Compatibility of Polyvinyl Chloride-Polyvinyl Alcohol and Structure and Properties of Their Composite Porous Membranes

doi:10.7503/cjcu20230479

Abstract

Abstract:

Polyvinyl chloride-polyvinyl alcohol（PVC-PVA） composite porous membranes were prepared by solution filming， the compatibility of PVC-PVA was analyzed from the perspective of mixing enthalpy and inter-molecular interactions. The pore morphology， hydrophilicity， filtration performance and mechanical properties of the composite porous membranes were analyzed by scanning electron microscopy（SEM）， contact angle measurement and plate ultrafiltration membrane test， etc. The research results show that hydrogen bonds and dipole interactions could be formed among macromolecules in PVC-PVA composite system， the mixing enthalpy show a trend of first increasing and then decreasing with the increase of the mass fraction of PVA in polymers， and PVC-PVA is generally partially compatible. Compared with pure PVC membrane， the “finger like pore” feature of the cross-section of PVC-PVA composite membrane became weaker， while the “sponge pore” feature became apparent， and the pure water flux of the composite prous membrane was increased， the pollution resistance was improved， and the mechanical toughness was enhanced. When the mass fraction of PVA in polymers was 9%， the pure water flux of the composite membrane was about 4 times that of pure PVC membrane， the retention rate of PEG100000 was 80%， the strength was 3.5 MPa， and the elongation at break was 26%， the composite has a good application prospect in the field of water treatment.

Key words: Polyvinyl chloride, Polyvinyl alcohol, Compatibility, Composite porous membrane

CLC Number:

O631

TrendMD:

ZHU Jun, GUO Yue, WU Yang. Compatibility of Polyvinyl Chloride-Polyvinyl Alcohol and Structure and Properties of Their Composite Porous Membranes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(4): 20230479.

Figures/Tables 9

References 32

1	Shang E. H.， Chen H. L.， He M. M.， Zhou X. L.， Chen D. J.， Chem. J. Chinese Universities， 2023， 44（6）， 20220705
	尚尔慧，陈慧龄，贺苗苗，周昕来，陈冬菊. 高等学校化学学报， 2023， 44（6）， 20220705
2	Yang Z.， Zhou Y.， Feng Z.， Rui X.， Zhang T.， Zhang Z.， Polymers， 2019， 11， 1252
3	Rabiee H.， Vatanpour V.， Farahani M. H. D. A.， Zarrabi H.， Sep. Purif. Technol.， 2015， 156， 299—310
4	Yong M.， Zhang Y.， Sun S.， Liu W.， J. Membr. Sci.， 2019， 575， 50—59
5	Ahmad T.， Guria C.， J. Water Process Eng.， 2022， 45， 102466
6	Yin X. D.， Huang Z. H.， Bao Y. Z.， J. Chem. Eng. Chinese Universities， 2017， 31（4）， 938—944
	尹逊迪，黄志辉，包永忠. 高校化学工程学报， 2017， 31（4）， 938—944
7	Aji M. M.， Narendren S.， Purkait M. K.， Katiyar V.， J. Environ. Chem. Eng.， 2019， 8（2）， 103650
8	Yadav D.， Karunanithi A.， Saxena S.， Shukla S.， Sci. Total Environ.， 2022， 822， 153610
9	Deng J.， Chen Q. J.， Peng Z. Y.， Wang J. H.， Li W.， Ding Q. M.， Lin Q. L.， Liu D. M.， Wang S. S.， Shi Y.， Feng S. S.， Mater. Express， 2019， 9（9）， 985—992
10	Chen G. N.， Chen C. L.， Guo Y. N.， Chu Z. Y.， Pan Y.， Liu G. Z.， Liu G. P.， Han Y.， Jin W. Q.， Xu N. P.， Science， 2023， 381（6664）， 1350—1356
11	Saxena， M.， Chaudhri S. G.， Das A. K.， Singh P. S.， Bhattacharya A.， Sep. Sci. Technol.， 2019， 54（3）， 343—359
12	Das P.， Ray S. K.， Kuila S. B.， Samanta H. S.， Singha N. R.， Sep. Purif. Technol.， 2011， 81（2）， 159—173
13	Mansor E. S.， Abdallah H.， Shaban A. M.， Mater. Sci. Eng. B， 2023， 289， 116222
14	Zheng D. C.， Cao L.， Bao X. H.， Jinshan Oil Chem. Fib.， 1995，（4）， 4—7
	郑东朝，曹连，宝许宏. 金山油化纤， 1995，（4）， 4—7
15	Yang C. C.， Wu G. M.， Mater. Chem. Phys.， 2009， 114（2）， 948—955
16	Muhammad⁃Ismayil K. M.， Manaf O.， Sujith A.， Rosy A.， Mater. Lett.， 2019， 252， 321—324
17	Chen J. B.， Preparation of PVDF/PVC/PMMA Blend Membrane and Its Application to Waste Water Treatment， Donghua University， Shanghai， 2006
	陈健波. PVDF/PVC/PMMA共混膜的研制及其在污水处理中的应用研究，上海：东华大学， 2006
18	He M. J.， Chen W. X.， Dong X. X.， Polymer Physics， Fudan University Press， Shanghai， 2000， 108—118
	何曼君，陈维孝，董西侠. 高分子物理，上海：复旦大学出版社， 2000， 108—118
19	Schneier B.， J. Appl. Polym. Sci.， 1973， 17， 3175—3188
20	Singh Y. P.， Singh R. P.， Eur. Polym. J.， 1983， 19（6）， 535—541
21	Cakar F.， Yazici O.， Cankurtaran O.， Karaman F.， Optoelectron. Adv. Mat.， 2012， 6（11）， 1153—1156
22	van de Witte P. J. D. P.， Dijkstra P. J.， van den Berg J. W. A.， Feijen J.， J. Membr. Sci.， 1996， 117（1）， 1－31
23	Dastbaz A.， Karimi⁃Sabet J.， Ahadi H.， Amini Y.， Desalination， 2017， 424， 62—73
24	Haghighat N.， Vatanpour V.， Sheydaei M.， Nikjavan Z.， Sep. Purif. Technol.， 2020， 237， 116374
25	Fang L. F.， Surface Modification and Properties of Polymer Porous Membranes， Zhejiang University， Hangzhou， 2015
	方立峰，聚合物微孔膜表面改性及性能研究，杭州：浙江大学， 2015
26	Chen X. L.， She J. G.， Gao H. F.， Wang X.， Wu C. R.， Lv X. L.， Membr. Sci. Technol.， 2023， 43（4）， 21—27
	陈小乐，厍景国，高海富，王暄，武春瑞，吕晓龙，膜科学与技术， 2023， 43（4）， 21—27
27	Lian Z. L.， Li X.， Yu H. K.， Yang Y. L.， Ji H. J.， Cai C. Y， China Water ＆ Wastewater， 2018， 34（13）， 1—6
	连震雷，李星，于海宽，杨艳玲，纪洪杰，蔡传义. 中国给水排水， 2018， 34（13）， 1—6
28	Hu N. E.， Xiao T. H.， Qiu H. Y.， Liu Y. F.， J. Ningbo University（NSEE）， 2017， 30（4）， 110—115
	胡宁恩，肖通虎，邱慧莹，刘雁飞. 宁波大学学报（理工版）， 2017， 30（4）， 110—115
29	Singh S.， Khulbe K. C.， Matsuura T.， Ramamurthy P.， J. Membr. Sci.， 1998， 142， 111—127
30	Gong Y. N.， Wang Q.， Wang H. L.， Guan S.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（9）， 2078—2084
	宫宇宁，王奇，王红蕾，关爽. 高等学校化学学报， 2020， 41（9）， 2078—2084
31	Song Y. X.， Zhang S. M.， Kang J.，Chen J. Y.，Cao Y.， RSC Adv.， 2021， 11， 28785—28796
32	Wu Q.， Chen N.， Li L.， Wang Q.， J. Appl. Polym. Sci.， 2012， 124（1）， 421—428

Polymer	F/［（J·cm³）^1/2·mol^-1］			δ/（J·cm³）^1/2	M	ρ/（g·cm^-3）
Polymer	－CH₂－	－Cl	－OH	δ/（J·cm³）^1/2	M	ρ/（g·cm^-3）
PVC	269.0	419.6	－	19.4	62.49	1.40
PVA	269.0	－	462.0	25.8	44.05	1.27

Polymer	F/［（J·cm³）^1/2·mol^-1］			δ/（J·cm³）^1/2	M	ρ/（g·cm^-3）
Polymer	－CH₂－	－Cl	－OH	δ/（J·cm³）^1/2	M	ρ/（g·cm^-3）
PVC	269.0	419.6	－	19.4	62.49	1.40
PVA	269.0	－	462.0	25.8	44.05	1.27

Membrane type	J/（L·m^-2·h^-1）	Ref.	Membrane type	J/（L·m^-2·h^-1）	Ref.
PVC/Ag/TiO₂	41—58.6	［24］	PVC/KH792	46—539	［26］
PVC/CA	36—85	［7］	PVC alloy film	30.2	［27］
PVC/PVC⁃g⁃PHEMA	15—113.6	［25］	PVC⁃PVA	16—71	This study

Membrane type	J/（L·m^-2·h^-1）	Ref.	Membrane type	J/（L·m^-2·h^-1）	Ref.
PVC/Ag/TiO₂	41—58.6	［24］	PVC/KH792	46—539	［26］
PVC/CA	36—85	［7］	PVC alloy film	30.2	［27］
PVC/PVC⁃g⁃PHEMA	15—113.6	［25］	PVC⁃PVA	16—71	This study

[1]	LEI Jiahui, LUO Bin, SUN Xiaoqing, ZHANG Yujia, HU Xiaoqin, LAN Fang, WU Yao. Preparation of Graphene Mediated Macrophage Membrane Coating and Its Effects on the Anti-fouling and Immunomodulatory Properties of Tianium Implants [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(3): 20230451.
[2]	YANG Zhaohua, CHENG Hongjing, YANG Yi, LIU Hui, DU Feipeng, ZHANG Yunfei. Preparation of Silver-loaded Polyvinyl Alcohol Sponge and Its Interfacial Photothermal Driven Water Evaporation Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(10): 20220181.
[3]	LIU Yunhong, PENG Xinyan. Preparation and Property of A Novel Hemoperfusion Adsorbent For Protein-bound Uremic Toxins [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1952.
[4]	FAN Wenqian, ZHONG Zhengxiang, TIAN Gongwei, WANG Yu, GONG Guifen, QI Dianpeng. Application of Conductive Polymer in Nerve Interface Electrode [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(4): 1146.
[5]	NI Qingsheng, DU Miao, SHAN Guorong, SONG Yihu, WU Ziliang, ZHENG Qiang. Regulation of Rheological Behavior of Polyvinyl Alcohol Aqueous Solution by One-dimensional Particles [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(12): 3738.
[6]	GONG Yuning, WANG Qi, WANG Honglei, GUAN Shuang. Preparation and Properties of Polyvinye Alconol/Polyvinylpyrrolidone/Iodine Composite Hydrogels [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(9): 2078.
[7]	SUN Mengying,Lü Jingchun,XU Hong,ZHANG Linping,ZHONG Yi,CHEN Zhize,SUI Xiaofeng,MAO Zhiping. Synthesis and Electrochromic Performance of Phosphazene-viologen Polymer ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(6): 1399.
[8]	YAN Ming,ZHOU Weidong,ZHANG Hong,SHI Junfeng,ZHAO Yunhe,YE Yongming,GUO Jing,YU Yue. PVA Microcrystalline Cross-linking and SA/PAA Double Network Synergistic Modification of SA Fiber ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(2): 349.
[9]	Yujie LI,Yong LIU,Qizhi ZHAO,Chunman ZHENG. Study on Improving Storage Life of Lithium Ion Batteries Based on Construction of Polymer Functional Protective Film on the Surface of Graphite Anode ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(12): 2542.
[10]	DU Jingjing, HUANG Di, WEI Yan, LIAN Xiaojie, HU Yinchun, WANG Kaiqun, LIU Yang, CHEN Weiyi. Preparation and Cytocompatibility of Hydroxyapatite/glyceride Based olyurethane Porous Scaffolds^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(7): 1580.
[11]	TONG Bo, ZHANG Zhongxiang, LIU Zhenjie, PENG Zhangquan, ZHOU Zhibin. Novel Electrolyte Containing Li[(CF₃SO₂)(n-C₄F₉SO₂)N] for High Voltage LiNi_0.5Mn_1.5O₄-based Cell^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(7): 1518.
[12]	LONG Shijun,CHEN Mingmin,ZHAO Youjiao,WANG Xiaotao,LI Xuefeng,LIAO Yonggui. Regulation of Gemini Surfactant on Photochromic Behavior of PVA Dispersed Spiropyran Organogel Thin Film^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(5): 1078.
[13]	YANG Qinghua, WANG Longgang, LIU Jie, LU Yong, CHEN Tianyun. Preparation and Characterization of Star-shaped β-Cyclodextrin Based Polymer^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(4): 793.
[14]	WANG Zhiwei, HUANG Di, XI Shaohui, XU Mengjie, ZHU Xuefang, LIAN Xiaojie, WEI Yan, CHEN Weiyi. Cell Response and Mechanical Properties of the Nanofibers Reinforced Bilayered Tissue Guided Memberanes^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(1): 178.
[15]	WANG Yanqun, WANG Baoshan, LI Wei. Theoretical Investigation on the Adsorption of Nitroglycerin on the α-Al₂O₃(0001) and γ-Al₂O₃(110) Surfaces [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(8): 1383.