專利名稱：一種測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用改進的浸潤法測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法。
背景技術(shù)：
聚合物的孔隙率是聚合物膜的微孔總體積與膜的總體積之比，它是衡量膜通量的一個重要參數(shù)。這是因為對于孔徑大致相同的聚合物膜，孔隙率越大，表明單位面積上微孔數(shù)量越多，相應(yīng)地在同等壓力下流體的通量就越大；反之通量就越小，因此膜的孔隙率在膜表征中具有重要的意義。目前測試聚合物膜孔隙率的方法主要有如下三種，即電子顯微鏡直接觀察法、四氯化碳吸附法、干膜-濕膜浸潤法。電子顯微鏡直接觀察法包括掃描電鏡法和透射電鏡法，掃描電鏡法能直接觀測 到聚合物膜頂層表面形貌及孔徑，其分辨本領(lǐng)可達10nm，掃描電鏡可以清晰的觀察到聚合物膜的全部結(jié)構(gòu)，包括膜頂層表面、過濾層和底層表面的孔大小。透射電鏡的分辨本領(lǐng)為O. 5 O. 7nm，采用超薄切片獲得的透射電子顯微圖像能呈現(xiàn)完整的孔結(jié)構(gòu)。掃描電鏡和透射電鏡測定膜孔隙率，是在獲得合適放大倍數(shù)的顯微圖像后，在它上面一定面積內(nèi)沿相垂直的兩方向隨機測量一定數(shù)量孔的總面積，將其除以膜的總面積，從而獲得膜的孔隙率。另夕卜，也可以采用圖像分析儀分析電子顯微鏡照片直接獲得孔隙率。但是電子顯微鏡直接觀察法也有其局限性，比如①在電鏡下觀察到的只是微小的一小片，視野極為有限，所拍攝的電鏡照片不能代表膜的真實結(jié)構(gòu)該方法只能觀察膜微孔的平面結(jié)構(gòu)，無法反映出膜的所有孔結(jié)構(gòu)；③該方法需要掃描電鏡或透射電鏡，設(shè)備昂貴，并且制樣復(fù)雜，整個測試過程不易操作。四氯化碳吸附法測定聚合物膜的孔隙率是基于蒸氣在毛細管內(nèi)的凝聚現(xiàn)象，即CCl4蒸氣在多孔物質(zhì)上吸附，在相對壓力較高時會在孔中產(chǎn)生毛細管凝聚，凝聚的孔大小與相對壓力之間的關(guān)系可以用Kelvin方程計算，在獲得聚合物膜孔體積的基礎(chǔ)上，根據(jù)聚合物膜的真密度計算出膜的孔隙率。然而，這種方法為了使聚合物膜對CCl4的吸附達到平衡，需要在恒定溫度下放置16h，十分耗費時間，而且由于014表面張力和密度的限制，這種方法僅適用于孔半徑小于40nm的聚合物膜。干膜-濕膜浸潤法也稱為吸水率法，它是先將試樣浸潰吸水，一般為將試樣放在盛有蒸餾水的煮沸器中，加熱至沸騰后繼續(xù)煮沸2h，使樣品被水飽和。然后在測量被水飽和的樣品在水中的重量即懸浮重、被水飽和的樣品在空氣中的重量即濕重以及樣品被完全干燥后的重量即干重，最后根據(jù)公式計算得到樣品的孔隙率。然而，眾所周知，聚合物膜在高溫煮沸過程中其孔結(jié)構(gòu)必然會發(fā)生變化，從而影響膜真實孔隙率的測定，因此干膜-濕膜浸潤法測定聚合物膜孔隙率的結(jié)果也不夠準確。干濕膜重量法也可以測定聚合物膜材料的孔隙率，它是一種簡化的吸水率法，先測定干膜的質(zhì)量W1，然后將干膜浸入能潤濕膜材料的液體(其密度為P *)中，，取出后擦干稱重得到W2，再按照ε = (W2-W1Vp aV計算孔隙率，但這種計算方法中膜的體積V不容易準確測得，因而也存在誤差。此外，測定膜材料孔隙率的方法還有壓汞法[12]、體積重量法M等，但壓汞法測定膜孔隙率的過程略顯復(fù)雜，而且體積重量法僅能得到膜的總氣孔率，不能反映膜的開孔氣孔率,因此這兩種方法也各有缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于改進的浸潤法測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，以克服上述方法的缺點，測得聚合物膜準確的孔隙率，可以利用板式膜浸潤組件使水透過聚合物膜，通過對水壓力、施壓時間的控制使水充滿膜孔，再經(jīng)過測量膜的懸浮重、濕重及干重，計算得到膜的孔隙率。為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于，包括以下步驟 I)膜浸潤在板式膜浸潤組件中進行，組件分上下兩層，水從組件上層空間流入，從組件下層空間流出，在組件中間加入待測聚合物多孔板式膜，在O. 01 O. 5MPa的壓力下將水壓入板式膜浸潤組件中，使水通過待測聚合物多孔板式膜，時間為5min 60min ；2)將待測聚合物多孔板式膜材料從板式膜浸潤組件中取出，把待測膜樣品懸掛在密度天平的掛鉤上，浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa ；3)將待測膜材料從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦掉，用天平稱量待測聚合物多孔板式膜材料在空氣中的質(zhì)量Wb ；4)將待測聚合物多孔板式膜材料在空氣中烘干，直至前后兩次烘干后質(zhì)量差為O O. OOlg，稱量待測膜材料在空氣中的質(zhì)量W。；5)將步驟I) 4)測得的數(shù)值代入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，計算孔隙率。上述方法中，步驟I)中聚合物多孔板式膜材料的聚合物種類包括聚乙烯醇縮丁醛、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇。步驟3)中飽含水的布為紗布、無紡布、毛巾等能吸水的布。本發(fā)明的工藝原理是在一定壓力和施壓時間下，水能夠充滿聚合物多孔板式膜的孔，再利用密度天平測量被水飽和的膜在水中的質(zhì)量即懸浮重、被水飽和的膜在空氣中的質(zhì)量即濕重以及膜干燥后的質(zhì)量即干重，最后計算得到聚合物多孔板式膜的孔隙率。本發(fā)明的特點是膜浸潤在板式膜浸潤組件中進行；從組件上層流入聚合物多孔板式膜的水壓力為O. 01 O. 5MPa ;在壓力下水通過膜的時間為5min 60min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是I、本發(fā)明采用將水壓入膜孔的方法，避免了高溫煮沸對聚合物膜孔結(jié)構(gòu)的影響，提高了浸潤法測量膜孔結(jié)構(gòu)的準確性。2、與電子顯微鏡直接觀察法相比，具有測試設(shè)備簡單、工藝方法簡便的優(yōu)點；與四氯化碳吸附法相比，本方法具有操作時間短、無污染的優(yōu)點。說明書附I為板式膜浸潤組件的剖面示意圖，其中各序號分別代表1、膜組件，2、水進口，3、水出口，4、待測板式膜。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步闡述，但本發(fā)明所保護范圍不限于此。實施例I取聚乙烯醇縮丁醛多孔板式膜，將其放置在板式膜浸潤組件中，調(diào)整水的壓力為O. OlMPa，使水通過膜的時間為60min，以使水完全充滿膜的孔隙。把聚乙烯醇縮丁醛多孔板式膜從膜浸潤組件中取出，將其掛在密度天平的掛鉤上，浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa = O. 0422g。將聚乙烯醇縮丁醛多孔板式膜從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦掉，用天平稱量聚乙烯醇縮丁醛多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量Wb = O. 2930g。
將聚乙烯醇縮丁醛多孔板式膜在空氣中烘干，直至前后兩次烘干后質(zhì)量相差為O. 0002g，稱量聚乙烯醇縮丁醛多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量W。= O. 1134g。將上述稱量數(shù)值帶入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，計算孔隙率為71.61%。實施例2取聚偏氟乙烯多孔板式膜，將其放置在板式膜浸潤組件中，調(diào)整水的壓力為O. IMPa，使水通過膜的時間為40min，以使水完全充滿膜的孔隙。把聚偏氟乙烯多孔板式膜從膜浸潤組件中取出，將其掛在密度天平的掛鉤上，浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa = O. 0571g。將聚偏氟乙烯多孔板式膜從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦掉，用天平稱量聚偏氟乙烯多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量Wb = O. 3573g。將聚偏氟乙烯多孔板式膜在空氣中烘干，直至前后兩次烘干后質(zhì)量相差為
O.OOOlg，稱量聚偏氟乙烯多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量W。= O. 1762g。將上述稱量數(shù)值帶入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，計算孔隙率為60. 32 %。實施例3取聚四氟乙烯多孔板式膜，將其放置在板式膜浸潤組件中，調(diào)整水的壓力為
O.2MPa，使水通過膜的時間為20min，以使水完全充滿膜的孔隙。把聚四氟乙烯多孔板式膜從膜浸潤組件中取出，將其掛在密度天平的掛鉤上，浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa = O. 0525g。將聚四氟乙烯多孔板式膜從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦掉，用天平稱量聚四氟乙烯多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量Wb = O. 3033g。將聚四氟乙烯多孔板式膜在空氣中烘干，直至前后兩次烘干后質(zhì)量相差為
O.0004g，稱量聚四氟乙烯多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量W。= O. 1292g。將上述稱量數(shù)值帶入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，計算孔隙率為69. 41 %。實施例4取聚氯乙烯多孔板式膜，將其放置在板式膜浸潤組件中，調(diào)整水的壓力為O. 4MPa，使水通過膜的時間為lOmin，以使水完全充滿膜的孔隙。把聚氯乙烯多孔板式膜從膜浸潤組件中取出，將其掛在密度天平的掛鉤上，浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa = 0. 0723g。將聚氯乙烯多孔板式膜從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦掉，用天平稱量聚氯乙烯多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量Wb = 0. 3955g。
將聚氯乙烯多孔板式膜在空氣中烘干，直至前后兩次烘干后質(zhì)量相差為O. 0005g,稱量聚氯乙烯多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量W。= O. 2052g。將上述稱量數(shù)值帶入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，計算孔隙率為58. 88 %。實施例5取聚乙烯醇多孔板式膜，將其放置在板式膜浸潤組件中，調(diào)整水的壓力為O. 5MPa，使水通過膜的時間為5min，以使水完全充滿膜的孔隙。把聚乙烯醇多孔板式膜從膜浸潤組件中取出，將其掛在密度天平的掛鉤上，浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa = O. 0672g。將聚乙烯醇多孔板式膜從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦掉，用天平稱量聚乙烯醇多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量Wb = O. 3322g。將聚乙烯醇多孔板式膜在空氣中烘干，直至前后兩次烘干后質(zhì)量相差為O. 0002g,稱量聚乙烯醇多孔板式膜在空氣中的質(zhì)量W。= O. 1662g。將上述稱量數(shù)值帶入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，計算孔隙率為62. 64%。
權(quán)利要求
1.一種測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)膜浸潤在板式膜浸潤組件中進行，組件分上下兩層，水從組件上層空間流入，從組件下層空間流出，在組件中間加入待測聚合物多孔板式膜，在0.01 0. 5MPa的壓力下將水壓入板式膜浸潤組件中，使水通過待測聚合物多孔板式膜，時間為5min 60min ； 2)將待測聚合物多孔板式膜材料從板式膜浸潤組件中取出，把待測膜樣品懸掛在密度天平的掛鉤上，浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa ； 3)將待測膜材料從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦掉，用天平稱量待測聚合物多孔板式膜材料在空氣中的質(zhì)量Wb ； 4)將待測聚合物多孔板式膜材料在空氣中烘干，直至前后兩次烘干后質(zhì)量差為0 0.OOlg，稱量待測膜材料在空氣中的質(zhì)量W。； 5)將步驟I) 4)測得的數(shù)值代入公式e= (Wb-WeV(Wb-Wa),計算孔隙率。
2.如權(quán)利要求I所述的測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于步驟I)中聚合物多孔板式膜材料的聚合物種類包括聚乙烯醇縮丁醛、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇。
3.如權(quán)利要求I所述的測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于步驟3)中飽含水的布為紗布、無紡布、毛巾等能吸水的布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，包括如下步驟將待測聚合物多孔板式膜材料加入到板式膜浸潤組件中，在0.01～0.5MPa的壓力下，使水通過待測膜材料5min～60min，并使水充滿膜孔，然后將待測膜材料從組件中取出，懸掛在密度天平的掛鉤上并浸入到水中，測得待測膜的質(zhì)量為Wa，接著將待測膜材料從水中取出，用飽含水的布將膜表面的水擦干，測得膜材料在空氣中的質(zhì)量Wb，隨后將待測膜在空氣中烘干至恒重，測得膜在空氣中的質(zhì)量Wc，最后按照公式ε＝(Wb-Wc)/(Wb-Wa)計算得到膜的孔隙率。本發(fā)明采用的測定聚合物多孔板式膜孔隙率的方法，避免了傳統(tǒng)浸潤法中的高溫煮沸過程對聚合物膜孔結(jié)構(gòu)的影響，具有工藝簡單、測定結(jié)果準確的特點。
文檔編號G01N15/08GK102809531SQ20121030637
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者張亞彬, 肖長發(fā), 張亞杰, 安樹林 申請人:天津工業(yè)大學(xué)