9、膜的应用前景 目前， TPX 薄膜主要用于保鲜膜包装，由于其透湿、透气性较好，包装新鲜的食品时，能 使新鲜食品长期保存。在食品包装方面，可以将 TPX 制成层压纸板，代替通用的铝铂；还可以用 TPX 制造用于高温的包装容器、烘烤盘筐和冰箱抽屉等食品器皿。TPX 微孔膜也可用于人工肾的渗析膜、 N2/O2 的分离膜等。 TPX 树脂膜正处于发展阶段，吹塑成型的 TPX树脂薄膜是包装的好材料；也可以在长纸板上复盖厚度大约为 0.025mm的 TPX 薄膜涂层，实际应用表明，这类产品有很好的应用前景；预计 TPX 树脂在单面涂层包装容器方面的应用有极大的潜力。 TPX 树脂膜将逐渐成为许多产品的重要
10、包装材料，具有较高的经济价值 13。 4、 TPX 膜研究方向 (1)进一步研究制备同时具有高选择性、高透过性的 TPX 膜 12。 (2)进一步探索新的成膜工艺 (这是膜技术发展的关键 )。用同样材料，制备出更薄，更致密的膜，使之达到事半功倍的效果。 (3) 应加快在环保、节能、精细化工中有很好前景的膜分离技术的推广应用速度，使之逐步替代传统的分离方法。 (4)开发计算机软件技术，以配合选择性分离膜的研究与应用 10。 3 参考文献 1 张素霖 . 展望 TPXJ. 塑料工业 , 1984, 5455. 2 蒋晓钧 , 曾一鸣 . 成膜溶剂对聚 4-甲基戊烯 -1 膜形态结构及渗透汽化特性的
11、影响 J. 功能高分子学报 , 2001,14(2): 133137. 3 钱知勉 . 塑料性能应用手册 M(修订版 ). 上海 : 科学技术文献出版社 , 1987, 7681. 4 区英鸿 . 塑料手册 M. 北京 : 兵器工业出版社 , 1991, 120122. 5 陶海俊 . 聚 4-甲基 -1-戊烯微孔膜的研究进展 J. 化工进展 , 2006, 25(3): 275280. 6 张世民 , 龙程奋 , 陈观文 . 成膜溶剂对聚 4-甲基戊烯 -1 膜的形态结构 和透过行为的影响 .膜的结晶性质与表面形态 J. 高分子学报 , 1989, 6: 684689. 7 蒋晓钧 , 曾一
12、鸣 , 陈观文 . 聚 4-甲基戊烯 -1 对有机液 /水混合体系的渗透汽化分离 J. 膜科学与技术 , 2001, 21(5): 5861. 8 A. Danch and A. Gadomski. On thermal properties of poly(4-methyl-1-pentene) membranes cast from solution J. Journal of Thermal Analysis, 1995, 45: 11751181. 9 蒋晓钧 , 曾一鸣 , 施艳荞 , 陈观文 . PTMSP 与 PMP 膜渗透汽化分离性能的研究比较J. 功能高分子学报 , 2001
13、, 6: 153156. 10 刘维昕 . 气体分离膜综述 J. 辽宁化工 , 2002, 31(3): 123124. 11 Juha-Matti Levgsalmi and Thomas J. McCarthy, Gas Permeability of Surface-Selectively Chlorinated Poly(4-methyl- l-pentene) J. Macromolecules, 1995, 28(6): 1733-1738. 12 周建 . 温敏聚氨酯膜用于不同尺寸物质的选择性分离 J. 高分子学报 , 2010, 3: 308-315. 13 陶海俊 , 张军 . 聚 4-甲基戊烯 -1(TPX)的加工和应用 J. 合成塑料老化与作用 , 2006, 35(2): 5054.
