熱致相分離[共3頁]

1、熱致相分離法熱致相分離法的英文縮寫TIPS，是Thermally Induced Phase Separation的簡稱.它的工藝過程及原理是在聚合物的熔點(diǎn)以上，將聚合物溶于高沸點(diǎn)，低揮發(fā)性的溶劑（又稱稀釋劑）中，形成均相溶液。然后降溫冷卻。在冷卻過程中，體系會(huì)發(fā)生相分離。這個(gè)過程分兩類，一類是固液相分離（簡稱S-L相分離），一類是液液相分離（L-L相分離）?？刂七m當(dāng)?shù)墓に嚄l件，在分相之后，體系形成以聚合物為連續(xù)相，溶劑為分散相的兩相結(jié)構(gòu)。這時(shí)再選擇適當(dāng)?shù)膿]發(fā)性試劑（即萃取劑）把溶劑萃取出來，從而獲得一定結(jié)構(gòu)形狀的聚合物微孔膜。與NIPS法相比，TIPS有許多優(yōu)點(diǎn)：它通過較為迅速的熱交換促使高

2、分子溶液分相，而不是緩慢的溶劑一非溶劑交換；TIPS法避免了NIPS法（非溶劑致相分離法）由于存在溶劑一非溶劑交換，導(dǎo)致成膜液中部分溶劑參與了聚合物的凝膠化，所以孔隙率低的缺點(diǎn)；TIPS法可用于難以采用NIPS法制備的結(jié)晶性聚合物微孔濾膜的制備，而且TIPS法的影響因素要比NIPS法少，更容易控制；由TIPS法可獲得多種微觀結(jié)構(gòu)，如開孔，閉孔，各同向性，各異向性，非對(duì)稱等。熱致相分離制膜步驟 TIPS法制備微孔膜的步驟主要有溶液的制備（可連續(xù)也可間歇制備）、膜澆注和后處理3步。具體操作為：（1）聚合物與高沸點(diǎn)、低分子量的液態(tài)或固態(tài)稀釋劑混合，在高溫時(shí)形成均相溶液；（2）將混合物溶液制成所需要的

3、形狀（平板、中空纖維或管狀）；（3）冷卻溶液使其發(fā)生相分離；（4）除去稀釋劑（常用溶劑萃取）；（5）除去萃取劑（蒸發(fā)）得到微孔結(jié)構(gòu)。 熱致相分離法成膜的影響因素1、結(jié)晶與液液分相的競爭熱致相分離法制作無定形聚合物膜時(shí),只需考慮高分子溶液的凝膠化的影響,因?yàn)橹挥懈叻肿尤芤旱哪z化才足以終止液液分相的演化過程. 但是對(duì)于目前通常選用的結(jié)晶性聚合物來說,就必須考慮以下3 種可能的相變過程:聚合物結(jié)晶引起的固液分相、溶劑結(jié)晶接著聚合物結(jié)晶和液液分相接著聚合物結(jié)晶. 發(fā)生何種類型的相變完全由組分的濃度和分相溫度決定. 2、溶液濃度的影響降低高分子溶液的濃度會(huì)促進(jìn)液液分相、抑制聚合物的結(jié)晶,往往容易得到連

4、通性較好的微孔結(jié)構(gòu). 對(duì)于這一現(xiàn)象,有以下幾點(diǎn)原因: (1) 由相圖的杠桿定則可知,TIPS 分相過程會(huì)產(chǎn)生更多的富溶劑相,富聚合物相的結(jié)晶固化對(duì)液液分相的抑制作用減小; (2) 富溶劑相的成核幾率增加(因s 增加) ,分相速率也增加;相反,富聚合物相的成核過程受到抑制; (3) 高分子溶液粘度的降低亦會(huì)促進(jìn)富溶劑相的核間聚結(jié),所以更可能出現(xiàn)連通性高的孔結(jié)構(gòu).3、稀釋劑的影響稀釋劑的流動(dòng)性和結(jié)晶也會(huì)抑制(甚至終止) 液液分相的動(dòng)力學(xué)過程。 就這一點(diǎn)來說,其機(jī)理完全類似于聚合物結(jié)晶的影響. 稀釋劑的另一方面的重要影響是,它們與聚合物的相互作用(參數(shù)和r) 的差異會(huì)導(dǎo)致完全不同性質(zhì)的相圖結(jié)構(gòu),并引

5、起相變機(jī)理和成膜的最終孔結(jié)構(gòu)的巨大差異。參數(shù)和r 值的影響可以根據(jù)高分子溶液的相容性判據(jù)來評(píng)價(jià)。4、聚合物分子量的影響聚合物分子量的影響有如下兩方面:與溶劑相互作用的變化導(dǎo)致熱力學(xué)相圖的改變和高分子溶液粘度的增加會(huì)抑制液液分相的動(dòng)力學(xué)過程.5、降溫速率的影響增加降溫速率相當(dāng)于增加分相的驅(qū)動(dòng)力,所以液液分相和結(jié)晶的成核幾率都會(huì)同時(shí)增加. 由于細(xì)小的球晶對(duì)分相的抑制作用會(huì)減小,所以一般地增加降溫速度有利于獲得連通的微孔結(jié)構(gòu)。 TIPS 法微孔膜的整體結(jié)構(gòu)1、非對(duì)稱的微孔結(jié)構(gòu)濕法的成膜過程,鑄膜液與凝膠浴之間發(fā)生非溶劑交換,鑄膜液表面受到非溶劑的影響較大,表層的相分離過程與內(nèi)層有著很大的差異,所以NIPS法容易得到非對(duì)稱的微孔膜. TIPS 法成膜則不同,鑄膜液足夠薄時(shí),鑄膜液各處的溫差較小,相似的分相條件就導(dǎo)致了相似的微孔結(jié)構(gòu). 應(yīng)用的過程發(fā)現(xiàn),對(duì)稱性微孔膜的一個(gè)主要缺點(diǎn)是:懸浮粒子容易進(jìn)入支撐層導(dǎo)致孔道堵塞. 和對(duì)稱性微孔膜相比,非對(duì)稱的微孔膜能夠更好地實(shí)現(xiàn)抗污染性(表層) 和通透性(支撐層) 的調(diào)節(jié). 正是基于這一原因,如何采用TIPS 法制作非對(duì)稱的多孔膜也引起高度關(guān)注。 2、雜化的TIPS 法聚合物微孔膜的形成機(jī)制被劃分成如下4 種類型:充填機(jī)理、形變機(jī)理、