TechStandard

Фазовая инверсия

Концентрация полимера в подслое меняется очень слабо, поэтому образуются зародыши фазы, обедненной полимером, что при расслоении формирует открытую структуру стенки мембраны.

При таком типе разложения, готовая мембрана обладает очень низкой селективностью, но высокой проницаемостью.

Тип 2 возможен при сильном взаимодействии между растворителем и осадителем. Примером могут быть растворители N-метилпирролидон и диметилформамид и осадитель – вода.

На рис.1 показаны трехфазные диаграммы (полимер/растворитель/осадитель) для обоих видов расслоения [1]. Приводятся временные зависимости коагуляционных путей для трехфазных смесей ацетат целлюлозы/ацеион/вода и ацетат целлюлозы/диоксан/вода. Как можно видеть, при использовании в качестве растворителя ацетона (рис.1а), бинодаль достигается только после времени погружения более чем 25 с. В этом случае разложение замедленное со временем запаздывания около полминуты. На рис.1б представлены коагуляционные пути для двух полимерных растворов разного состава при использовании в качестве растворителя диоксана. Как видно из рисунка, для обоих растворов бинодаль достигается сразу же после погружения, то есть имеет место мгновенное разложение.

а б

Рис.1. Коагуляционные пути для трехфазных систем полимер/растворитель/осадитель.

а) ацетат целлюлозы/ацетон/вода: а – время погружения (t) меньше 1с; b – t=

Из мембранных свойств, наблюдаемых для двух типов процесса разложения полимерного раствора, можно сделать вывод о предпочтительности комбинации этих методов для создания мембраны обладающей высокими и селективностью, и проницаемостью. При этом, увеличение полимерной концентрации, наблюдаемое при замедленном расслоении, должно создавать плотный наружный селективный слой, а обедненная полимерная фаза, образующаяся при мгновенном расслоении, должна формовать открытую пористую структуру подложки мембраны.

Это может быть достигнуто при кратковременном контактировании полимерного раствора с осадителем, обеспечивающим замедленный тип расслоения. Время контакта должно быть меньше, чем время запаздывания, чтобы формовался только тонкий слой с повышенной концентрацией полимера, но не происходил фазовый распад полимерного раствора. Затем полимерный раствор погружается в осадитель, обеспечивающий мгновенное фазовое разложение полимерного раствора, где фиксируется структура наружного слоя мембраны.

Структура подложки может фиксироваться различными способами для плоской и половолоконной мембраны.

Для плоской мембраны существует только одна поверхность контакта полимерного раствора с осадителем, поэтому структура плоской мембраны формируется полностью со стороны внешней поверхности. Так как объем осадительной ванны относительно велик по сравнению с объемом полимерной пленки, то ее состав в ходе процесса фазовой инверсии остается постоянным.

При формовании плоского волокна существует две поверхности контакта раствора с осадителем: с наружной и с внутренней поверхности раствора, сформованного в виде полого волокна. Поэтому, если с внутренней стороны подать растворитель, обеспечивающий мгновенное расслоение, то структура подложки формуется с внутренней стороны волокна. Кроме того объем осадителя с внутренней стороны ограничен, что приводит к существенному изменению состава внутренней осадительной ванны и является причиной различных условий протекания процесса фазовой инверсии.

В результате фазового распада образуется асимметричная структура стенки мембраны с тонким плотным наружным слоем и пористой структурой подложки.

Дополнительно

Технология выращивания кукурузы на зерно
Кукуруза — одна из основных культур современного мирового земледелия. Это культура разносто­роннего использования и высокой урожайности. На продовольствие в странах мира используется около 20% зерна кукурузы, на технические цели — 15 — 20% и примерно две трети — на корм. Кукурузу выращивают во ...

Эволюция энергетических процессов у эубактерий
В главах 11 и 12 были обсуждены проблемы возникновения первичной клетки из гипотетической протоклетки и последующего пути прогрессивной эволюции первичной клетки. Как было обнаружено в 70-х гг., на раннем этапе этого пути могло произойти выделение трех основных ветвей, каждая из которых самостояте ...