CN120867099A - 中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及其应用 - Google Patents
中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及其应用Info
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Abstract
本发明涉及中空纤维膜技术领域,且公开了一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及其应用,采用全氟烷基丙烯酸酯类化合物与双乙烯基全氟烷烃类化合物作为共聚单体,在热自由基引发剂的作用下,在溶剂中进行共聚反应得到,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中的聚合物中的主链引入全氟烷基,聚合单元为丙烯酸酯基和全氟烷基交替链段,在主链引入全氟烷基后,由于全氟烷基具备强烈的吸电子效应,可以对侧链的丙烯酸酯基团起到电子屏蔽保护作用,需要更高温度、更高浓度碱在长时间后才可发生降解,可使防水防油效果得到有效保证,即使失去侧链上的全氟烷基,主链上的全氟烷基仍然可以提供一定的疏油效果,防止疏油失效。
Description
技术领域
本发明涉及中空纤维膜技术领域,具体为一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及其应用。
背景技术
目前工业化生产的中空纤维膜膜一般使用熔融拉伸法或相分离法制备。其中一些类材料都是疏水的,可以防止水跨膜导致穿透和润湿,用来进行气体的过滤、透气或者液体的脱气、加气,形成了一定规模,常见的有PS、PE、PP、PMP、PTFE膜等。
但在另一些特殊应用中,由于透气、过滤的气体不洁净,含有油滴,脱气、加气处理的液体不是纯水,可能混有杂质如醇、酯、烃类等有机物或细菌微生物,或者待脱气、加气的液体是油墨等具有低表面张力性质的液体。此时原本疏水的膜孔可能会被润湿,失去透气、过滤气体、脱气或加气的能力。
为了使中空纤维膜可以耐受油墨、醇类、脂类等低表面张力液体的润湿,人们自然而然想到使用含全氟丙烯酸酯类三防整理剂对膜进行处理,可以得到防油等级6级甚至以上的中空纤维膜,一定程度上达到了目的。但全氟丙烯酸酯类三防整理剂由于其聚合单元中含有丙烯酸酯基这一不耐强碱的化学基团,这限制了一部分脱气膜的应用,例如在中空纤维膜脱氨领域,需要使用pH=12的氢氧化钠溶液对氨氮废水进行处理后进入中空纤维膜组件,氢氧化钠会破坏聚全氟丙烯酸酯中的酯基,使疏油层失效。市场急需一款可以制备具备防油能力且可以耐受碱的中空纤维膜的耐碱疏水疏油整理剂来解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及其应用,解决了上述背景技术中所提到的问题。
本发明提供如下技术方案:一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,采用全氟烷基丙烯酸酯类化合物与双乙烯基全氟烷烃类化合物作为共聚单体,在热自由基引发剂的作用下,在溶剂中进行共聚反应得到,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中的聚合物中的主链引入全氟烷基,聚合单元为丙烯酸酯基和全氟烷基交替链段,主链上的全氟烷基保护侧链上的酯基,侧链上的全氟烷基受碱攻击时脱落失效后,主链上的全氟烷基实现疏油效果。
本中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂在全氟烷基丙烯酸酯类化合物的主链引入全氟烷基后,由于全氟烷基具备强烈的吸电子效应,可以对侧链的丙烯酸酯基团起到电子屏蔽保护作用,需要更高温度、更高浓度碱在长时间后才可发生降解,可使防水防油效果得到有效保证,即使失去侧链上的全氟烷基,主链上的全氟烷基仍然可以提供一定的疏油效果,防止疏油失效。
作为本发明所述中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的一种可选方案,其中:全氟烷基丙烯酸酯类化合物为具备2-10个碳数的,且烷基氢全部或部分被氟原子取代的脂肪醇与丙烯酸或甲基丙烯酸酯化得到的化合物,如四氟丙基甲基丙烯酸酯、全氟丁基丙烯酸酯、全氟己基丙烯酸酯、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟辛基丙烯酸酯或全氟癸基丙烯酸酯。
作为本发明所述中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的一种可选方案,其中:双乙烯基全氟烷烃类化合物为分子式中头尾含有两个乙烯基的化合物,如1,6-二乙烯基全氟己烷或1,4-二乙烯基全氟丁烷。
作为本发明所述中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的一种可选方案,其中:热自由基引发剂为在聚合反应中,受热后提供自由基,链引发聚合反应的化合物,如偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化物。
作为本发明所述中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的一种可选方案,其中:溶剂包括能够溶解全氟烷基丙烯酸酯类化合物和双乙烯基全氟烷烃类化合物,同时能够溶解全氟烷基丙烯酸酯类化合物和双乙烯基全氟烷烃类化合物共聚后得到的聚合物的溶剂,如全氟醚、六氟异丙醇、六氟丙烯三聚体或全氟辛烷,全氟醚如甲基全氟异丁基醚,3M品牌下商品名HFE-7200的乙基全氟异丁基醚等。
应用上述任一的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的加工产品,一种耐碱疏水疏油中空纤维膜,将上述任一的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂稀释,将中空纤维膜浸入停留一定时间后,取出烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜。
本发明具备以下有益效果:本中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂在全氟烷基丙烯酸酯类化合物的主链引入全氟烷基后,由于全氟烷基具备强烈的吸电子效应,可以对侧链的丙烯酸酯基团起到电子屏蔽保护作用,需要更高温度、更高浓度碱在长时间后才可发生降解,可使防水防油效果得到有效保证,即使失去侧链上的全氟烷基,主链上的全氟烷基仍然可以提供一定的疏油效果,防止疏油失效。
附图说明
图1为实施例三的反应进程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在中空纤维膜脱氨领域,需要使用pH=12的氢氧化钠溶液对氨氮废水进行处理后进入中空纤维膜组件,氢氧化钠会破坏聚全氟丙烯酸酯中的酯基,使疏油层失效,因此,在保证中空纤维膜疏油性能的前提下,需要提高中空纤维疏油涂层的耐碱性能。与全部由全氟烷基丙烯酸酯类化合物聚合得到的聚合物相比,全氟烷基丙烯酸酯与双乙烯基全氟烷烃类化合物共聚后,其聚合物中的聚合单元中由单纯的丙烯酸酯基变为由丙烯酸酯基和全氟烷基交替出现的链段。众所周知,丙烯酸酯基团不耐强碱,会在强碱中发生皂化反应,室温下即可进行,聚合物链段被分解,形成全氟烷基醇和丙烯酸盐,而主链上又不具备疏油功能的全氟基团,导致失去疏水疏油的效果。而在主链引入全氟烷基后,由于全氟烷基具备强烈的吸电子效应,可以对侧链的丙烯酸酯基团起到电子屏蔽保护作用,需要更高温度、更高浓度碱在长时间后才可发生降解,可使防水防油效果得到有效保证;即使失去侧链上的全氟烷基,主链上的全氟烷基仍然可以提供一定的疏油效果,防止疏油失效。
常见的三防整理剂,结构式如下:
,其酯基不耐强碱。
本申请合成的聚合物的结构式如下:
,主链也可提供疏油效果,通过电子屏蔽效果保护侧链全氟烷基,实现通过在聚合物主链上引入全氟烷基来保护侧链上的酯基,防止侧链上的全氟烷基受碱攻击时脱落;即使侧链上的全氟烷基失效,主链上的全氟烷基仍然能提供疏油效果。
实施例1
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的四氟丙基甲基丙烯酸酯;0.1g的1,6-二乙烯基全氟己烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的全氟辛烷。加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的全氟辛烷,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留1小时,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例2
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟丁基丙烯酸酯;0.2g的1,6-二乙烯基全氟己烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的全氟辛烷。加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的全氟辛烷,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留10分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例3
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟己基乙基丙烯酸酯;0.5g的1,4-二乙烯基全氟丁烷;0.1g的偶氮二异庚腈;100g的HFE-7200的乙基全氟异丁基醚,加热至60℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的HFE-7200的乙基全氟异丁基醚,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留20分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
本实施例中,反应式过程如图1所示,理想情况下,a单元(c单元)与b单元交替出现,双乙烯基全氟烷烃类化合物提供的交联效果最充分,但由于两种单体初始摩尔比并不等于1,全氟烷基丙烯酸酯类化合物的摩尔量远大于双乙烯基全氟烷烃类化合物,一般出现a单元多次重复而b单元重复次数少的情况,这有利于充分利用全氟烷基丙烯酸酯类化合物强疏油的特性,并防止b单元多次重复进入聚合物主链导致支链的过分产生。
实施例4
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟辛基丙烯酸酯;2g的1,6-二乙烯基全氟己烷;0.1g的偶氮二异庚腈;100g的HFE-7200的乙基全氟异丁基醚,加热至60℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的HFE-7200的乙基全氟异丁基醚,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留20分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例5
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟辛基丙烯酸酯;2g的1,4-二乙烯基全氟丁烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的全氟辛烷,加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的全氟辛烷,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留30分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例6
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟丁基丙烯酸酯;2g的1,4-二乙烯基全氟丁烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的六氟异丙醇,加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的六氟异丙醇,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留30分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例7
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟丁基丙烯酸酯;2g的1,6-二乙烯基全氟己烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的六氟异丙醇,加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的六氟异丙醇,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留30分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例8
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟辛基丙烯酸酯;4g的1,6-二乙烯基全氟己烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的六氟异丙醇,加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的六氟异丙醇,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留30分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例9
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:10g的全氟辛基丙烯酸酯;4g的1,6-二乙烯基全氟己烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的六氟丙烯三聚体,加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的六氟丙烯三聚体,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留30分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
实施例10
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:15g的全氟辛基丙烯酸酯;4g的1,6-二乙烯基全氟己烷;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的六氟丙烯三聚体,加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的六氟丙烯三聚体,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本实施例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留30分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
对比例
一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂及耐碱疏水疏油中空纤维膜,其中,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂的制备包括:在三颈烧瓶中加入以下试剂:110g的全氟辛基丙烯酸酯;0.1g的偶氮二异丁腈;100g的全氟辛烷,加热至80℃,搅拌8小时后冷却至室温,再加入900g的全氟辛烷,继续搅拌10分钟得到中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂。
耐碱疏水疏油中空纤维膜的制备包括:将中空纤维膜浸入本对比例制备的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中,停留30分钟,然后将中空纤维置于烘箱中,完全烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜,最后测试耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量,测试疏油等级,测试耐碱性能,见表1。
表1:
。
通过表1的测试结果可以看出,本申请制备的耐碱疏水疏油中空纤维膜的气通量良好,疏油等级高,测试耐碱性能时发现,耐碱性能优良,在碱溶液中浸泡后,疏油等级依然高。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于,所述中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂采用全氟烷基丙烯酸酯类化合物与双乙烯基全氟烷烃类化合物作为共聚单体,在热自由基引发剂的作用下,在溶剂中进行共聚反应得到,中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂中的聚合物中的主链引入全氟烷基,聚合单元为丙烯酸酯基和全氟烷基交替链段,主链上的全氟烷基保护侧链上的酯基,侧链上的全氟烷基受碱攻击时脱落失效后,主链上的全氟烷基实现疏油效果。
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:全氟烷基丙烯酸酯类化合物为具备2-10个碳数的,且烷基氢全部或部分被氟原子取代的脂肪醇与丙烯酸或甲基丙烯酸酯化得到的化合物。
3.根据权利要求1或2所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:全氟烷基丙烯酸酯类化合物包括:四氟丙基甲基丙烯酸酯、全氟丁基丙烯酸酯、全氟己基丙烯酸酯、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟辛基丙烯酸酯或全氟癸基丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:双乙烯基全氟烷烃类化合物为分子式中头尾含有两个乙烯基的化合物。
5.根据权利要求1或4所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:双乙烯基全氟烷烃类化合物包括:1,6-二乙烯基全氟己烷或1,4-二乙烯基全氟丁烷。
6.根据权利要求1所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:热自由基引发剂为在聚合反应中,受热后提供自由基,链引发聚合反应的化合物。
7.根据权利要求1或6所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:热自由基引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化物。
8.根据权利要求1所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:溶剂包括能够溶解全氟烷基丙烯酸酯类化合物和双乙烯基全氟烷烃类化合物,同时能够溶解全氟烷基丙烯酸酯类化合物和双乙烯基全氟烷烃类化合物共聚后得到的聚合物的溶剂。
9.根据权利要求1或8所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂,其特征在于:溶剂包括全氟醚、六氟异丙醇、全氟己基乙基丙烯酸酯,全氟辛基乙基丙烯酸酯或全氟辛烷。
10.一种耐碱疏水疏油中空纤维膜,其特征在于:将中空纤维膜浸入权利要求1-9任一所述的中空纤维膜用耐碱疏水疏油整理剂停留一定时间后,取出烘干得到耐碱疏水疏油中空纤维膜。
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|---|---|---|---|---|
| CN103237848A (zh) * | 2010-12-01 | 2013-08-07 | 日产化学工业株式会社 | 包含含氟高支化聚合物的涂布用固化性组合物 |
| CN106474941A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-03-08 | 重庆大学 | 一种聚偏氟乙烯中空纤维膜表面疏水改性的方法 |
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-
2025
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Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| (日)大津隆行: "《高分子合成化学》", 31 May 1982, 黑龙江科学技术出版社, pages: 225 * |
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