(完整版)相转化法制膜

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相转化法制膜

相转化法制膜

一、相转化法制膜基本原理所谓相转化法制膜,就是配制一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换,改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构,最终固化成膜。

相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同,可以分为以下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法、和溶液相转变法。

溶液相转化法也称溶液相转化法和浸入凝胶相转化法。

在以上几种相转化法中,溶液相转化法制备工艺简单,并且具有更多的工艺可变性,能够根据膜的应用更好的调节膜的结构和性能,于是成为制备微孔膜的主要方法。

溶液相转化法制膜过程至少包含3种物质,即聚合物、溶剂和非溶剂,成膜过程分为两个阶段。

第一阶段:分相过程,当铸膜液浸入凝固浴后,溶剂和非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,此时铸膜液变成热力学不稳定体系,于是导致铸膜液发生相分离。

这一阶段是决定膜孔结构的关键步骤,研究的内容有制膜体系的热力学性质以及传质动力学。

第二阶段:相转化过程,制膜液体系分相后,溶剂、非溶剂进一步交换,发生了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

这一阶段对最终聚合物膜的结构形态影响很大,但不是成孔的主要因素,研究的内容主要是分相后到膜溶液相转化过程中的结构控制及其性能研究的固化这一过程,也称为凝胶动力学过程,相对于第一阶段的热力学描述和传质动力学研究,凝胶动力学研究的比较少。

二、成膜机理浸入沉淀相转化法所制备的聚合物膜常由表层和多孔底层两部分组成,表层的结构有致密和多孔两种,而不同的表层结构将影响膜的多孔底层的结构形态。

在浸入凝胶法制备聚合物膜的过程中,非对称膜结构的形成主要受控于铸膜液的热力学特性和其在凝胶浴中的动力学传递过程.在相分离过程中,聚合物富相形成膜的主体结构,而聚合物贫相将形成膜孔.新形成的膜结构并不稳定,通过固化过程后形成稳定的多孔结构。

浸入沉淀相转化法制膜

浸入沉淀相转化法制膜

浸入沉淀相转化法制膜一、本文概述本文将全面介绍“浸入沉淀相转化法制膜”的原理、过程、影响因素以及应用前景。

浸入沉淀相转化法是一种重要的膜制备技术,通过控制溶液中的化学反应,使溶质在基材表面形成一层具有特定结构和功能的膜层。

这种方法具有操作简便、成膜均匀、可调控性强等优点,因此在膜分离、水处理、化学反应控制等领域具有广泛的应用。

本文将从理论和实验两个方面对浸入沉淀相转化法制膜进行深入研究,以期为该技术的进一步优化和应用提供有益的参考。

二、浸入沉淀相转化法制膜技术概述浸入沉淀相转化法(Dip-Coating and Phase Inversion Method)是一种常用的制膜技术,尤其在制备高分子膜领域具有广泛的应用。

该方法结合了浸渍和相转化的原理,通过控制高分子溶液在支撑体上的浸渍和随后的相转化过程,实现高分子膜的形成。

浸入沉淀相转化法制备的膜材料具有优良的物理和化学性能,如高机械强度、良好的化学稳定性和渗透性等,因此在分离、过滤、膜反应等多个领域具有潜在的应用价值。

在浸入沉淀相转化法制膜过程中,高分子溶液首先被涂覆或浸渍在支撑体上,然后通过控制温度、溶剂蒸发速率或引入非溶剂等手段,使高分子溶液发生相转化,即从液态转变为固态,从而在支撑体上形成一层连续、均匀的高分子膜。

相转化的过程涉及到高分子链的重新排列和聚集,以及溶剂与非溶剂之间的相互作用,这些因素共同决定了最终形成的膜的结构和性能。

浸入沉淀相转化法制膜的优点在于操作简单、易于控制膜的厚度和结构,并且可以通过调整溶液组成、浸渍条件和相转化参数来调控膜的微观结构和性能。

该方法还适用于制备多层复合膜和功能性膜材料,通过在不同层之间引入不同的高分子或添加剂,可以实现膜材料性能的定制和优化。

然而,浸入沉淀相转化法制膜也存在一些挑战和限制。

例如,在相转化过程中可能会出现膜材料收缩、开裂或缺陷等问题,这些都会影响膜的完整性和性能。

对于某些特定的高分子材料,可能需要特殊的溶剂或非溶剂才能实现有效的相转化,这增加了制膜过程的复杂性和成本。

相转化法 多孔膜

相转化法 多孔膜

相转化法多孔膜多孔膜是一种具有许多微小孔洞的薄膜材料,广泛应用于过滤、分离、膜反应、传质等领域。

它的出现极大地推动了科学技术的发展和工业生产的进步。

多孔膜的制备方法有很多种,其中一种常用的方法是相转化法。

相转化法是指通过溶液中的相转化过程,将溶液中的溶质转化为固体状态,形成多孔膜的过程。

这种制备方法具有简单、快速的特点,并且可控性较好,可以得到具有不同孔径和形状的多孔膜。

相转化法的制备过程一般包括溶液制备、膜形成和后处理三个步骤。

首先,需要制备含有溶质的溶液。

溶质可以是无机盐、有机物或高分子物质。

溶液的组成和浓度对最终膜的性能有很大影响,因此需要根据具体应用要求进行选择和调整。

接下来,将溶液倒入制备膜的装置中。

常见的装置有浸渍法、浇铸法和蒸发法等。

在溶液中,溶质会发生相转化反应,形成固体的多孔膜。

相转化的过程可以是物理相变,如溶剂的挥发;也可以是化学反应,如溶液中的化学物质与外部添加的反应剂反应。

制备好的多孔膜需要进行后处理。

后处理的目的是去除溶液中的余渣和不溶物,使膜表面更加光滑和均匀。

后处理的方法包括洗涤、干燥和热处理等。

通过后处理,可以进一步改善膜的结构和性能,提高其使用寿命和分离效果。

相转化法制备的多孔膜具有很多优点。

首先,制备过程简单、快速,适用于大规模生产。

其次,可以根据需求调控膜的孔径和形状,以满足不同领域的应用要求。

再次,制备的多孔膜具有较高的孔隙率和较低的阻力,具有较好的通量和分离效果。

最后,多孔膜可以通过改变制备条件和添加不同的功能材料,实现对溶质的选择性分离和催化反应。

在过滤领域,多孔膜被广泛应用于水处理、空气净化、食品加工和药品生产等。

多孔膜可以有效去除水中的悬浮颗粒和溶解物,提高水的纯净度。

在空气净化领域,多孔膜可以过滤空气中的微小颗粒和有害气体,改善室内空气质量。

在食品加工和药品生产过程中,多孔膜可以用于分离和浓缩溶液中的有用成分,提高产品的纯度和质量。

除了过滤领域,多孔膜还被广泛应用于分离和传质过程中。

相转化法制膜分析

相转化法制膜分析

一、相转化法制膜基本原理所谓相转化法制膜,就是配制一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换,改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构,最终固化成膜。

相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同,可以分为以下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法、和溶液相转变法。

溶液相转化法也称溶液相转化法和浸入凝胶相转化法。

在以上几种相转化法中,溶液相转化法制备工艺简单,并且具有更多的工艺可变性,能够根据膜的应用更好的调节膜的结构和性能,于是成为制备微孔膜的主要方法。

溶液相转化法制膜过程至少包含3种物质,即聚合物、溶剂和非溶剂,成膜过程分为两个阶段。

第一阶段:分相过程,当铸膜液浸入凝固浴后,溶剂和非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,此时铸膜液变成热力学不稳定体系,于是导致铸膜液发生相分离。

这一阶段是决定膜孔结构的关键步骤,研究的内容有制膜体系的热力学性质以及传质动力学。

第二阶段:相转化过程,制膜液体系分相后,溶剂、非溶剂进一步交换,发生了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

这一阶段对最终聚合物膜的结构形态影响很大,但不是成孔的主要因素,研究的内容主要是分相后到膜溶液相转化过程中的结构控制及其性能研究的固化这一过程,也称为凝胶动力学过程,相对于第一阶段的热力学描述和传质动力学研究,凝胶动力学研究的比较少。

二、成膜机理浸入沉淀相转化法所制备的聚合物膜常由表层和多孔底层两部分组成,表层的结构有致密和多孔两种,而不同的表层结构将影响膜的多孔底层的结构形态。

在浸入凝胶法制备聚合物膜的过程中,非对称膜结构的形成主要受控于铸膜液的热力学特性和其在凝胶浴中的动力学传递过程.在相分离过程中,聚合物富相形成膜的主体结构,而聚合物贫相将形成膜孔.新形成的膜结构并不稳定,通过固化过程后形成稳定的多孔结构。

相转化法制膜

相转化法制膜

一、相转化法制膜基本原理所谓相转化法制膜,就是配制一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换,改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构,最终固化成膜。

相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同,可以分为以下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法、和溶液相转变法。

溶液相转化法也称溶液相转化法和浸入凝胶相转化法。

在以上几种相转化法中,溶液相转化法制备工艺简单,并且具有更多的工艺可变性,能够根据膜的应用更好的调节膜的结构和性能,于是成为制备微孔膜的主要方法。

溶液相转化法制膜过程至少包含3种物质,即聚合物、溶剂和非溶剂,成膜过程分为两个阶段。

第一阶段:分相过程,当铸膜液浸入凝固浴后,溶剂和非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,此时铸膜液变成热力学不稳定体系,于是导致铸膜液发生相分离。

这一阶段是决定膜孔结构的关键步骤,研究的内容有制膜体系的热力学性质以及传质动力学。

第二阶段:相转化过程,制膜液体系分相后,溶剂、非溶剂进一步交换,发生了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

这一阶段对最终聚合物膜的结构形态影响很大,但不是成孔的主要因素,研究的内容主要是分相后到膜溶液相转化过程中的结构控制及其性能研究的固化这一过程,也称为凝胶动力学过程,相对于第一阶段的热力学描述和传质动力学研究,凝胶动力学研究的比较少。

二、成膜机理浸入沉淀相转化法所制备的聚合物膜常由表层和多孔底层两部分组成,表层的结构有致密和多孔两种,而不同的表层结构将影响膜的多孔底层的结构形态。

在浸入凝胶法制备聚合物膜的过程中,非对称膜结构的形成主要受控于铸膜液的热力学特性和其在凝胶浴中的动力学传递过程.在相分离过程中,聚合物富相形成膜的主体结构,而聚合物贫相将形成膜孔.新形成的膜结构并不稳定,通过固化过程后形成稳定的多孔结构。

相转化法制膜过程的膜结构形态调控与优化资料

相转化法制膜过程的膜结构形态调控与优化资料
concentration ofpolyetherimide偿EI)and the longer the evaporation time,the smaller the flux ofpure water ofmembrane.By adding DGDE into the polymer solution,the

郑州大学硕士学位论文
1概 述
1.1引言
膜在自然界中,特别在生物体内是广泛而恒久地存在的,它与生命起源和生命活动 密切相关,是一切生命活动的基础。膜技术是在20世纪初出现,60年代后迅速崛起的 一门新兴分离技术。追溯膜分离技术的发展历史,世界上最早的工业应用膜是在第一次 世界大战后由德国Sartorius研制的,其技术秘诀始于Zsigmondy的早期工作。六十年代 早期Loeb和Sourirajan[1】采用相转化法研制成功世界上具有里程碑意义的高脱盐率、高 通量的非对称醋酸纤维素反渗透膜,至此,人们对于膜分离的研究才开始走出实验室, 得以大规模的工业应用。
(PEG6000)Was manufactured. The surface area and pore size analyzer Was used to observe the pore size and
distribution in the membrane.It WaS shown that the skin of娃le PES membrane was much denser than that ofthe PSF membrane.
The model equation has been established based on the data analysis of the
uniform design experimental results.The model is in good agreement with

相转化法制膜

相转化法制膜

一、相转化法制膜基本原理所谓相转化法制膜,就就是配制一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂与非溶剂的传质交换,改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构,最终固化成膜。

相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同,可以分为以下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法、与溶液相转变法。

溶液相转化法也称溶液相转化法与浸入凝胶相转化法。

在以上几种相转化法中,溶液相转化法制备工艺简单,并且具有更多的工艺可变性,能够根据膜的应用更好的调节膜的结构与性能,于就是成为制备微孔膜的主要方法。

溶液相转化法制膜过程至少包含3种物质,即聚合物、溶剂与非溶剂,成膜过程分为两个阶段。

第一阶段:分相过程,当铸膜液浸入凝固浴后,溶剂与非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散,溶剂与非溶剂之间的交换达到一定程度,此时铸膜液变成热力学不稳定体系,于就是导致铸膜液发生相分离。

这一阶段就是决定膜孔结构的关键步骤,研究的内容有制膜体系的热力学性质以及传质动力学。

第二阶段:相转化过程,制膜液体系分相后,溶剂、非溶剂进一步交换,发生了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

这一阶段对最终聚合物膜的结构形态影响很大,但不就是成孔的主要因素,研究的内容主要就是分相后到膜溶液相转化过程中的结构控制及其性能研究的固化这一过程,也称为凝胶动力学过程,相对于第一阶段的热力学描述与传质动力学研究,凝胶动力学研究的比较少。

二、成膜机理浸入沉淀相转化法所制备的聚合物膜常由表层与多孔底层两部分组成,表层的结构有致密与多孔两种,而不同的表层结构将影响膜的多孔底层的结构形态。

在浸入凝胶法制备聚合物膜的过程中,非对称膜结构的形成主要受控于铸膜液的热力学特性与其在凝胶浴中的动力学传递过程、在相分离过程中,聚合物富相形成膜的主体结构,而聚合物贫相将形成膜孔、新形成的膜结构并不稳定,通过固化过程后形成稳定的多孔结构。

相转化

相转化
相转化膜及改性
1 2 3
相转化膜
膜的转化方法 柔性膜的制备
1.相转化膜
聚合物膜制备的工艺 相转化法 拉伸法 溶胶-凝胶法 辐照法和烧结法
相转化法因为操作简单、制膜工艺简 单、膜结构容易控制等特点是目前最 常用的成膜方法之一。
பைடு நூலகம்
相转化技术的主要概述 相转化主要是通过向聚合物溶液中加入 非溶剂,使聚合物从液态变为固态的过 程,这种固化过程首先由一个均相液态 转变成两个分层液态(聚合物富相和聚 合物贫相)而引发,当分层达到一定程 度后,其中一个液态(聚合物富相)固 化,最终形成固态本体。
通过相转化法制备聚合物膜一般要求具 备三个条件: 1.聚合物具有良性溶剂,可以配置高度 的聚合物溶液; 2.聚合物、溶剂和非溶剂三者之间不生 生化学反应; 3.聚合物的良性溶剂可以和其它非溶剂 互溶。
2 膜的改性方法
1.表面涂覆 表面涂覆一般是通过简单的浇铸、浸泡或 旋涂的方式在膜的表面引入改性剂,从而实 现膜表面特定功能化的改性。该涂覆方法 简单,一般不涉及新的化学键的形成,主 要是依靠表面的物理作用如静电力和范德 华力来将改性剂涂覆在膜的表面。例如: 近年来,许多研究者通过在膜的表面涂覆 多巴胺,利用多巴胺良好的黏附特性和亲 水性,来改善膜表面的浸润性。
3.柔性膜的制备
本制备选用了一种简单有效的方法相转 化,来合成一种活性炭柔性膜电极材料 。该方法基于一种液—液相转化技术: 在第三相介质中通过溶剂和非溶剂之间 的传质交换,使得液相由最初的均相热 力学稳定状态而进行进一步的相转化过 程,当过程结束时转变成一个固态的柔 性膜,同时该膜具有三维大分子的网络 多孔结构。
2表面接枝 表面接枝是通过化学反应的方式在膜的 表面引入特定功能的接枝层,从而实现 对膜表面的改性。表面接枝之前一般需 要先对膜的表面进行处理,使表面产生 活性反应点。处理方法有 UV 处理、化 学引发、低温等离子处理、γ射线辐照等 。

什么叫相转化法制膜

什么叫相转化法制膜

什么叫相转化法制膜
相转化法是制取微孔滤膜的最常用方法,仅适用于高分子聚合物。

该制膜方法就是配制一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的方法将聚合物溶液流延成相应的形状,溶剂向非溶剂中转移扩散,均相的聚合物溶液发生相分离,聚合物变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。

随着溶剂、添加剂和凝固浴的不同,相转化制膜法分为∶浸没沉淀相转化法、热致相分离法、溶剂蒸发相转化法、气相沉淀相转化法。

相转化法制膜局限于在常温下能溶于溶剂的高分子材料,如醋酸
纤维素、聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等;热致相分离法的出现将相转化法制膜材料扩展到聚乙烯、聚丙烯、聚酯等常温下不溶的结晶性高分子材料。

解析超纯水系统中相转法制备超滤膜

解析超纯水系统中相转法制备超滤膜

解析超纯水系统中相转法制备超滤膜相转化法制备超滤膜,目前商品化的超滤膜多是采用聚合物材料由相转化法制备的,常用材料包括:聚砜/聚醚砜/磺化聚砜;聚偏二氟乙烯;聚丙烯腈(及有关的本体共聚特);纤维素(如醋酸纤维素);聚栈亚胺/聚醚亚胺/聚醚酰肪酰胺;聚醚醚酮。

用相转化法技术制备非对称膜,一般需要经过以下三个步骤:首先把聚合物溶解在适当的溶剂中,以配成聚合物含量为10-30%铸膜的溶液;其次把这种溶液浇铸成100-500微米厚的液膜;最后,将此膜浸入非溶剂中凝胶或放在空气中使溶剂挥发后成膜。

大多数超滤膜作用都相似,可用水或水溶液作为凝胶溶液,在凝胶过程中,均相的聚合物溶液沉析成二相,含聚合物的固相形成膜的部分,而含溶剂的液相形成膜孔。

成膜的速率及孔径大小与凝胶过程有关,凝胶开始在液膜表面形成的孔径较小,而后来在液膜底层形成的孔径则要大得多,从而便制成了非对称膜。

用相转化制备聚合物膜的方法有双组分或多组分均相溶液的热凝胶,从三组分聚合物溶液中蒸发挥发性溶剂、均相聚合物溶液中添加非溶剂三种。

除了以上三种相转化制膜方法外,还有一种高分子聚合物支撑的相转化制膜工艺,其潜在应用是作为复合膜的多孔支撑膜。

超纯水离子交换的操作方式及其特点1、间歇式离子交换这种操作方式是将离子交换树脂和待处理的原水混合加以适当搅拌,基本达到交换平衡,使平衡后的水质萍踪设计需求。

此方式通常用于小型生产或实验需要。

2、固定床离子交换是一种最常用的离子交换方式,是将离子交换树脂置于交换柱内,被处理的原水以一定流速流经树脂床层,达到交换目的。

此方式设备简单,操作方便,实用于各种规模的生产,但是其树脂的利用率较低,再生费用较高。

超纯水中的热原性质特点一、水溶性能溶解于水,其浓缩液往往有乳光二、体积小热原的大小、形态、化学组成因菌种不同而不同,细菌内素要比细菌小得多。

走私仅1-50nm,类脂A更小,相对分子质量只有几千,所以一般的过滤方法不易去除。

相转化法制膜过程的膜结构形态调控与优化资料

相转化法制膜过程的膜结构形态调控与优化资料
The model equation has been established based on the data analysis of the
uniform design experimental results.The model is in good agreement with
experimental data.The optimal condition was obtained by multivariate regression method.On the basis ofthose studies,a membrane with low molecular weight cut-off
调控与优化
作者姓名:罗庆涛
学科f_]类:工

专业名称:化学工艺
导师姓名、职称:刘金盾 教授
张浩勤教授
2005年5月21曰
郑娴 大 学疆 士学位 论 文
撼要
沉浸凝胶法是最主要的蒂《造超滤膜的方法。这种工慧涉及猁传热、传质以及 糖转变等多穆复杂过瑗,但迄今刳骥仍以经验试蓑必主,撅骥r开发翅麓长,疆刳 工作量大。此外,用沉浸凝胶法制备超滤膜,除早期用非溶剂、溶剂和聚合物三 元缀分制造外,鞠前大鄱采用在三元组分蘩础上,再添加其他溶剂或菲溶剂,来 调节膜懿续魏,减少膜豹皮鼷缺陷,{三l改善膜戆渗透分离性能。
果溺均訇没诗安瓣实验,i蓬过耀羟分攒,终戴了撼述貘毽§£震嚣影响溅素之 阊酶定薰关系瀚攘登方程,该模螫方疆穰鼯麓厦映了备稀因素酶影噙蕊律+莽l蔫 联网妇蛉模型方程,程满足一定截黧率的前提下,以水邋量为傀纯甄标,迢道嘲 梅溶确定了渡骧藩固淘瓣优纯鳋释蒜l褥了鼗霞分子量大终在鼬00左右的小魏径 趣滤膜。
in preparation process has been囊udied analytically and experimentally,As a result, the forming technology has been optimized and different membranes were obtained.

相转化法制膜教学提纲

相转化法制膜教学提纲

一、相转化法制膜基本原理所谓相转化法制膜,就是配制一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换,改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构,最终固化成膜。

相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同,可以分为以下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法、和溶液相转变法。

溶液相转化法也称溶液相转化法和浸入凝胶相转化法。

在以上几种相转化法中,溶液相转化法制备工艺简单,并且具有更多的工艺可变性,能够根据膜的应用更好的调节膜的结构和性能,于是成为制备微孔膜的主要方法。

溶液相转化法制膜过程至少包含3种物质,即聚合物、溶剂和非溶剂,成膜过程分为两个阶段。

第一阶段:分相过程,当铸膜液浸入凝固浴后,溶剂和非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,此时铸膜液变成热力学不稳定体系,于是导致铸膜液发生相分离。

这一阶段是决定膜孔结构的关键步骤,研究的内容有制膜体系的热力学性质以及传质动力学。

第二阶段:相转化过程,制膜液体系分相后,溶剂、非溶剂进一步交换,发生了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

这一阶段对最终聚合物膜的结构形态影响很大,但不是成孔的主要因素,研究的内容主要是分相后到膜溶液相转化过程中的结构控制及其性能研究的固化这一过程,也称为凝胶动力学过程,相对于第一阶段的热力学描述和传质动力学研究,凝胶动力学研究的比较少。

二、成膜机理浸入沉淀相转化法所制备的聚合物膜常由表层和多孔底层两部分组成,表层的结构有致密和多孔两种,而不同的表层结构将影响膜的多孔底层的结构形态。

在浸入凝胶法制备聚合物膜的过程中,非对称膜结构的形成主要受控于铸膜液的热力学特性和其在凝胶浴中的动力学传递过程.在相分离过程中,聚合物富相形成膜的主体结构,而聚合物贫相将形成膜孔.新形成的膜结构并不稳定,通过固化过程后形成稳定的多孔结构。

相转化法制膜厚度与断面结构的关系

相转化法制膜厚度与断面结构的关系

相转化法制膜厚度与断面结构的关系
首先,膜厚度对于薄膜的性能具有直接影响。

一般来说,薄膜
的厚度会影响其光学、电学、磁学等性能。

例如,对于光学薄膜来说,薄膜的厚度会影响其透射率、反射率等光学性能;对于电学薄
膜来说,薄膜的厚度会影响其电阻率、介电常数等电学性能。

因此,通过相转化法制备的薄膜的厚度会直接影响其在光学、电学等方面
的性能表现。

其次,膜厚度也会影响薄膜的断面结构。

一般来说,薄膜的断
面结构可以分为致密结构、柱状结构、多层结构等不同类型。

薄膜
的厚度会影响其断面结构的形成,例如较薄的薄膜更容易形成致密
结构,而较厚的薄膜则更容易形成柱状结构或多层结构。

这种断面
结构的变化会直接影响薄膜的机械性能、热稳定性等方面的性能表现。

另外,膜厚度还会影响薄膜的生长动力学和晶体结构。

薄膜的
生长过程中,薄膜的厚度会影响晶体的生长速率、晶粒尺寸等参数,进而影响薄膜的晶体结构和晶粒取向。

因此,薄膜的厚度对于薄膜
的晶体学性质也具有重要影响。

综上所述,相转化法制备薄膜的厚度与断面结构之间存在着密切的关系。

研究薄膜厚度与断面结构的关系,不仅有助于深入理解薄膜的性能表现机制,也为优化薄膜制备工艺和改进薄膜性能提供了重要的理论指导。

相转化法实验报告

相转化法实验报告

一、实验目的1. 了解相转化法的基本原理及其在制备聚砜类纳滤膜中的应用。

2. 掌握相转化法合成聚砜类纳滤膜的实验步骤。

3. 分析实验过程中可能出现的现象及解决方法。

二、实验原理相转化法是一种制备多孔材料的方法,其基本原理是将高分子溶液浸入非溶剂浴中,高分子聚合物在界面快速析出,形成极薄的致密层,而在致密层的下面形成了多孔层。

这种外密内疏的界面即是膜的基本结构。

三、实验材料与仪器1. 实验材料:聚砜溶液、非溶剂(如甲醇)、添加剂(如表面活性剂)、凝固浴(如水)。

2. 实验仪器:磁力搅拌器、恒温水浴锅、透析袋、滤膜、分析天平、显微镜等。

四、实验步骤1. 配制聚砜溶液:将一定量的聚砜溶解于适量的溶剂中,配制成一定浓度的聚砜溶液。

2. 加入添加剂:在聚砜溶液中加入适量的添加剂,搅拌均匀。

3. 浸泡:将配制好的溶液倒入透析袋中,放入凝固浴中浸泡一定时间,使溶剂蒸发。

4. 洗涤:将透析袋取出,用去离子水冲洗,去除未反应的聚合物和添加剂。

5. 制膜:将透析袋中的溶液在一定的温度下进行相转化,形成多孔膜。

6. 收集与干燥:将形成的多孔膜取出,用去离子水冲洗,去除未反应的聚合物和添加剂。

将膜在干燥器中干燥至恒重。

五、实验结果与分析1. 膜的表面形态:观察膜的外观,发现膜表面光滑,具有多孔结构。

2. 膜的孔径分布:通过显微镜观察,发现膜的孔径分布较为均匀,孔径大小在100-500 nm之间。

3. 膜的孔隙率:通过称重法测定,膜的孔隙率为50%左右。

4. 膜的渗透通量:通过测定膜的渗透通量,发现膜的渗透通量较高,说明膜的过滤性能良好。

六、实验讨论1. 相转化法合成聚砜类纳滤膜的关键因素包括:聚砜溶液的浓度、添加剂的种类和用量、凝固浴的温度等。

2. 实验过程中可能出现的现象及解决方法:(1)膜表面不光滑:可能是聚砜溶液浓度过高或凝固浴温度过低所致。

解决方法:降低聚砜溶液浓度或提高凝固浴温度。

(2)膜孔径分布不均匀:可能是凝固浴温度波动较大或添加剂用量不足所致。

(完整版)相转化法制膜

(完整版)相转化法制膜

(完整版)相转化法制膜⼀、相转化法制膜基本原理所谓相转化法制膜,就是配制⼀定组成的均相聚合物溶液,通过⼀定的物理⽅法使溶液在周围环境中进⾏溶剂和⾮溶剂的传质交换,改变溶液的热⼒学状态,使其从均相的聚合物溶液发⽣相分离,转变成⼀个三维⼤分⼦⽹络式的凝胶结构,最终固化成膜。

相转化制膜法根据改变溶液热⼒学状态的物理⽅法的不同,可以分为以下⼏种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、⽓相沉淀相转变法、和溶液相转变法。

溶液相转化法也称溶液相转化法和浸⼊凝胶相转化法。

在以上⼏种相转化法中,溶液相转化法制备⼯艺简单,并且具有更多的⼯艺可变性,能够根据膜的应⽤更好的调节膜的结构和性能,于是成为制备微孔膜的主要⽅法。

溶液相转化法制膜过程⾄少包含3种物质,即聚合物、溶剂和⾮溶剂,成膜过程分为两个阶段。

第⼀阶段:分相过程,当铸膜液浸⼊凝固浴后,溶剂和⾮溶剂将通过液膜/凝固浴界⾯进⾏相互扩散,溶剂和⾮溶剂之间的交换达到⼀定程度,此时铸膜液变成热⼒学不稳定体系,于是导致铸膜液发⽣相分离。

这⼀阶段是决定膜孔结构的关键步骤,研究的内容有制膜体系的热⼒学性质以及传质动⼒学。

第⼆阶段:相转化过程,制膜液体系分相后,溶剂、⾮溶剂进⼀步交换,发⽣了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

这⼀阶段对最终聚合物膜的结构形态影响很⼤,但不是成孔的主要因素,研究的内容主要是分相后到膜溶液相转化过程中的结构控制及其性能研究的固化这⼀过程,也称为凝胶动⼒学过程,相对于第⼀阶段的热⼒学描述和传质动⼒学研究,凝胶动⼒学研究的⽐较少。

⼆、成膜机理浸⼊沉淀相转化法所制备的聚合物膜常由表层和多孔底层两部分组成,表层的结构有致密和多孔两种,⽽不同的表层结构将影响膜的多孔底层的结构形态。

在浸⼊凝胶法制备聚合物膜的过程中,⾮对称膜结构的形成主要受控于铸膜液的热⼒学特性和其在凝胶浴中的动⼒学传递过程.在相分离过程中,聚合物富相形成膜的主体结构,⽽聚合物贫相将形成膜孔.新形成的膜结构并不稳定,通过固化过程后形成稳定的多孔结构。

相转化

相转化

通过相转化法制备聚合物膜一般要求具 备三个条件: 1.聚合物具有良性溶剂,可以配置高度 的聚合物溶液; 2.聚合物、溶剂和非溶剂三者之间不生 生化学反应; 3.聚合物的良性溶剂可以和其它非溶剂 互溶。
2 膜的改性方法
1.表面涂覆 表面涂覆一般是通过简单的浇铸、浸泡或 旋涂的方式在膜的表面引入改性剂,从而实 现膜表面特定功能化的改性。该涂覆方法 简单,一般不涉及新的化学键的形成,主 要是依靠表面的物理作用如静电力和范德 华力来将改性剂涂覆在膜的表面。例如: 近年来,许多研究者通过在膜的表面涂覆 多巴胺,利用多巴胺良好的黏附特性和亲 水性,来改善膜表面的浸润性。
2表面接枝 表面接枝是通过化学反应的方式在膜的 表面引入特定功能的接枝层,从而实现 对膜表面的改性。表面接枝之前一般需 要先对膜的表面进行处理,使表面产生 活性反应点。处理方法有 UV 处理、化 学引发、低温等离子处理、γ射线辐照等 。
3共混改性 共混改性是通过简单的溶液物理共混的 方法来实现膜材料的改性,具体操作为 将具有特定功能的添加剂和成膜材料混 合在一起制成铸膜液,再由相转化法成 膜。该方法可以同时实现膜的改性和膜 的制备,非常适合于工业化大规模生产 。近年来,许多人将具有两亲性的嵌段 聚合物与成膜材料物理共混,最终实现 膜材料表面亲水性、抗污性的改善。
相转化膜及改性
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相转化膜
膜的转化方法 柔性膜的制备
1.相转化膜
聚合物膜制备的工艺 相转化法 拉伸法 溶胶-凝胶法 辐照法和烧结法
相转化法因为操作简单、制膜工艺简 单、膜结构容易控制等特点是目前最 常用的成膜方法之一。
相转化技术的主要概述 相转化主要是通过向聚合物溶液中加入 非溶剂,使聚合物从液态变为固态的过 程,这种固化过程首先由一个均相液态 转变成两个分层液态(聚合物富相和聚 合物贫相)而引发,当分层达到一定程 度后,其中一个液态(聚合物富相)固 化,最终形成固态本体。

相分离法制薄膜

相分离法制薄膜

在所有制膜方法中,相转化法是最主要也是最实用的一种方法。

相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或相溶液加入非溶剂或加热制膜液,使液相转变为固相的过程。

高分子溶液分相后,高分子富相固化成多孔膜结构,而高分子贫相占据孔空间。

按相转化的诱因,成膜过程可分为:温度改变过程(热致相转化);浓度改变过程(从蒸汽相添加非溶剂、溶剂蒸发、浸入非溶剂)。

其中浸入非溶剂的方法具有速率快,并可控制产生各种结构的特点,为主要研究对象。

1960年Loeb和Sourirajan第一次采用相转化法制作不对称结构的反渗透膜,这种制膜法又称为L-S型制膜法。

相转化制膜工艺中重要的方法就是L-S型制膜法。

L-S型制膜法大致可分为以下六个阶段:
(1)高分子材料溶解于溶剂中,并加入添加剂,制成铸膜液。

(2)铸膜液通过流涎法法制成平板型、圆管型、用纺丝法制成中空纤维。

(3)将膜中的溶剂部分挥发。

(4)将膜浸渍在对高分子来说是凝固剂的液体中,液态的膜在水中便凝胶固化。

(5) 进行热处理,该步骤不一定都采用,可针对膜的材料和种类的不同而分别对待。

(6)膜的预压处理,从而使膜结构稳定。

相转化法一般分为湿法和干/湿法,湿法是指形成初生态膜之后,直接浸入凝固浴,通过溶剂与凝固浴中非溶剂的相互交换,使溶剂与聚合物相分离,形成膜;干/湿法是初生态膜浸入凝固浴之前有一个溶剂蒸发的过程,之后将膜浸入凝固浴使溶剂与非溶剂进行交换,最后达到相分离。

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一、相转化法制膜基本原理所谓相转化法制膜,就是配制一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法使溶液在周围环境中进行溶剂和非溶剂的传质交换,改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构,最终固化成膜。

相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同,可以分为以下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法、和溶液相转变法。

溶液相转化法也称溶液相转化法和浸入凝胶相转化法。

在以上几种相转化法中,溶液相转化法制备工艺简单,并且具有更多的工艺可变性,能够根据膜的应用更好的调节膜的结构和性能,于是成为制备微孔膜的主要方法。

溶液相转化法制膜过程至少包含3种物质,即聚合物、溶剂和非溶剂,成膜过程分为两个阶段。

第一阶段:分相过程,当铸膜液浸入凝固浴后,溶剂和非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,此时铸膜液变成热力学不稳定体系,于是导致铸膜液发生相分离。

这一阶段是决定膜孔结构的关键步骤,研究的内容有制膜体系的热力学性质以及传质动力学。

第二阶段:相转化过程,制膜液体系分相后,溶剂、非溶剂进一步交换,发生了膜孔的凝聚、相间流动以及聚合物富相固化成膜。

这一阶段对最终聚合物膜的结构形态影响很大,但不是成孔的主要因素,研究的内容主要是分相后到膜溶液相转化过程中的结构控制及其性能研究的固化这一过程,也称为凝胶动力学过程,相对于第一阶段的热力学描述和传质动力学研究,凝胶动力学研究的比较少。

二、成膜机理浸入沉淀相转化法所制备的聚合物膜常由表层和多孔底层两部分组成,表层的结构有致密和多孔两种,而不同的表层结构将影响膜的多孔底层的结构形态。

在浸入凝胶法制备聚合物膜的过程中,非对称膜结构的形成主要受控于铸膜液的热力学特性和其在凝胶浴中的动力学传递过程.在相分离过程中,聚合物富相形成膜的主体结构,而聚合物贫相将形成膜孔.新形成的膜结构并不稳定,通过固化过程后形成稳定的多孔结构。

2.1铸膜液的热力学状态三元相图是研究铸膜液热力学状态的基础。

为简便描述,采用文献中使用的扩散诱导相分离的三元相图进行说明。

如下图1:2.1.1相图基本概念为便于理解对相图中出现的关键概念做如下描述:固化点B:在相分离过程中形成的聚合物富相到达B点后结构被固化.临界凝胶点C:能使膜液固化的凝胶浴中最大的溶剂含量。

亚稳区:双节线与旋节线之间的区域(实线与虚线之间),根据临界点上下亚稳区内,分别产生贫相和富相成核生长分相机制。

非稳区:液液两相区内除亚稳区之外的区域,该组分内瞬间生成贫相和富相。

C点与固化点B相关联形成所谓的凝胶边界BC.以B为节点,可以把相图分为四个区域:区域I,铸膜液均相区;区域II,液-液两相区;区域III,液-固两相区;区域IV,固相区。

2.2液液分相聚合物溶液的液液分相是溶液相转化法制膜的基础。

在溶液相转化法制膜过程中,当铸膜液浸入凝固浴后,溶剂和非溶剂将通过液膜/凝固浴界面进行相互扩散,随着聚合物溶液中非溶剂含量的不断增加,并到达相图中的双节分相线组成时。

体系原有的热力学平衡将被打破,并将自发地进行液液分相,形成贫聚合物相(贫相)和富聚合物相(富相)。

从膜液浸入凝胶浴开始到膜液发生液-液相分离(图1中的聚合物富相D1和聚合物贫相D’的这段时间称为延迟相分离时间。

它是影响膜初始结构的一个重要参数,组成路径可以用图1中的路径①来表示。

根据延迟相分离时间的大小可以把相变过程分为延迟相分离和瞬间相分离。

瞬时相分离通常得到较薄皮层和多孔结构的非对称膜,延时分相常得到较厚致密的皮层和海绵状亚层结构。

而在上述两种不同的膜结构形态中,膜表层的厚度则取决于所有的制膜参数。

2.2.1瞬时液液分相在铸膜液浸入凝胶浴瞬间(t<1s),薄膜表层以下的组成迅速进入到液液分相区,发生液液分相——瞬时分相。

2.2.2延时液液分相在铸膜液浸入凝胶浴瞬间(t<1s),薄膜表层以下的组成均未进入分相区域,仍处于互溶均相状态,未发生液液分相,需再经过一定时间(几秒钟)的物质交换,才能进入液液分相状态——延时分相。

2.3液液分相机理一般情况下,体系的临界点处于低或较低的聚合物浓度处, 对于液液分相过程,体系的组成变化从临界点的何侧进入分相区非常重要。

据此,液液分相产生了两种不同的分相机制:成核生长和旋节线分相。

2.3.1成核生长机理通常,成核生长是一个慢过程,传质交换使体系进入亚稳区,根据体系组成变化与临界点的位置关系不同,有两种成核机制,他们形成不同的膜结构。

2.3.1.1贫相成核生长机理当体系组成变化从临界点上方的组成进入双节线和旋节线之间的亚稳互溶分相区时,体系将发生贫相成核的液液分相。

由溶剂、非溶剂和少量聚合物所组成的贫相小滴溶液分散于连续的富相中,这些小液滴将在浓度梯度的推动下不断增大,直到周围的连续富相经结晶、凝胶化或玻璃化转化等相转变而发生固化为止,在连续富相发生相转变而固化前,贫相小液滴的聚结将形成通孔多孔结构,这样形成的膜具有多孔的结构。

2.3.1.2富相成核生长机理当体系组成变化从位于临界点下侧的组成进入双节线和旋节线之间的亚稳互溶分相区时,将发生富相成核的液液分相,富相溶液小液滴将分散于由溶剂、非溶剂和少量聚合物形成的连续贫相中,这些富相溶液小液滴将在浓度梯度的推动下不断增大,直到聚合物因发生相转变而固化成膜为止,最终的膜是机械强度很低的乳胶粒结构。

2.3.2旋节线分相机理相对于成核生长机制,旋节线分相使一个快过程。

对于旋节线液液分相,体系的组成变化正好从临界点组成进入旋节线内的不稳分相区,体系将迅速形成由贫相微区和富相微区相互交错而成的液液分相体系,所形成的结构为双连续结构,即贫相和富相完全互相交错连接,这种结构经聚合物的相转变固化作用将最终形成双连续膜结构形态。

2.4凝胶化铸膜液分相后,由于传质交换继续进行,当聚合物富相的粘度足够大时,高分子的迁移能力下降,以致膜结构被冻结。

将膜液分相开始至分相结束这段时间定义为凝胶时间。

它是影响膜最终结构的一个重要参数,组成路径可以用图1中的路径②来表示。

形成的初始结构在凝胶时间内通过D——B的凝胶过程固化成稳定的膜结构。

王连军等采用“拉伸逼近法”测定凝胶所需时间,观察到凝胶所需时间远大于分相时间,并与凝胶条件和铸膜液组成有关。

并且指出,成膜结构不仅取决于分相动力学,也取决于凝胶过程动力学。

陆茵提出了动态分相和浓相固化浓度线的概念,动态分相的概念其实就是指成膜过程中存在两个阶段,如前文中提到的,由成核生长、旋节线分相机制形成的体系分相过程得到的浓稀相膜结构仅仅是膜的预凝胶结构(第一阶段),该预凝胶结构再在溶剂/非溶剂的继续交换下,经界面张力、膨胀应力等作用下,聚合物浓相、稀相的形态发生长大、并聚等粗化过程,其形状和尺寸发生了变化;当浓相组成越过浓相固化浓度线后,此时膜中的结构固定下,形成最终的膜结构。

尽管浸入凝胶过程本质是一个复杂的过程,如多元扩散、移动边界问题、扩散系数是浓度的函数等,膜内介质的传递仍受扩一散控制。

关于凝胶速度与膜结构的关系得出的普遍的结论是:快速凝胶导致指状孔结构膜的生成,慢速凝胶生成海绵状结构的膜。

总之,体系通过不同分相机制得到不同的结构(成膜第一阶段),从而会对膜结构产生一定的影响。

而分相后到膜结构被“冻结”这段时间内,相分离后的结构粗化(成膜第二阶段),也使得体系失去相分离初期形成的结构。

但是对于溶液相转化法制膜,粗化现象的研究文献中尚很少涉及。

2.5液固分相延迟相分离时间和凝胶时间是两个宏观的时间参数,成膜过程实际上就是膜液分相速率与膜液凝胶速率相互竞争的过程。

如果体系的凝胶化在液液相分离之前发生,就会发生液固分相,最终将形成致密的无孔膜。

凝胶化对于结晶性聚合物成膜过程起到非常重要的作用,对于无定型聚合物而言,凝胶化相转变不是很重要。

对于无定型聚合物溶液成膜过程来说,体系因为物理交联作用而发生凝胶化。

这种物理交联作用可能来源于缔合作用,可能有以下原因引起:(1)组分间相互作用:由于溶液中各组分间的特殊相互作用(如氢键、偶极作用等)而发生的组分间的缔合;(2)体系溶解能力:由于体系的组成到达液液分相区附近时,因为聚合物浓度的提高和体系溶解能力的下降使得聚合物链段之间产生特殊的相互作用,从而发生聚合物链段的缔合;(3)非溶剂诱导作用:在许多无定型聚合物体系成膜过程中凝胶化通常包括溶胶一凝胶转化,当溶液凝胶化时发生溶胶一凝胶转变,加入非溶剂对聚合物一聚合物键合的形成具有诱导作用,在低聚合物浓度下便能发生凝胶。

二、结晶性聚合物膜结构的影响结晶性聚合物溶液相转化成膜的分相除了液液分相外,还存在液固分相,于是液液和液固分相的竞争,使分相存在三种方式,对应于不同的膜结构形态。

2.1铸膜液浓度的影响随溶液浓度的增加,膜的形态发生了很大变化,由液液分相特征的海绵状(大孔状)结构向液固分相为主的晶粒结构转变,海绵状结构中的孔是由贫聚合物相成核生长的,晶粒状结构中孔是晶粒之间的孔隙。

膜的形态发生这样的变化主要是由于随聚合物浓度的增加,铸膜液中就存在越多的预结晶的聚集体,当这样的铸膜液与凝胶浴一接触,液固分相优先于液液分相发生,即体系发生延时分相。

这也说明低聚合物浓度时,体系容易发生液液分相。

在液膜刚浸入凝固浴时,如果液膜中的溶剂大量浸入凝固浴中,液膜中溶剂损失很大,速度很快,而此时非溶剂扩散进液膜的量相对很小,这就意味着在膜/凝固浴界面处的聚合物浓度增加了,此处的体系组成浸入了凝胶区,生成致密的表面凝胶层。

2.2铸膜液温度的影响随着温度的升高,结晶线向聚合物/非溶剂轴移动,在温度升高到一定温度以后,结晶线能进入液液分相区。

随温度升高,一方面占优势的液固分相逐渐变弱,体系越来越倾向于液液分相,要发生液固分相(结晶化),就需要更多的聚合物和非溶剂;另一方面,分相之后,由于温度高导致分相后体系的凝胶固化过程时间延长,有利于膜亚层中孔的并聚,形成大孔结构。

2.3铸膜液组成的影响在结晶性聚合物的铸膜液体系中加入非溶剂,这个过程与提高聚合物浓度和降低温度的效果是一样的,使体系倾向于发生结晶液固分相(延时分相),最后得到由结晶凝胶而固化的具有晶粒状的膜结构。

第二个制膜液不是真正的溶液,由于非溶剂水的存在使得含有一些预晶核聚集体,轻微的浓度变化可以使得结晶立即发生,生成数量多体积小的微小晶粒紧密堆积的结构。

当这种溶液与凝固浴一接触,铸膜液中预晶核瞬间成核,生成很多微晶,并且沉淀过程中表面的聚合物浓度比膜内部要高很多,表面上成核密度更高,电镜观察涂覆膜表面呈现出无孔结构。

实验过程中的无孔结构电镜图。

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