Фазовая инверсия
Технология приготовления полимерных мембран методом фазовой инверсии заключается в приведении полимерного раствора в перенасыщенное состояние (путем прибавления нерастворителя или изменением температуры полимерного раствора). При этом полимер перераспределяется и фиксируется как гель либо в точке стеклования. Фазовая инверсия может проводиться различными способами: осаждением из паровой фазы, осаждением при контролируемом испарении, температурным осаждением, погружным осаждением.
Используемый нами способ погружного осаждения заключается в контактировании полимерного раствора, состоящего из полимера и растворителя (довольно часто полимерный раствор содержит изначально некоторое количество третьего компонента – нерастворителя) с нерастворителем и замене растворителя на нерастворитель. При этом происходит осаждение полимера и образование мембраны.
При этом процесс разложения полимерного раствора может протекать двумя различными путями: замедленно и мгновенно.
Рассмотрим оба пути осаждения.
1. Замедленное разложение. (тип 1)
При замедленном разложении существует некоторое время между моментом погружения полимерного раствора в осадительную ванну и разложением (фазовым разделением).
В течение этого времени происходит сильное истечение растворителя из раствора, в то время как поступление нерастворителя относительно мало. Различие скоростей диффузии определяется термодинамическими параметрами и коэффициентом трения. Очень важную роль здесь играет тип растворителя и осадителя.
Из-за быстрой потери жидкости (растворителя) концентрация полимера на границе раздела раствор-осадитель повышается до некоторой постоянной величины до тех пор пока не происходит фазовое разложение раствора. Толщина этого концентрированного слоя увеличивается пропорционально t1/2, где t – время контакта полимерного раствора с осадительной ванной.
Слой с повышенной концентрацией полимера создает дополнительное сопротивление, замедляющее проникновение осадителя в массу полимерного раствора. Поэтому концентрация полимера в подслое также увеличивается, хотя и менее быстро чем на границе раздела. В результате, зародыши фазы, богатой растворителем (которые впоследствии образуют поры) не растут, и образуется малопористая внутренняя структура мембраны.
Для окончательного расслоения полимерного раствора необходимо, чтобы локальная концентрация полимера в массе полимерного раствора превысила некоторое минимальное значение, что происходит только после достижения осадителем внутренней стороны раствора, то есть в тот момент, когда осадитель заполнит весь объем полимерного раствора.
В результате после затвердевания образуется плотный наружный слой, толщина которого определяется временем контакта раствора с осадителем и концентрацией полимерного раствора. Структура подложки мембраны при замедленном варианте фазового разложения получается закрытоячеистая с изолированными порами.
Таким образом готовая мембрана, как правило, обладает высокой селективностью, которую определяет качество плотного наружного сдлоя, и низкой проницаемостью, так как сопротивление подложки массопереносу велико.
Тип 1 имеет место, при слабом взаимодействии растворителя и осадителя. Примером могут служить N-метилпирролидон (NМП), диметилформамид (растворители) и высшие спирты – бутанол, пентанол (осадители).
2. Мгонвенное разложение. (тип 2)
При мгновенном разложении расслоение полимерного раствора происходит сразу же после контакта раствора с осадительной ванной. Разность скоростей удаления растворителя и поступления осадителя в полимерный раствор чрезвычайно мала. При этом возможно формование только очень тонкого слоя с повышенной концентрацией полимера. Однако даже при использовании растворов с высокой концентрацией полимера, пористость поверхностного слоя получается высокой.
Дополнительно
Принципы промышленной первичной переработки нефти
...
Современный прокатный стан
Современный
прокатный стан представляет собой технологический комплекс последовательно
установленных машин, используемых для получения прокатных изделий заданных
размеров с необходимыми качественными показателями. Производительность
прокатного стана определяется пропускной способностью отдельных а ...