Abstract
The kinetic effect of the phase inversion process on the membrane morphology is explored, with emphasis on the diffusion coefficient of the nonsolvent as a measure of the solvent/nonsolvent exchange rate. The diffusion coefficient is closely related to the nonsolvent tolerance of the polymer solution, which was estimated from a pseudo-ternary phase diagram of the following system: polymer: polysulfone; solvent system: a mixture of the solvent l-methyl-2-pyrrolidinone and a solvent additive (formic acid, water or ethanol); and nonsolvent: ethanol. Regardless of the kind of solvent additive employed, when the diffusion coefficient of the nonsolvent is high for a given gelation medium, then the membrane consists of a smooth, defect-free surface and macrovoid-free cross section, and is highly permeable to oxygen. However, using a polymer solution with a low diffusion coefficient results in a membrane of a rather defective morphology. Therefore, it is concluded that the diffusion coefficient of the nonsolvent is a crucial parameter in controlling membrane morphology
چکیده
اثر سینتیکی فرایند وارونگی فاز در مورفولوژی غشاء با تاکید بر ضریب نفوذ ناحلال به عنوان معیاری از سرعت مبادله حلال/ ناحلال بررسی میشود. ضریب نفوذ بسیار وابسته به دامنه تغییرات نامحلول از محلول پلیمری میباشد که از دیاگرام فازی شبه سه تایی سیستم زیر تخمین زده میشود: پلیمر: پلی سولفان؛ سیستم حلال: مخلوطی از حلال 1-متیل-2-پیرولیدینون و یک حلال افزودنی (اسید فرمیک، آب یا اتانول)؛ و ناحلال: اتانول. صرف نظر از نوع حلال افزودنی به کار گرفته شده، هنگامی که ضریب نفوذ ناحلال برای یک محیط ژلی بالا باشد، پس از آن غشاء شامل یک مقطع عرضی با سطح صاف، بدون نقص و بدون فضای خالی بزرگ بوده و بسیار نفوذپذیر به اکسیژن است. با این حال، با استفاده از یک محلول پلیمری با یک ضریب نفوذ کم در یک غشاء به مورفولوژی نسبتا ناقص نتیجه میشود. بنابراین، نتیجه میشود که ضریب نفوذ ناحلال یک پارامتر مهم در کنترل مورفولوژی غشاء است.
کلمات کلیدی: ترسیب و ساختار غشاء؛ روش غوطه ور سازی رسوب؛ وارونگی فاز؛ ضریب انتشار
1-مقدمه
غشاء نامتقارن با یک فرایند وارونگی فاز تهیه شده است که شامل فاز جداسازی یک محلول پلیمری همگن به دو فاز میباشد: فاز غنی از پلیمر و فاز عاری از پلیمر. اولی منجر به تشکیل غشای سفت و ساختاری میشود در حالی که دومی منجر به یک ساختار متخلخل میشود. بنابراین، فرآیند فاز جداسازی، مورفولوژی غشاء را تعیین میکند، که به نوبه خود مشخصات انتقال غشاء بدست آمده را کنترل میکند.
در یک فرایند مرطوب یا خشک-مرطوب وارونگی فاز، خواص ترمودینامیکی محلول پلیمری و محیط ژل، برخی اطلاعات درمورد تخلخل کلی یک غشاء نهایی را میدهد اما درمورد اندازه منافذ و توزیع آنها چیزی بدست نمیدهد ]11[. اندازه منافذ و توزیع آن عمدتا توسط اثرات سینتیکی کنترل میشود ]1-3[. این به این معنی است که پس از غوطه وری محلول پلیمری در یک حمام انعقاد، به طور عمده انتقال جرم ساختار نامتقارن غشاء را تعیین میکند ]2[. انتقال جرم به طور معمول توسط سرعت مبادله حلال/ ناحلال در فصل مشترک بین محلول پلیمری و محیط ژلی بیان میشود. این سرعت مبادله بستگی به دامنه تغییرات محلول پلیمری، گرانروی حلال و غیره دارد.
چندین تلاش برای بهبود مورفولوژی غشاء با تنظیم سرعت مبادله حلال/ ناحلال در فصل مشترک انجام شده است. به عنوان مثال، به طور کلی افزایش در غلظت پلیمر محلول ریخته گری سرعت ترسیب را کاهش میدهد و منجر به انتقال در مورفولوژی از ساختار یک انگشتی به نوع اسفنجی میشود ]1[. Cabasso و همکاران [4،5] نشان دادند که افزایش مقدار پلیمر در محلول چرخشی از نفوذپذیری هیدرولیکی غشاهای الیاف توخالی بدست آمده نتیجه میشود....