TechStandard

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

Детские дошкольные учреждения – сады-ясли
Двадцатое столетие для рядя стран Европы характерно процессами интенсивной урбанизации в связи с индустриализацией производства и соответствующим размахом градостроительной деятельности. В нашей стране процесс урбанизации привел к исключительно острой проблеме обеспечения жилищем и общественны ...

Современная судовая газотурбинная установка
Современная судовая газотурбинная установка (ГТУ) успешно конкурирует с аналогичными по назначению паротурбин­ными и дизельными. От последних она выгодно отличается ком­пактностью и малой удельной массой, маневренностью и высокой ремонтопригодностью, лучшей приспособленностью к автоматиза­ции ...