高分子膜材料的制備方法

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1、高分子膜材料的制備方法xxx級xxx專業(yè)xxx班學(xué)號：xxxxxxxxxx高分子膜材料的制備方法xxx（xxxxxxxxxxx，xx）摘要：膜技術(shù)是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，亦是化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展的新增長點(diǎn)，膜分離技術(shù)在工業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了高分子分離膜材料較成熟的制膜方法（相轉(zhuǎn)變法、熔融拉伸法、熱致相分離法），而且介紹了一些新的制膜方法（如高濕度誘導(dǎo)相分離法、超臨界二氧化碳直接成膜法以及自組裝制備分離膜法等）。關(guān)鍵詞：膜分離，膜材料，膜制備方法1.引言膜分離技術(shù)是當(dāng)代新型高效的分離技術(shù)，也是

2、二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一，目前在海水淡化、環(huán)境保護(hù)、石油化工、節(jié)能技術(shù)、清潔生產(chǎn)、醫(yī)藥、食品、電子領(lǐng)域等得到廣泛應(yīng)用，并將成為解決人類能源、資源和環(huán)境危機(jī)的重要手段。目前在膜分離過程中，對膜的研究主要集中在膜材料、膜的制備及膜過程的強(qiáng)化等三大領(lǐng)域；隨著膜過程的開發(fā)應(yīng)用，人們越來越認(rèn)識到研究膜材料及其膜技術(shù)的重要性，在此對膜材料的制備技術(shù)進(jìn)行綜述。2.膜材料的制備方法2.1浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法1963年，Loeb和Sourirajan首次發(fā)明相轉(zhuǎn)化制膜法，從而使聚合物分離膜有了工業(yè)應(yīng)用的價(jià)值，

3、自此以后，相轉(zhuǎn)化制膜被廣泛的研究和采用，并逐漸成為聚合物分離膜的主流制備方法。所謂相轉(zhuǎn)化法制膜，就是配置一定組成的均相聚合物溶液，通過一定的物理方法改變?nèi)芤旱臒崃W(xué)狀態(tài)，使其從均相的聚合物溶液發(fā)生相分離，最終轉(zhuǎn)變成一個(gè)三維大分子網(wǎng)絡(luò)式的凝膠結(jié)構(gòu)。相轉(zhuǎn)化制膜法根據(jù)改變?nèi)芤簾崃W(xué)狀態(tài)的物理方法的不同，可以分為一下幾種：溶劑蒸發(fā)相轉(zhuǎn)化法、熱誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化法、氣相沉淀相轉(zhuǎn)變法和浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法。2.1.1浸沒沉淀制膜工藝目前所使用的膜大部分均是采用浸沒沉淀法制備的相轉(zhuǎn)化膜。在浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法制膜過程中，聚合物溶

4、液先流延于增強(qiáng)材料上或從噴絲口擠出，而后迅速浸入非溶劑浴中，溶劑擴(kuò)散進(jìn)入凝固浴（J2），而非溶劑擴(kuò)散到刮成的薄膜內(nèi)（J1），經(jīng)過一段時(shí)間后，溶劑和非溶劑之間的交換達(dá)到一定程度，聚合物溶液變成熱力學(xué)不穩(wěn)定溶液，發(fā)生聚合物溶液的液-液相分離或液-固相分離（結(jié)晶作用），成為兩相，聚合物富相和聚合物貧相，聚合物富相在分相后不久就固化構(gòu)成膜的主體，貧相則形成所謂的孔。浸入沉淀法至少涉及聚合物/溶劑/非溶劑3個(gè)組分，為適應(yīng)不同應(yīng)用過程的要求，又常常需要添加非溶劑、添加劑來調(diào)整鑄膜液的配方以及改變制膜的其他工藝條

5、件，從而得到不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)和性能的膜。所制成的膜可以分為兩種構(gòu)型：平板膜和管式膜。平板膜用于板框式和卷式膜器中，而管式膜主要用于中空纖維、毛細(xì)管和管狀膜器中。2.2應(yīng)力場下熔融擠出-拉伸制備聚烯烴微孔膜聚烯烴微孔膜主要是利用熱致相分離和熔融擠出-拉伸工藝制備。在熱致相分離過程中，高聚物與稀釋劑混合物在高溫下形成均相熔體，隨后在冷卻時(shí)發(fā)生固-液或液-液相分離，稀釋劑所占的位置在除去后形成微孔。而在熔融擠出-拉伸過程中，以純高聚物熔體進(jìn)行熔融擠出，微孔的形成主要與聚合物材料的硬彈性有關(guān)系，在拉伸過程中，

6、硬彈性材料垂直于擠出方向平行排列的片晶結(jié)構(gòu)被拉開形成微孔，然后通過熱定型工藝固定此孔結(jié)構(gòu)。由于拉伸法在制膜過程中不需要任何添加劑，對環(huán)境無污染，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。拉伸法生產(chǎn)成本低、應(yīng)用廣泛，用此法生產(chǎn)的膜的產(chǎn)值、產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出熱致相分離法。拉伸成孔法制備中空纖維微孔膜最早由日本三菱人造絲公司的鐮田健資等人于1975年開始研究，1980年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。拉伸法制備平板膜由美國Celanese公司M.Druin等于20世紀(jì)70年代初首先研制成功。2.2.1微孔膜的成孔原理及工藝2.2.1.1微孔膜的

7、成孔原理首先在相對低的熔融溫度，高牽伸條件下制備硬彈性纖維或平板膜，由于在紡絲和熱處理過程中形成了大量垂直于擠出方向而平行排列的片晶結(jié)構(gòu)。在拉伸時(shí)，平行排列的片晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)被拉開（儲存了表面能），同時(shí)片晶之間形成了大量的微纖結(jié)構(gòu)（提高了熵變值），所以一旦回復(fù)形變時(shí)即產(chǎn)生硬彈性，因而拉伸膜壁就會形成大量的由拉開片晶之間的微裂紋和其中的微纖結(jié)構(gòu)所組成的微孔結(jié)構(gòu)。此時(shí)，只要經(jīng)過熱定型處理（微纖結(jié)構(gòu)進(jìn)一步結(jié)晶化），就能固定這種微孔結(jié)構(gòu)，得到微孔膜。2.2.1.2微孔膜的制備工藝聚烯烴微孔膜的制備工藝一般是先在

8、應(yīng)力場下熔融擠出制備硬彈性中空纖維或平板膜，再進(jìn)行熱處理以得到具有垂直于纖維軸平行排列的片晶結(jié)構(gòu)，然后控制一定的拉伸速度進(jìn)行拉伸（一般先進(jìn)行冷拉，然后熱拉），最后將拉伸后的纖維或膜在一定溫度下熱定型，使拉伸所產(chǎn)生的微孔結(jié)構(gòu)保留下來，即可得具有一定微孔結(jié)構(gòu)的微孔膜。2.3熱誘導(dǎo)相分離法（TIPS）制備聚合物微孔膜20世紀(jì)80年代初，Castro專利提出了一種較新的制備微孔膜的方法，即熱誘導(dǎo)相分離法（thermallyinducedphaseseparation，簡稱TI