文档介绍：第三章膜制备化学
同一种材料用不同的方法制成的膜,
其分离性能有很大的差别。合理先进的
制膜工艺和最优的工艺参数是制作优良
性能分离膜的重要保证。膜的制作工艺
有物理的和化学的方法或者二者相结
合。西村正人从高分子材料的选择和膜
材料的化学结构方面,总结出具有分离
性能膜的10化学方法和9种物理方法。
10种化学方法
v 共聚合Ø 交联反应(形成离子键或
共价键)
v 接枝聚合
Ø 用化学反应赋予亲水基团
各种聚合物的混合和混溶
v Ø 在聚合物中加入填充剂
v 用等离子体进行表面聚合(无机盐类、硅、各种有
和表面改性机物)和填充剂的溶出
v 界面缩聚反应Ø 形成分子间的氢键
Ø 官能团聚合物的表面涂敷
9种物理方法
• 1) 流涎(制膜液的组成和性质、温度、制膜液的流涎厚
度、溶剂的蒸发速度和蒸发量、凝胶化条件、热处理)
• 2) 纺丝(纺丝液和凝胶液的组成和性质、温度、喷丝头
的形状和纺丝速度、溶剂蒸发、牵伸率等)
• 3) 可塑化和膨润
• 4) 交联(热处理、紫外照射等)
• 5) 电子辐射和刻蚀
• 6) 复合膜化
• 7) 双向拉伸
• 8) 冻结干燥
• 9) 结晶度调整
对称膜的制备方法
•对称膜是指膜主体具有均一的结构,根据高分子材料
的溶解性不同有挤压法和流涎法两种。
•挤压法适于不溶于溶剂的聚合物,例如聚乙烯、聚丙
烯,聚四氟乙烯,聚氯乙烯等。把聚合物置于两加热
板间, 加热温度在聚合物软化点以上,在14-35 MPa高
-5min,冷却即可。
•溶剂浇铸法或流涎法: 适于可溶性聚合物,将聚合物用
溶剂溶解,然后用刮刀或压延辊将聚合物溶液刮在平
整的玻璃板或不锈钢板上,然后让溶剂(自然或加热)挥
发,对不同的聚合物找到合适的溶剂是关键。
微孔膜的制备方法--光辐照法
(核刻蚀法)
此法适宜于难溶性聚合物。首先将均质聚合物
膜置于核反应器的荷电离子束照射下,荷电粒子
通过膜时,打断了膜内聚合物链节,留下感光径
迹,然后膜通过一刻蚀浴,其内溶液优先刻蚀掉
聚合物中感光的核径迹,形成孔。膜受照时间的
长短决定膜孔数目;刻蚀时间的长短决定膜孔的
大小。按此法制备的膜的特点是孔径分布均匀,
孔为圆柱形或圆锥形毛细管,如商品的聚碳酸酯
膜等。
微孔膜的制备方法--延伸法
对结晶态聚合物可采用定向拉伸的方法制
备微孔膜。首先要制取高度定向的结晶态
聚合物,方法为在接近聚合物熔点温度
下,挤压聚合物膜,并配合以很快的拉出
速度。冷却后对膜进行第二次延伸,使膜
的结晶构造受损,产生(200-2500)*10-10 m
的裂隙。这种膜多用于PE,PP,PTFE等
难溶性结晶态聚合物膜的制备.
微孔膜的制备方法--添加剂法
对于可溶性高分子材料在流涎法制膜中,若
仅加入溶剂,使溶剂完全蒸发后,得到的几
乎是没有透过性能的均质致密膜。但是当把
一些单组分或多组分的有机或无机物均匀地
溶解在高分子溶液时,然后流涎成膜并使溶
液部分蒸发和凝胶,这样得到的是具有孔结
构的半透膜。
非对称膜的制备方法
非对称膜是指膜主体具有两种或两种以上的
形貌结构,比对称膜具有高得多的透过速
率,是工业上用的最多的膜类。致密的或具
有微小细孔的选择性透过薄层支撑在多开放
孔的底膜上,这种非对称结构是Leob-
Sourirajan[4]制造了第一张高通量的反渗透膜
后首先发现的,一般通过相转化法制备,又
称湿法成膜,该过程由下述五个基本步骤组
成。
•①配制具有适当粘度的均相聚合物溶液;
•②将聚合物溶液流涎成薄膜;
•③蒸发部分溶剂;
•④聚合物凝胶(沉淀);
•⑤热处理。
在沉淀过程中形成液膜的聚合物溶液分为
两相,富聚合物的固相形成膜的皮层,富
溶液的液相形成膜孔。根据沉淀方式的不
同,又分为热凝胶法和非溶剂凝胶法。
热凝胶法
此法适合于聚合物在溶液中的溶解度受温度
变化比较大的铸膜液体系。过程为将加热配
制的均相制膜液流涎成膜后,然后冷却,液
膜发生沉淀、分相,温度进一步降低,沉淀
分相进一步进行,最终膜内孔的体积主要决
定于制膜液的初始组成,而孔的大小分布基
本取决于冷却速度,通常快速冷却得到的较
小孔径的膜。