资源描述：
《相转化法制备超滤和微滤膜的孔结构控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、Vol.15功能高分子学报No.42002年12月JournalofFunctionalPolymersDec.2002综述X相转化法制备超滤和微滤膜的孔结构控制XXXXX赵晓勇,曾一鸣,施艳荞,陈观文(中国科学院化学研究所,北京100080)摘要:综述了近期关于超滤和微滤膜孔结构控制的一些研究工作。介绍了相转化法制备聚合物膜过程中可能发生的液-液分相、固-液分相、凝胶化等相转变过程,并依此解析了超滤和微滤膜中常见的结构形态。最后从热力学与动力学两方面探讨了对超滤和微滤膜孔结构进行控制的方法。关键词:相转
2、化法;超滤和微滤膜;孔结构控制中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1008-9357(2002)04-0487-09聚合物分离膜基本上可分为致密膜和多孔膜两大类,前者主要用于反渗透、气体分离和渗透汽化等膜过程,膜材料的选择性直接决定了膜的分离性能,因此研究的目标在于寻找化学结构更为适宜的膜材质;而多孔膜如超滤膜和微滤膜,其结构(对称结构或不对称结构)、膜表面的孔隙率、表面孔的大小及孔径分布决定了膜的分离效率,因此对于多孔膜的研究集中在选择合适的制膜方法、制膜条件以及后处理过程,以实现对膜孔结
3、构的控制,获得性能优异的选择性分离膜。目前,可以有多种方法制备微孔聚合物分离膜,如烧结法、拉伸法、热致相分离法、核径迹刻蚀法和相转化法。烧结法主要适用于无机材料和具有非常好的化学和热稳定性的聚合物,拉伸法是将结晶性聚合物薄片或中空纤维拉伸致孔,核径迹刻蚀则更多用于聚碳酸酯膜的制备,由于这些方法成孔的特殊〔1〕性,使它们本身的应用受到限制。而相转化法制膜始于上世纪六十年代Loeb的研究,这种方法操作简单,可用于制备各种形态的膜,因此成为最常用的制膜工艺。本文从相转化法制备超滤和微滤膜出发,综述了有关相转化法
4、制膜中相分离过程,及所获得的超滤和微滤膜中结构形态等方面研究的进展,还讨论了近期文献和专利中用来调节、控制超滤和微滤膜孔结构的一些方法和研究结果。1相转化法成膜这种方法是利用铸膜液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换,使原来的稳态溶液发生相转变,最终分相结构固化成膜。常用的相转变制膜方法有气相凝胶法、溶剂蒸发凝胶法、热凝胶法和浸入〔2,3〕凝胶法。〔4〕相转化法成膜的过程可分为三个阶段。第一阶段:逆溶解过程(Desolvation)。这一阶段刮制或流延成膜的铸膜液(以下称为膜液)仍保持均相状态,然而由于
5、在膜液截面方向体系对聚合物溶解能力的逐渐变化,在膜液中形成截面方向的浓度梯度。导致体系溶解能力逐渐变化的原因可以是溶剂的蒸发、从气相中吸收非溶剂(多数情况下为水)、或由于溶剂和非溶剂的扩散交换。第二阶段:分相过程(Demixing)。随着体系对聚合物溶解能力的继续下降,这一阶段膜液变得热力X收稿日期:2002-04-28基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(批准号:59833120)XX作者简介:赵晓勇(1977-),男,陕西榆林人,硕士,主要从事聚合物多孔膜孔径控制的研究。E2mail地址:xiaoy
6、ongzhao@sohu.com。XXX通讯联系人©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·488·赵晓勇,曾一鸣,施艳荞,陈观文学不稳定,从而发生相分离。根据铸膜聚合物不同的结构,主要发生两种相分离过程。对于非晶态聚合〔5,6〕物如聚砜、聚醚砜等,成膜过程发生液-液分相;对于结晶聚合物如尼龙、聚偏氟乙烯则可能发生液〔7,8〕-液分相、固-液分相或者混合发生两种
7、分相过程。第三阶段:相转化过程(Phasetransformation)。这一阶段包括膜孔的凝聚(Domaincoalescence)、相间流动(Phaseflow)以及聚合物富相的固化(对于无定型聚合物只发生玻璃化转变,对于结晶性聚合物也可能发生结晶从而固化)等。这一阶段对最终形成的聚合物膜的结构形态影响很大,但它不是影响成孔的主要因素,膜液的分相过程才是决定膜孔结构的关键步骤,因此第二阶段是控制膜性能的重点。2相转变2.1液-液分相所有的相转化过程都是基于同样的热力学原理,即都是使热力学稳定的初始溶液
8、分相。大多数的铸膜液是包含聚合物、溶剂和添加剂的多元体系。添加剂可以是聚合物的另一种溶剂、溶胀剂甚至非溶剂,它们使得初始的铸膜液具有不同的热力学性质,分相过程则是通过聚合物/溶剂(包括添加剂)/非溶剂三者的相互作用而实现。三元相图是研究成膜过程分相机理的重要方法,根据Flory2Huggins理论,〔9,10〕三元体系的自由能ΔGm可表示为:ΔGm=n1lnΦ1+n2lnΦ2+n2lnΦ3+χ12n1Φ2+χ13n1Φ3+χ2
