화학적 상 분리는 특히 미세여과, 한외여과 및 나노여과 응용 분야에서 멤브레인을 생산하는 일반적인 방법입니다. 이 기술은 다공성 구조를 만들기 위해 폴리머 용액의 제어된 레이어링을 사용합니다. 화학적 상 분리에는 세 가지 주요 방법이 있습니다.
비용매 유도 상분리(NIPS):
이 방법에서는 폴리머 용액을 지지대에 캐스팅하고 비용매 수조(일반적으로 물)에 담급니다. 비용매 수조는 중합체를 침전시키고 다공성 구조를 형성합니다. NIPS 프로세스는 다음 단계로 나눌 수 있습니다.
1. 캐스팅 용액의 준비: 적절한 폴리머를 용매 또는 용매 혼합물에 용해하여 균질한 용액을 만듭니다.
2. 캐스팅 용액: 중합체 용액은 생성된 필름의 두께를 제어하기 위해 캐스팅 나이프를 사용하여 지지체, 일반적으로 유리판 또는 부직포 배킹에 캐스팅됩니다.
3. 담금 침전: 주조 용액을 비용매 수조(일반적으로 물)에 즉시 담급니다. 용매와 비용매의 교환은 중합체의 상 분리 및 침전을 초래합니다.
4. 막 세척 및 건조: 상 분리 후 생성된 막을 철저히 세척하여 잔류 용매 및 비용매를 제거한 다음 제어된 조건에서 건조합니다.
기계적 강도가 우수하고 기공 크기가 넓은 멤브레인을 생산하는 데 적합한 NIPS는 비교적 간단하고 비용 효율적인 공정입니다. 여과막 생산에서 입증된 방법이며 대규모 생산을 위해 쉽게 확장할 수 있습니다.
열유도 상분리(TIPS):
TIPS는 온도에 민감한 용매와 함께 폴리머 용액을 사용하는 것과 관련이 있습니다. 온도를 변화시키면 고분자의 용해도가 변하여 상분리와 다공성 구조가 형성된다. TIPS 프로세스에는 다음 단계가 포함됩니다.
1. 캐스팅 용액 준비: 온도에 민감한 용매 또는 용매 혼합물에 적절한 폴리머를 용해하여 균질한 용액을 만듭니다.
2. 주조 용액: NIPS 공정과 동일하게 폴리머 용액을 캐리어에 붓습니다.
3. 온도 유도 상 분리: 제어된 온도 변화(가열 또는 냉각)에 주조 용액을 노출하면 폴리머가 침전되어 다공성 구조를 형성합니다.
4. 멤브레인 세척 및 건조: 생성된 멤브레인을 세척하여 잔류 용매를 제거한 다음 제어된 조건에서 건조합니다.
NIPS와 비교하여 TIPS의 생산 공정은 보다 균일한 기공 크기 분포를 가진 멤브레인을 생산할 수 있지만 가열 공정으로 인해 TIPS는 더 많은 에너지 소비가 필요할 수 있으므로 의심할 여지없이 생산 비용이 증가하므로 TIPS는 NIPS만큼 일반적이지 않으며, 프로세스를 확장하려면 더 많은 에너지가 필요할 수 있습니다. 많은 연구와 개발.
증기상 분리(VIPS):
VIPS 방법에서는 캐스트 폴리머 용액을 비용매 증기 분위기에 노출시켜 상분리를 유도합니다. VIPS 프로세스와 관련된 단계는 다음과 같습니다.
1. 캐스팅 용액의 준비: 적절한 폴리머를 용매 또는 용매 혼합물에 용해하여 균질한 용액을 만듭니다.
2. 주조 용액: NIPS 공정과 동일하게 폴리머 용액을 캐리어에 붓습니다.
3. 증기 유도 상분리: 캐스팅 용액은 비용매 증기 분위기에 노출되어 용매 증발 및 비용매 흡수로 이어져 폴리머의 상분리 및 침전을 초래합니다.
4. 멤브레인 세척 및 건조: 생성된 멤브레인을 세척하여 잔류 용매 및 비용매를 제거한 다음 제어된 조건에서 건조합니다.
기체상 분리는 매우 균일한 기공 구조와 크기 분포를 가진 막을 생성할 수 있지만 이 방법은 특수 장비와 제어된 환경이 필요할 수 있으며 이는 생산 비용도 증가시킵니다. 기체상 분리는 NIPS보다 덜 일반적으로 사용되며 대규모로 생산되기 전에 더 많은 연구와 개발이 필요합니다.
위의 세 가지 공정 모두 폴리머 농도, 주조 용액 온도, 비용매 유형 및 공정 조건과 같은 변수를 조정하여 생성된 멤브레인의 형태와 특성을 제어하기 위해 더욱 최적화되고 맞춤화될 수 있습니다. NIPS, TIPS 및 기체 상 분리 중에서 선택하는 것은 필요한 멤브레인 특성, 생산 비용 및 확장성에 따라 달라지며, 이러한 요소를 철저히 분석하고 기술 팀과 상의하여 특정 응용 분야에 가장 적합한 방법을 결정하십시오. 또한 제품에 대한 최선의 결정을 내리기 위해 최신 연구 및 업계 동향을 파악하는 것이 필수적입니다.
소환
1. Mulder, M., &Smolders, C. A. (1996). Membrane formation by phase inversion. Journal ofMembrane Science, 117(1-2), 1-31. https://doi.org/10.1016/0376-7388(96)00045-1
2. Huang, R. Y. M.,& Rempel, G. L. (1995). Formation of microporous membranes by thermallyinduced phase inversion. Journal of Applied Polymer Science, 56(11), 1421-1432.https://doi.org/10.1002/app.1995.070561105
3. Reis, R. P., &da Costa, C. A. (2004). Chemical and physical characterization of polyamidereverse osmosis membranes formed by interfacial polymerization. Journal ofMembrane Science, 245(1-2), 53-64. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.07.009
4. Li, N., Yang, H.,& Zhang, X. (2013). Preparation of polyimide ultrafiltration membranes bychemical phase inversion. Journal of Membrane Science, 444, 341-347.https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.05.039
