专利名称：一种测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用改进的浸润法测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法。
背景技术：
聚合物的孔隙率是聚合物膜的微孔总体积与膜的总体积之比，它是衡量膜通量的一个重要参数。这是因为对于孔径大致相同的聚合物膜，孔隙率越大，表明单位面积上微孔数量越多，相应地在同等压力下流体的通量就越大；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义。目前测试聚合物膜孔隙率的方法主要有如下三种，即电子显微镜直接观察法、四氯化碳吸附法、干膜-湿膜浸润法。电子显微镜直接观察法包括扫描电镜法和透射电镜法，扫描电镜法能直接观测 到聚合物膜顶层表面形貌及孔径，其分辨本领可达10nm，扫描电镜可以清晰的观察到聚合物膜的全部结构，包括膜顶层表面、过滤层和底层表面的孔大小。透射电镜的分辨本领为O. 5 O. 7nm，采用超薄切片获得的透射电子显微图像能呈现完整的孔结构。扫描电镜和透射电镜测定膜孔隙率，是在获得合适放大倍数的显微图像后，在它上面一定面积内沿相垂直的两方向随机测量一定数量孔的总面积，将其除以膜的总面积，从而获得膜的孔隙率。另夕卜，也可以采用图像分析仪分析电子显微镜照片直接获得孔隙率。但是电子显微镜直接观察法也有其局限性，比如①在电镜下观察到的只是微小的一小片，视野极为有限，所拍摄的电镜照片不能代表膜的真实结构该方法只能观察膜微孔的平面结构，无法反映出膜的所有孔结构；③该方法需要扫描电镜或透射电镜，设备昂贵，并且制样复杂，整个测试过程不易操作。四氯化碳吸附法测定聚合物膜的孔隙率是基于蒸气在毛细管内的凝聚现象，即CCl4蒸气在多孔物质上吸附，在相对压力较高时会在孔中产生毛细管凝聚，凝聚的孔大小与相对压力之间的关系可以用Kelvin方程计算，在获得聚合物膜孔体积的基础上，根据聚合物膜的真密度计算出膜的孔隙率。然而，这种方法为了使聚合物膜对CCl4的吸附达到平衡，需要在恒定温度下放置16h，十分耗费时间，而且由于014表面张力和密度的限制，这种方法仅适用于孔半径小于40nm的聚合物膜。干膜-湿膜浸润法也称为吸水率法，它是先将试样浸溃吸水，一般为将试样放在盛有蒸馏水的煮沸器中，加热至沸腾后继续煮沸2h，使样品被水饱和。然后在测量被水饱和的样品在水中的重量即悬浮重、被水饱和的样品在空气中的重量即湿重以及样品被完全干燥后的重量即干重，最后根据公式计算得到样品的孔隙率。然而，众所周知，聚合物膜在高温煮沸过程中其孔结构必然会发生变化，从而影响膜真实孔隙率的测定，因此干膜-湿膜浸润法测定聚合物膜孔隙率的结果也不够准确。干湿膜重量法也可以测定聚合物膜材料的孔隙率，它是一种简化的吸水率法，先测定干膜的质量W1，然后将干膜浸入能润湿膜材料的液体(其密度为P *)中，，取出后擦干称重得到W2，再按照ε = (W2-W1Vp aV计算孔隙率，但这种计算方法中膜的体积V不容易准确测得，因而也存在误差。此外，测定膜材料孔隙率的方法还有压汞法[12]、体积重量法M等，但压汞法测定膜孔隙率的过程略显复杂，而且体积重量法仅能得到膜的总气孔率，不能反映膜的开孔气孔率,因此这两种方法也各有缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于改进的浸润法测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点，测得聚合物膜准确的孔隙率，可以利用板式膜浸润组件使水透过聚合物膜，通过对水压力、施压时间的控制使水充满膜孔，再经过测量膜的悬浮重、湿重及干重，计算得到膜的孔隙率。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于，包括以下步骤 I)膜浸润在板式膜浸润组件中进行，组件分上下两层，水从组件上层空间流入，从组件下层空间流出，在组件中间加入待测聚合物多孔板式膜，在O. 01 O. 5MPa的压力下将水压入板式膜浸润组件中，使水通过待测聚合物多孔板式膜，时间为5min 60min ；2)将待测聚合物多孔板式膜材料从板式膜浸润组件中取出，把待测膜样品悬挂在密度天平的挂钩上，浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa ；3)将待测膜材料从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦掉，用天平称量待测聚合物多孔板式膜材料在空气中的质量Wb ；4)将待测聚合物多孔板式膜材料在空气中烘干，直至前后两次烘干后质量差为O O. OOlg，称量待测膜材料在空气中的质量W。；5)将步骤I) 4)测得的数值代入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，计算孔隙率。上述方法中，步骤I)中聚合物多孔板式膜材料的聚合物种类包括聚乙烯醇缩丁醛、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇。步骤3)中饱含水的布为纱布、无纺布、毛巾等能吸水的布。本发明的工艺原理是在一定压力和施压时间下，水能够充满聚合物多孔板式膜的孔，再利用密度天平测量被水饱和的膜在水中的质量即悬浮重、被水饱和的膜在空气中的质量即湿重以及膜干燥后的质量即干重，最后计算得到聚合物多孔板式膜的孔隙率。本发明的特点是膜浸润在板式膜浸润组件中进行；从组件上层流入聚合物多孔板式膜的水压力为O. 01 O. 5MPa ;在压力下水通过膜的时间为5min 60min。与现有技术相比，本发明的优点是I、本发明采用将水压入膜孔的方法，避免了高温煮沸对聚合物膜孔结构的影响，提高了浸润法测量膜孔结构的准确性。2、与电子显微镜直接观察法相比，具有测试设备简单、工艺方法简便的优点；与四氯化碳吸附法相比，本方法具有操作时间短、无污染的优点。说明书附I为板式膜浸润组件的剖面示意图，其中各序号分别代表1、膜组件，2、水进口，3、水出口，4、待测板式膜。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步阐述，但本发明所保护范围不限于此。实施例I取聚乙烯醇缩丁醛多孔板式膜，将其放置在板式膜浸润组件中，调整水的压力为O. OlMPa，使水通过膜的时间为60min，以使水完全充满膜的孔隙。把聚乙烯醇缩丁醛多孔板式膜从膜浸润组件中取出，将其挂在密度天平的挂钩上，浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa = O. 0422g。将聚乙烯醇缩丁醛多孔板式膜从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦掉，用天平称量聚乙烯醇缩丁醛多孔板式膜在空气中的质量Wb = O. 2930g。
将聚乙烯醇缩丁醛多孔板式膜在空气中烘干，直至前后两次烘干后质量相差为O. 0002g，称量聚乙烯醇缩丁醛多孔板式膜在空气中的质量W。= O. 1134g。将上述称量数值带入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，计算孔隙率为71.61%。实施例2取聚偏氟乙烯多孔板式膜，将其放置在板式膜浸润组件中，调整水的压力为O. IMPa，使水通过膜的时间为40min，以使水完全充满膜的孔隙。把聚偏氟乙烯多孔板式膜从膜浸润组件中取出，将其挂在密度天平的挂钩上，浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa = O. 0571g。将聚偏氟乙烯多孔板式膜从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦掉，用天平称量聚偏氟乙烯多孔板式膜在空气中的质量Wb = O. 3573g。将聚偏氟乙烯多孔板式膜在空气中烘干，直至前后两次烘干后质量相差为
O.OOOlg，称量聚偏氟乙烯多孔板式膜在空气中的质量W。= O. 1762g。将上述称量数值带入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，计算孔隙率为60. 32 %。实施例3取聚四氟乙烯多孔板式膜，将其放置在板式膜浸润组件中，调整水的压力为
O.2MPa，使水通过膜的时间为20min，以使水完全充满膜的孔隙。把聚四氟乙烯多孔板式膜从膜浸润组件中取出，将其挂在密度天平的挂钩上，浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa = O. 0525g。将聚四氟乙烯多孔板式膜从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦掉，用天平称量聚四氟乙烯多孔板式膜在空气中的质量Wb = O. 3033g。将聚四氟乙烯多孔板式膜在空气中烘干，直至前后两次烘干后质量相差为
O.0004g，称量聚四氟乙烯多孔板式膜在空气中的质量W。= O. 1292g。将上述称量数值带入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，计算孔隙率为69. 41 %。实施例4取聚氯乙烯多孔板式膜，将其放置在板式膜浸润组件中，调整水的压力为O. 4MPa，使水通过膜的时间为lOmin，以使水完全充满膜的孔隙。把聚氯乙烯多孔板式膜从膜浸润组件中取出，将其挂在密度天平的挂钩上，浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa = 0. 0723g。将聚氯乙烯多孔板式膜从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦掉，用天平称量聚氯乙烯多孔板式膜在空气中的质量Wb = 0. 3955g。
将聚氯乙烯多孔板式膜在空气中烘干，直至前后两次烘干后质量相差为O. 0005g,称量聚氯乙烯多孔板式膜在空气中的质量W。= O. 2052g。将上述称量数值带入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，计算孔隙率为58. 88 %。实施例5取聚乙烯醇多孔板式膜，将其放置在板式膜浸润组件中，调整水的压力为O. 5MPa，使水通过膜的时间为5min，以使水完全充满膜的孔隙。把聚乙烯醇多孔板式膜从膜浸润组件中取出，将其挂在密度天平的挂钩上，浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa = O. 0672g。将聚乙烯醇多孔板式膜从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦掉，用天平称量聚乙烯醇多孔板式膜在空气中的质量Wb = O. 3322g。将聚乙烯醇多孔板式膜在空气中烘干，直至前后两次烘干后质量相差为O. 0002g,称量聚乙烯醇多孔板式膜在空气中的质量W。= O. 1662g。将上述称量数值带入公式ε = (Wb-Wc) / (Wb-Wa)，计算孔隙率为62. 64%。
权利要求
1.一种测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于，包括以下步骤 1)膜浸润在板式膜浸润组件中进行，组件分上下两层，水从组件上层空间流入，从组件下层空间流出，在组件中间加入待测聚合物多孔板式膜，在0.01 0. 5MPa的压力下将水压入板式膜浸润组件中，使水通过待测聚合物多孔板式膜，时间为5min 60min ； 2)将待测聚合物多孔板式膜材料从板式膜浸润组件中取出，把待测膜样品悬挂在密度天平的挂钩上，浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa ； 3)将待测膜材料从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦掉，用天平称量待测聚合物多孔板式膜材料在空气中的质量Wb ； 4)将待测聚合物多孔板式膜材料在空气中烘干，直至前后两次烘干后质量差为0 0.OOlg，称量待测膜材料在空气中的质量W。； 5)将步骤I) 4)测得的数值代入公式e= (Wb-WeV(Wb-Wa),计算孔隙率。
2.如权利要求I所述的测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于步骤I)中聚合物多孔板式膜材料的聚合物种类包括聚乙烯醇缩丁醛、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇。
3.如权利要求I所述的测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，其特征在于步骤3)中饱含水的布为纱布、无纺布、毛巾等能吸水的布。
全文摘要
本发明公开了一种测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法，包括如下步骤将待测聚合物多孔板式膜材料加入到板式膜浸润组件中，在0.01～0.5MPa的压力下，使水通过待测膜材料5min～60min，并使水充满膜孔，然后将待测膜材料从组件中取出，悬挂在密度天平的挂钩上并浸入到水中，测得待测膜的质量为Wa，接着将待测膜材料从水中取出，用饱含水的布将膜表面的水擦干，测得膜材料在空气中的质量Wb，随后将待测膜在空气中烘干至恒重，测得膜在空气中的质量Wc，最后按照公式ε＝(Wb-Wc)/(Wb-Wa)计算得到膜的孔隙率。本发明采用的测定聚合物多孔板式膜孔隙率的方法，避免了传统浸润法中的高温煮沸过程对聚合物膜孔结构的影响，具有工艺简单、测定结果准确的特点。
文档编号G01N15/08GK102809531SQ20121030637
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者张亚彬, 肖长发, 张亚杰, 安树林 申请人:天津工业大学