化学相分離は、特に精密濾過、限外濾過、およびナノ濾過用途の膜を製造するための一般的な方法です。 この技術では、ポリマー溶液の制御された層形成を利用して多孔質構造を作成します。 化学相分離には 3 つの主な方法があります。
非溶媒誘起相分離 (NIPS):
この方法では、ポリマー溶液を支持体上にキャストし、非溶媒浴、通常は水に浸漬します。 非溶媒浴はポリマーを沈殿させ、多孔質構造を形成します。 NIPS プロセスは次のステップに分割できます。
1. キャスティング溶液の調製: 適切なポリマーを溶媒または溶媒混合物に溶解して、均一な溶液を形成します。
2. キャスト溶液: 得られるフィルムの厚さを制御するためにキャストナイフを使用して、ポリマー溶液を支持体 (通常はガラス板または不織布の裏打ち) 上にキャストします。
3. 浸漬沈殿: 鋳造溶液を非溶媒浴 (通常は水) に直ちに浸漬します。 溶媒と非溶媒の交換により、相分離とポリマーの沈殿が起こります。
4. 膜の洗浄と乾燥: 相分離後、得られた膜を徹底的に洗浄して残留溶媒と非溶媒を除去し、制御された条件下で乾燥させます。
NIPS は、良好な機械的強度と幅広い細孔サイズを備えた膜の製造に適しており、比較的シンプルでコスト効率の高いプロセスです。 は濾過膜の生産において実績のある方法であり、大規模生産のために簡単にスケールアップできます。
熱誘起相分離 (TIPS):
TIPS では、温度に敏感な溶媒を含むポリマー溶液を使用します。 温度を変化させるとポリマーの溶解度が変化し、相分離や多孔質構造の形成が起こります。 TIPS プロセスには次の手順が含まれます。
1. キャスティング溶液の調製: 適切なポリマーを温度に敏感な溶媒または溶媒混合物に溶解して、均一な溶液を形成します。
2. 溶液のキャスト: NIPS プロセスと同じように、ポリマー溶液をキャリア上に注ぎます。
3. 温度誘起相分離: キャスティング溶液を制御された温度変化 (加熱または冷却) にさらすと、ポリマーが沈殿し、多孔質構造が形成されます。
4. 膜の洗浄と乾燥: 得られた膜を洗浄して残留溶媒を除去し、制御された条件下で乾燥させます。
NIPS と比較して、TIPS の製造プロセスはより均一な細孔径分布を持つ膜を製造できますが、加熱プロセスにより、TIPS はより多くのエネルギー消費を必要とする可能性があり、間違いなく製造コストが増加するため、TIPS は NIPS ほど一般的ではありません。 プロセスをスケールアップするには、より多くのエネルギーが必要になる場合があります。 多くの研究開発が行われています。
気相分離 (VIPS):
VIPS 法では、キャストされたポリマー溶液を非溶媒蒸気雰囲気にさらすことによって相分離が引き起こされます。 VIPS プロセスに含まれる手順は次のとおりです。
1. キャスティング溶液の調製: 適切なポリマーを溶媒または溶媒混合物に溶解して、均一な溶液を形成します。
2. 溶液のキャスト: NIPS プロセスと同じように、ポリマー溶液をキャリア上に注ぎます。
3. 蒸気誘起相分離: キャスティング溶液が非溶媒蒸気雰囲気にさらされると、溶媒の蒸発と非溶媒の吸収が起こり、ポリマーの相分離と沈殿が生じます。
4. 膜の洗浄と乾燥: 得られた膜を洗浄して残留溶媒と非溶媒を除去し、制御された条件下で乾燥させます。
気相分離では、非常に均一な細孔構造とサイズ分布を備えた膜を製造できますが、この方法では特殊な装置と制御された環境が必要になる可能性があり、製造コストも増加します。 気相分離は NIPS ほど一般的には使用されておらず、大規模に生産するにはさらに多くの研究開発が必要です。
上記の 3 つのプロセスはすべて、ポリマー濃度、キャスティング溶液の温度、非溶媒の種類、処理条件などの変数を調整することで、さらに最適化およびカスタマイズして、得られる膜の形態と特性を制御できます。 NIPS、TIPS、気相分離のいずれを選択するかは、必要な膜特性、生産コスト、拡張性によって異なります。これらの要因を徹底的に分析し、技術チームに相談して特定の用途に最適な方法を決定します。 さらに、製品に対して最善の決定を下せるように、最新の研究と業界のトレンドを常に把握することが不可欠です。
引用
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