Химическое разделение фаз является распространенным методом производства мембран, особенно для микрофильтрации, ультрафильтрации и нанофильтрации. В этом методе используется контролируемое наслоение полимерных растворов для создания пористых структур. Существует три основных метода химического разделения фаз:
Неиндуцированное растворителем фазовое разделение (NIPS):
В этом методе раствор полимера заливают на подложку и погружают в ванну с нерастворителем, обычно с водой. Ванна с нерастворителем осаждает полимер и образует пористую структуру. Процесс NIPS можно разделить на следующие этапы:
1. Приготовление раствора для литья: Растворите соответствующий полимер в растворителе или смеси растворителей, чтобы получился гомогенный раствор.
2. Литейный раствор. Полимерный раствор заливают на подложку, обычно стеклянную пластину или нетканую подложку, используя литейный нож для контроля толщины получаемой пленки.
3. Осаждение погружением. Литейный раствор немедленно погружают в ванну с нерастворителем, обычно в воду. Замена растворителя и нерастворителя приводит к разделению фаз и осаждению полимера.
4. Промывка и сушка мембран: после разделения фаз полученные мембраны тщательно промывают для удаления остаточных растворителей и нерастворителей, а затем сушат в контролируемых условиях.
Подходящий для производства мембран с хорошей механической прочностью и широким диапазоном размеров пор, NIPS является относительно простым и экономичным процессом. является проверенным методом производства фильтрующих мембран, и его можно легко масштабировать для крупномасштабного производства.
Термическое фазовое разделение (TIPS):
TIPS предполагает использование растворов полимеров с чувствительными к температуре растворителями. При изменении температуры растворимость полимера изменяется, вызывая фазовое расслоение и образование пористой структуры. Процесс TIPS включает следующие этапы:
1. Приготовление раствора для литья: растворите соответствующий полимер в чувствительном к температуре растворителе или смеси растворителей, чтобы получить однородный раствор.
2. Литейный раствор: полимерный раствор выливается на носитель, как и в процессе NIPS.
3. Фазовое разделение, вызванное температурой. Воздействие на литейный раствор контролируемых изменений температуры (нагрев или охлаждение) приводит к осаждению полимера и образованию пористой структуры.
4. Промывка и сушка мембраны. Полученную мембрану промывают для удаления остаточного растворителя и затем сушат в контролируемых условиях.
По сравнению с NIPS, процесс производства TIPS может производить мембраны с более равномерным распределением пор по размерам, но из-за процесса нагрева TIPS может потребовать большего энергопотребления, что, несомненно, увеличит производственные затраты, поэтому TIPS не так распространен, как NIPS, и масштабирование процесса может потребовать больше энергии. Много исследований и разработок.
Разделение паровой фазы (VIPS):
В методе VIPS фазовое разделение индуцируется воздействием на литой раствор полимера атмосферы паров, не содержащих растворителя. Этапы процесса VIPS:
1. Приготовление раствора для литья: Растворите соответствующий полимер в растворителе или смеси растворителей, чтобы получился гомогенный раствор.
2. Литейный раствор: полимерный раствор выливается на носитель, как и в процессе NIPS.
3. Фазовое разделение, вызванное парами: литьевой раствор подвергается воздействию атмосферы паров, не содержащих растворителя, что приводит к испарению растворителя и абсорбции нерастворителя, что приводит к фазовому разделению и осаждению полимера.
4. Промывка и сушка мембраны. Полученную мембрану промывают для удаления остаточных растворителей и нерастворителей, а затем сушат в контролируемых условиях.
Разделение газовой фазы может производить мембраны с очень однородной структурой пор и распределением по размерам, но этот метод может потребовать специального оборудования и контролируемой среды, что также увеличивает производственные затраты. Разделение газовой фазы используется реже, чем NIPS, и требует дополнительных исследований и разработок, прежде чем его можно будет производить в больших масштабах.
Все три описанных выше процесса могут быть дополнительно оптимизированы и адаптированы для управления морфологией и свойствами получаемых мембран путем регулирования таких переменных, как концентрация полимера, температура литейного раствора, тип нерастворителя и условия обработки. Выбор между NIPS, TIPS и разделением газовой фазы зависит от требуемых свойств мембраны, стоимости производства и масштабируемости. Проведите тщательный анализ этих факторов и проконсультируйтесь с технической командой, чтобы определить лучший метод для вашего конкретного применения. Кроме того, крайне важно быть в курсе последних исследований и отраслевых тенденций, чтобы обеспечить принятие наилучших решений для вашего продукта.
Цитата
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
Неиндуцированное растворителем фазовое разделение (NIPS):
Термическое фазовое разделение (TIPS):