[发明专利]一种测定聚合物多孔板式膜材料孔隙率的方法

说明书

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0.5～0.7nm，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。另外，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；②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CCl₄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，它是先将试样浸渍吸水，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ρ_液)中，，取出后擦干称重得到W₂，再按照ε＝(W₂-W₁)/ρ_液V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^[13]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：

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W_a；