高分子膜材料的制备方法
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高分子膜材料及其制备一、高分子膜材料的种类:1.聚合物膜:聚合物膜是指以聚合物为基础的薄膜材料,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚氟乙烯(PTFE)等。
2.复合膜:复合膜是指由两种或多种材料通过复合工艺制备而成的薄膜材料,如聚乙烯醇(PVA)/聚乙烯(PE)复合膜、聚六氟乙烯(PVDF)/介孔石墨烯复合膜等。
3.功能膜:功能膜是指在高分子膜材料中添加特殊功能性材料,赋予其特殊的性能,如阻隔性膜、导电膜、光学膜等。
二、高分子膜材料的制备方法:1.拉伸法:将高分子材料加热至熔融状态后快速拉伸,形成薄膜状。
2.压制法:将高分子材料加热至熔融状态后压制,形成薄膜状。
3.溶液法:将高分子材料加入溶剂中,形成均匀的溶液后通过蒸发或者凝胶法制备薄膜。
4.浇铸法:在高分子材料融熔状态下,将其注入模具中,通过冷却固化成薄膜状。
5.混摩法:将高分子材料与其他相容的材料进行混摩,再经过热压或拉伸等工艺制备薄膜。
三、高分子膜材料的应用:1.包装领域:高分子膜材料具有良好的柔韧性和阻隔性能,被广泛应用于食品包装、医药包装等领域。
2.过滤领域:高分子膜材料具有良好的过滤性能,可用于水处理、液态分离等领域。
3.分离领域:高分子膜材料具有良好的选择性和分离性能,可用于气体分离、膜生物反应器等领域。
4.传感器领域:高分子膜材料具有灵敏度高、响应速度快等优点,可用于压力传感器、湿度传感器等领域。
5.电子器件领域:高分子膜材料具有柔性、可塑性等特点,可用于柔性显示器、柔性电池等领域。
总之,高分子膜材料由于其特殊的性能和制备方法,已经在各个领域得到广泛应用,并且随着科技不断发展,高分子膜材料将会在更多领域展现出巨大的潜力。
高分子膜材料的制备方法xxx级xxx专业xxx班学号:xxxxxxxxxx高分子膜材料的制备方法xxx(xxxxxxxxxxx,xx)摘要:膜技术是多学科交叉的产物,亦是化学工程学科发展的新增长点,膜分离技术在工业中已得到广泛的应用。
本文主要介绍了高分子分离膜材料较成熟的制膜方法(相转变法、熔融拉伸法、热致相分离法),而且介绍了一些新的制膜方法(如高湿度诱导相分离法、超临界二氧化碳直接成膜法以及自组装制备分离膜法等)。
关键词:膜分离,膜材料,膜制备方法1.引言膜分离技术是当代新型高效的分离技术,也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一,目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用,并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。
目前在膜分离过程中,对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域;随着膜过程的开发应用,人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性,在此对膜材料的制备技术进行综述。
2.膜材料的制备方法2.1 浸没沉淀相转化法1963年,Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法,从而使聚合物分离膜有了工业应用的价值,自此以后,相转化制膜被广泛的研究和采用,并逐渐成为聚合物分离膜的主流制备方法。
所谓相转化法制膜,就是配置一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法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,最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。
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,可以分为一下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转化法。
2.1.1 浸没沉淀制膜工艺目前所使用的膜大部分均是采用浸没沉淀法制备的相转化膜。
在浸没沉淀相转化法制膜过程中,聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出,而后迅速浸入非溶剂浴中,溶剂扩散进入凝固浴(J2),而非溶剂扩散到刮成的薄膜内(J1),经过一段时间后,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,聚合物溶液变成热力学不稳定溶液,发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离(结晶作用),成为两相,聚合物富相和聚合物贫相,聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体,贫相则形成所谓的孔。
聚合物科学中的高分子薄膜制备高分子薄膜是一种薄而坚韧的材料,因其优异的物理性能及应用范围广泛而备受关注。
在聚合物科学中,高分子薄膜制备的技术和方法不断更新,以满足越来越严格的需求和要求。
高分子薄膜的制备方法多种多样,包括溶液浇铸、离子交换膜、熔融吹膜、激光剥离、自组装等等。
其中,溶液浇铸是最为常见的制备方法之一。
该方法的主要原理是将聚合物溶解于溶剂中,然后将溶液均匀浇铸于平整的表面上,在溶剂挥发的过程中形成一层薄膜。
该方法的优点是简单易用、成本低廉,同时制备出来的高分子薄膜具有较高的质量。
除溶液浇铸外,离子交换膜制备高分子薄膜的方法也广泛应用。
该方法通过离子交换作用,使离子交换膜上的高分子在水溶液中成为薄膜。
利用该方法,制备出的高分子薄膜具有良好的化学稳定性、机械性能和导电性能等。
对于高密度薄膜的制备来说,熔融吹膜则是一种很好的选择,该方法将聚合物经过加热、熔融,然后经过吹膜机在基材上制成。
熔融吹膜制备的高分子薄膜具有较强的机械性能和耐磨性能,其制备过程非常迅速,大大提高了生产效率。
近年来,随着科技不断进步和研发方向的不断拓展,激光剥离和自组装法等新型高分子薄膜的制备方法不断涌现。
激光剥离法主要是通过激光的作用,将高分子薄膜从基材上剥离而成。
自组装法则是利用高分子中的化学键和序列能力,在基材上自组装成多层高分子薄膜。
这些新型高分子薄膜根据需要可以具有特殊的光、电、热性质,同时具有微观级别的结构控制能力,可满足人们对不同高分子制品的不同需求。
然而,在高分子薄膜的制备中,尤其是在激光剥离和自组装方法中,有一些问题需要解决。
例如,制备成本高昂、技术要求高、产量低等问题一直困扰着科学家们。
因此,需要通过不断提高相关技术和设备,进一步降低制备成本和提高制备效率,以满足人们对高分子薄膜的无限需求和研究探索。
总之,高分子薄膜制备作为聚合物科学中的一个重要领域,在现代生活中扮演着越来越重要的角色。
随着科技的不断进步和新型技术的涌现,高分子薄膜制备的技术和方法必将不断优化和完善,为人们创造出更加高效、优质、具有多种功能的高分子薄膜产品。
高分子功能薄膜的制备方法及其应用高分子功能薄膜是以高分子材料为基础,添加各种不同的功能单体或功能组分制备而成的一种薄膜,其在生命科学、环境工程和电子信息等领域中有广泛的应用。
本文将就高分子功能薄膜的制备方法及其在不同领域中的应用进行探讨。
一、高分子功能薄膜的制备方法1.化学修饰法化学修饰法是将高分子表面经过各种化学修饰形成一定功能的化学基团。
包括活性亲疏水、生物亲疏水等。
2.物理修饰法物理修饰法基于原来基体高分子体系相容性的界面反应,如自组装、溶液扩散、辐射等。
3.压电薄膜的制备法压电薄膜的制备法是相比其他方法更为经济、快捷。
主要包括溶液压合和气相沉积法。
4.聚电解质复合膜聚电解质复合膜的制备法是将阴阳离子聚电解质在某一条件下逐层堆积并交互作用构成的具有一定功能的薄膜。
以上方法的制备条件、操作流程等各不相同,具体应根据需要选择和衡量。
二、高分子功能薄膜在不同领域中的应用1.生命科学生命科学中,高分子薄膜的应用主要体现在组织工程、生物传感器等领域中。
组织工程通过高分子功能薄膜的基材构建和细胞导向等技术来实现组织修复和再生的目的。
在生物传感领域中,高分子薄膜能做到感应器件的具有敏感性、生物相容性以及反应机制等方面的要求。
2.环境工程高分子功能薄膜在环境工程中的应用主要体现在水质监测、膜分离、气体传感等领域中。
其中膜分离技术是一种分离技术,通过类似高铁垫子的高分子薄膜对待分离体提供筛选过程,从而实现分离纯化的目的。
气体传感系统则是通过高分子薄膜的反应原理和仪器设备处理,检测出特定气体的浓度变化等。
3.电子信息高分子功能薄膜在电子信息领域中主要应用于场效应晶体管、有机发光材料、液晶显示器等领域。
通过高分子晶体管提高电子传导速度,并通过有机发光材料实现电子信号的转化,进一步实现显示目的。
三、结语本文对于高分子功能薄膜的制备方法及其在不同领域中的应用做出了粗略的介绍,但实际上这仅仅是海量领域内应用丰富、制备方法多样的一部分。
高分子薄膜的制备和性能研究高分子薄膜是一种在工业和科学研究领域中广泛应用的材料,具有广泛的应用前景。
本文将重点探讨高分子薄膜的制备方法和其性能研究。
一、高分子薄膜的制备方法高分子薄膜的制备方法多种多样,常见的有溶液浇注法、拉伸法、喷涂法和溶液扩散法等。
1. 溶液浇注法溶液浇注法是制备高分子薄膜最常用的方法之一。
首先,将高分子溶解在适合的溶剂中,形成高分子溶液。
然后,将溶液浇注到平整的表面上,使其均匀分布并参与溶剂挥发的过程。
最后,形成薄膜结构。
2. 拉伸法拉伸法是通过拉伸高分子材料,使其在拉伸方向上形成薄膜的方法。
该方法适用于一些高分子材料具有较好可拉伸性的情况。
在拉伸过程中,高分子材料分子链会发生排列,形成有序的结构,使薄膜具有较好的力学性能。
3. 喷涂法喷涂法是将高分子溶解在适合的溶剂中,然后通过喷涂技术将溶液均匀地喷射到基底上形成高分子薄膜。
喷涂法具有简单、高效、经济的特点,适用于大面积制备。
4. 溶液扩散法溶液扩散法通过控制溶液在基底上的扩散速度来制备高分子薄膜。
通常,将高分子溶液滴于基底上,然后通过控制扩散速度来控制薄膜的厚度和均匀性。
此方法适用于制备较薄且均匀的高分子薄膜。
二、高分子薄膜的性能研究高分子薄膜的性能研究对于深入理解其物理化学特性和应用潜力具有重要意义。
性能研究主要包括力学性能、光学性能、热学性能和表面性质等方面。
1. 力学性能力学性能是评价高分子薄膜应力应变行为的重要指标。
通常使用压痕法、拉伸法和扩张法等测试方法来研究高分子薄膜的刚度、强度和延展性等力学性能。
2. 光学性能光学性能是评估高分子薄膜在可见光和红外光波段下的透明度、折射率和吸光度等特性。
常见的测量技术包括紫外可见分光光度计、透射电子显微镜和拉曼光谱等。
3. 热学性能热学性能是研究高分子薄膜在热工作条件下的热传导、热膨胀和玻璃化转变等性质。
热重分析、差示扫描量热法和热导率测试是常用的测试方法。
4. 表面性质表面性质是研究高分子薄膜在界面上的黏附性、润湿性和抗污染性等特性的重要指标。
高分子膜材料的制备方法xxx级xxx专业xxx班学号:xxxxxxxxxx高分子膜材料的制备方法xxx(xxxxxxxxxxx,xx)摘要:膜技术是多学科交叉的产物,亦是化学工程学科发展的新增长点,膜分离技术在工业中已得到广泛的应用。
本文主要介绍了高分子分离膜材料较成熟的制膜方法(相转变法、熔融拉伸法、热致相分离法),而且介绍了一些新的制膜方法(如高湿度诱导相分离法、超临界二氧化碳直接成膜法以及自组装制备分离膜法等)。
关键词:膜分离,膜材料,膜制备方法1.引言膜分离技术是当代新型高效的分离技术,也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一,目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用,并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。
目前在膜分离过程中,对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域;随着膜过程的开发应用,人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性,在此对膜材料的制备技术进行综述。
2.膜材料的制备方法2.1 浸没沉淀相转化法1963年,Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法,从而使聚合物分离膜有了工业应用的价值,自此以后,相转化制膜被广泛的研究和采用,并逐渐成为聚合物分离膜的主流制备方法。
所谓相转化法制膜,就是配置一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法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,最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。
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,可以分为一下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转化法。
2.1.1 浸没沉淀制膜工艺目前所使用的膜大部分均是采用浸没沉淀法制备的相转化膜。
在浸没沉淀相转化法制膜过程中,聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出,而后迅速浸入非溶剂浴中,溶剂扩散进入凝固浴(J2),而非溶剂扩散到刮成的薄膜内(J1),经过一段时间后,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,聚合物溶液变成热力学不稳定溶液,发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离(结晶作用),成为两相,聚合物富相和聚合物贫相,聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体,贫相则形成所谓的孔。
化学工程中的高分子材料合成及应用高分子材料是近几十年来在化学工程领域中极具应用前景的材料之一。
高分子材料是一种由重复的单体分子结构构成的大分子化合物,其分子量通常超过10000。
高分子材料具有优异的力学性能、良好的化学稳定性、易加工、可塑性好等特点,因而在诸多领域得到了广泛的应用,如海绵、塑料、橡胶、纤维、膜、涂料等。
本文将详细介绍高分子材料的合成及其在化学工程中的应用。
一、高分子材料的合成方式高分子材料的制备过程通常称为聚合反应,是通过将单体分子化合物不断地连接起来,而形成大分子化合物的过程。
聚合反应可分为自由基聚合、离子聚合和均相催化聚合三类。
其中最为广泛应用的是自由基聚合。
1.自由基聚合法自由基聚合法是指由自由基引发剂引发的聚合反应过程。
自由基聚合法相比其它聚合法具有反应条件温和、反应速度快等优点。
顾名思义,自由基聚合中的引发剂是自由基。
根据引发剂的不同,又可分为热引发和光引发两种类型。
2.离子聚合法离子聚合法是将单体溶解于水中,通过阳离子或阴离子引发剂的作用,使电解质中的带电粒子进入聚合反应。
这种聚合方法通过调整反应条件可对聚合物的分子量及其分子量分布进行较好的控制。
3.均相催化聚合均相催化聚合是指催化剂在反应体系中呈现均相状态的聚合反应过程。
该类聚合法反应速度快,活性高,聚合物产率大,但同时也容易受到反应条件的干扰。
二、高分子材料在化学工程中的应用高分子材料由于其成本低、加工性能优良、物理化学性质稳定、性能优越等优点,在化学工程领域中应用惊人。
下面将针对几个常见的高分子材料应用做详细介绍。
1.塑料材料塑料材料通常被定义为一种在加热或压制时可柔韧变形成型的有机高分子材料。
塑料大量应用在家电、电子、IT、航空航天、交通等众多行业领域。
所以,很多化学工程师都从事着塑料材料的生产与研发工作。
目前,塑料材料已经成为现代化的生产要素之一。
2.聚合物复合材料聚合物复合材料是由具有不同物理性质的材料融合在一起制成的一种新型材料。
高分子膜材料的制备方法xxx级xxx专业xxx班学号:xxxxxxxxxx高分子膜材料的制备方法xxx(xxxxxxxxxxx,xx)摘要:膜技术是多学科交叉的产物,亦是化学工程学科发展的新增长点,膜分离技术在工业中已得到广泛的应用。
本文主要介绍了高分子分离膜材料较成熟的制膜方法(相转变法、熔融拉伸法、热致相分离法),而且介绍了一些新的制膜方法(如高湿度诱导相分离法、超临界二氧化碳直接成膜法以及自组装制备分离膜法等)。
关键词:膜分离,膜材料,膜制备方法1.引言膜分离技术是当代新型高效的分离技术,也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一,目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用,并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。
目前在膜分离过程中,对膜的研究主要集中在膜材料、膜的制备及膜过程的强化等三大领域;随着膜过程的开发应用,人们越来越认识到研究膜材料及其膜技术的重要性,在此对膜材料的制备技术进行综述。
2.膜材料的制备方法2.1 浸没沉淀相转化法1963年,Loeb和Sourirajan首次发明相转化制膜法,从而使聚合物分离膜有了工业应用的价值,自此以后,相转化制膜被广泛的研究和采用,并逐渐成为聚合物分离膜的主流制备方法。
所谓相转化法制膜,就是配置一定组成的均相聚合物溶液,通过一定的物理方法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,最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。
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,可以分为一下几种:溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转化法。
2.1.1 浸没沉淀制膜工艺目前所使用的膜大部分均是采用浸没沉淀法制备的相转化膜。
在浸没沉淀相转化法制膜过程中,聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出,而后迅速浸入非溶剂浴中,溶剂扩散进入凝固浴(J2),而非溶剂扩散到刮成的薄膜内(J1),经过一段时间后,溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度,聚合物溶液变成热力学不稳定溶液,发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离(结晶作用),成为两相,聚合物富相和聚合物贫相,聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体,贫相则形成所谓的孔。
浸入沉淀法至少涉及聚合物/溶剂/非溶剂3个组分,为适应不同应用过程的要求,又常常需要添加非溶剂、添加剂来调整铸膜液的配方以及改变制膜的其他工艺条件,从而得到不同的结构形态和性能的膜。
所制成的膜可以分为两种构型: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纤维、毛细管和管状膜器中。
2.2 应力场下熔融挤出-拉伸制备聚烯烃微孔膜聚烯烃微孔膜主要是利用热致相分离和熔融挤出-拉伸工艺制备。
在热致相分离过程中,高聚物与稀释剂混合物在高温下形成均相熔体,随后在冷却时发生固-液或液-液相分离,稀释剂所占的位置在除去后形成微孔。
而在熔融挤出-拉伸过程中,以纯高聚物熔体进行熔融挤出,微孔的形成主要与聚合物材料的硬弹性有关系,在拉伸过程中,硬弹性材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔,然后通过热定型工艺固定此孔结构。
由于拉伸法在制膜过程中不需要任何添加剂,对环境无污染,适合大规模的工业化生产。
拉伸法生产成本低、应用广泛,用此法生产的膜的产值、产量远远超出热致相分离法。
拉伸成孔法制备中空纤维微孔膜最早由日本三菱人造丝公司的镰田健资等人于1975年开始研究,1980年实现工业化生产。
拉伸法制备平板膜由美国Celanese公司M.Druin等于20世纪70年代初首先研制成功。
2.2.1 微孔膜的成孔原理及工艺2.2.1.1 微孔膜的成孔原理首先在相对低的熔融温度,高牵伸条件下制备硬弹性纤维或平板膜,由于在纺丝和热处理过程中形成了大量垂直于挤出方向而平行排列的片晶结构。
在拉伸时,平行排列的片晶结构网络被拉开(储存了表面能),同时片晶之间形成了大量的微纤结构(提高了熵变值),所以一旦回复形变时即产生硬弹性,因而拉伸膜壁就会形成大量的由拉开片晶之间的微裂纹和其中的微纤结构所组成的微孔结构。
此时,只要经过热定型处理(微纤结构进一步结晶化),就能固定这种微孔结构,得到微孔膜。
2.2.1.2 微孔膜的制备工艺聚烯烃微孔膜的制备工艺一般是先在应力场下熔融挤出制备硬弹性中空纤维或平板膜,再进行热处理以得到具有垂直于纤维轴平行排列的片晶结构,然后控制一定的拉伸速度进行拉伸(一般先进行冷拉,然后热拉),最后将拉伸后的纤维或膜在一定温度下热定型,使拉伸所产生的微孔结构保留下来,即可得具有一定微孔结构的微孔膜。
2.3 热诱导相分离法(TIPS)制备聚合物微孔膜20世纪80年代初,Castro专利提出了一种较新的制备微孔膜的方法,即热诱导相分离法(thermally induced phase separation,简称TIPS),随后美国专利及一些研究论文对其做了报道。
该方法是将聚合物与高沸点、低分子量的稀释剂在高温时(一般高于结晶高聚物的熔点T m)形成均相溶液,降低温度又发生固-液或液-液相分离,而后脱除稀释剂就成为聚合物微孔膜。
这种由温度改变驱动的方法称为热诱导相分离。
许多结晶的、带有强氢键作用的聚合物在室温下的溶解度差,难有合适的溶剂,故不能用传统的非溶剂诱导相分离的方法制备膜,但可以用TIPS法,如聚烯烃或其共聚物及其共混物等都可以用TIPS法得到孔径可控的微孔膜,根据需要可以制得平板膜、中空纤维膜、管状膜。
TIPS法制备微孔膜的过程、成膜条件与孔结构形态的关系正引起人们的很大兴趣并已有较系统的研究。
TIPS在工业上主要有两个应用领域:控制释放和微滤。
2.3.1 TIPS法制备微孔膜的特点①拓宽了膜材料的范围②可得到各式各样的微孔结构。
通过改变TIPS的条件可以得到蜂窝状结构(cellular)或网状结构(lacy);膜内的孔可以是封闭的(close),或开放的(open);孔径分布可相当窄。
③可以制备相对较厚的各向同性微孔结构,用于控制释放,若膜制备过程中冷却时施加一个温度梯度或浓度梯度,还可以得到各向异性微孔结构。
④孔径及孔隙率可调控,孔隙率高。
相分离是热诱导,与溶剂-非溶剂诱导相分离相比,需要控制的参数变化小,改变一个或几个条件就能达到调节膜孔径和孔隙率的目的,并有很好的重现性。
⑤制备过程易连续化。
2.3.2 TIPS制备微孔膜的步骤T IPS法制备微孔膜主要有溶液的制备(可以连续也可以间歇制备)、膜的浇铸和后处理三步,具体步骤如下。
①聚合物与高沸点、低分子量的液态稀释剂或固态稀释剂混合,在高温时形成均相溶液;②将溶液制成所需要的形状(平板、中空纤维或管状);③溶液冷却,发生相分离;④出去稀释剂(常用溶剂萃取);⑤除去萃取剂(蒸发)得到微孔结构。
2.4 聚合物/无机支撑复合膜的制备技术进展聚合物膜具有性能优异、品种多等优点,从而大规模应用于水处理、化工、生物、医药、食品等领域。
但聚合物膜存在不耐高温、抗腐蚀性差、机械强度不好、化学稳定性差等缺点,并且易堵塞,不易清洗。
无机膜则具有许多独特的性质,如机械强度高、热稳定性好、耐化学和生物侵蚀、使用寿命长,并且易于消毒和清洗。
但是无机膜的不足之处在于抗污染能力差,分离选择性差,而且陶瓷膜大多数有无机氧化物制得,因而不能在碱性条件下使用。
复合膜按结构可以分为3种:无机物填充聚合物膜;聚合物填充无机膜,也称为聚合物/无机支撑复合膜;无机/有机杂聚膜。
2.4.1 聚合物溶液沉淀相转化法沉淀法主要是溶剂蒸发沉淀相转化法,方法是将聚合物溶液刮涂于无机支撑物上,无机物可以是多孔的或无孔的,使溶剂蒸发。
然后加热,于是得到了均匀致密的聚合物膜皮层。
根据需要可以反复进行以上过程。
除了刮涂外,还可以采取浸涂、喷涂或旋转涂覆。
此复合膜有机相与无机相之间主要为物理相互作用,所得到的聚合物膜厚在0.1~100μm。
这样的复合膜有聚四氟乙烯(PTFE)/陶瓷膜、全氟磺化离子交联(PSI)/陶瓷膜、聚乙烯醇(PVA)/陶瓷膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)/陶瓷膜、硅橡胶(SR)/陶瓷膜、聚醚砜酮(PPESK)/陶瓷膜等。
2.4.2 表面聚合法通过化学方法使聚合物复合在无机支撑膜的表面或孔中。
这种方法包括两层意思,一是直接在无机膜表面进行单体的共聚或均聚,无机膜和聚合物膜之间是物理相互作用;二是对无机膜表面进行改性,使无机膜表面具有活性部位,然后通过活性部位进行单体的接枝聚合,这里无机膜和聚合物膜之间是通过化学键相互连接的。
2.4.2.1 直接表面聚合法(1)气相聚合法Li等人在多孔玻璃上通过气相聚合反应制备了硅氧烷(SP)/无机复合膜。
所使用的单体是二氯二甲基硅氧烷和二氯甲基乙烯硅氧烷,催化剂为NH3或(NH4)2CO3。
复合膜的制备过程如下:将管式多孔玻璃膜于常温下浸在H2O2中两天,取出后用蒸馏水清洗数次,然后在真空状态下于129℃干燥2小时;气相的单体和催化剂分别引入玻璃管的外壁与内壁,在室温下玻璃管内壁上的聚合反应发生了,反应20小时之后,将玻璃管膜用蒸馏水清洗,然后于150℃干燥2小时,SP/玻璃复合膜就制备成功了。
(2)溶液聚合在溶液中直接在无机支撑膜表面进行聚合反应。
制备这种复合膜有意义的一种有机物材料之一就是凝胶。
凝胶一个显著的性质是当凝胶内部的环境(如温度、pH值、离子组成、溶剂组成或电场)发生变化时,在凝胶中相应会发生可逆的体积变化,正是这种可逆的凝胶内部体积的变化使得凝胶膜对有机溶剂/水混合物进行有效的分离。
凝胶的机械强度太低,无法自身形成分离膜,必须将它复合在支撑膜上。
(3)电化学合成法这个方法是在一个微孔无机支撑膜表面,电化学引发进行聚合反应,在支撑膜表面得到一聚合物膜。
微孔Al2O3陶瓷膜表面镀上一层超薄金属膜,金属膜很薄不可能堵住陶瓷膜孔。
原电池包括,修饰的陶瓷膜作为工作电极,Ag线作为准参比电极,Pt片作为对电极,NaCl 溶液作为电解质,将聚合的单体溶液与电解质溶液混合,当电压从0上升到2.75V再返回时,工作电极即陶瓷膜表面聚合反应被引发并进行。
(4)光化学合成法此方法是,通过光化学反应使单体在无机支撑膜上聚合。
无机支撑膜置于过滤纸上,过滤纸吸收了反应单体的溶液并达到饱和;滤纸中的溶液通过毛细管作用进入无机膜孔,上升至膜的表面,并且在膜上形成了一薄层溶液膜;接着用Xe弧灯照射膜表面,引发聚合反应,这样在无机膜就形成了超薄聚合物膜。
通过在膜上方的气相中添加光引发剂,可以提高聚合反应速率。
2.4.2.2 表面接枝聚合法(1)等离子体接枝聚合法等离子体聚合作为一种较新的聚合方法,目前主要用于有机高分子领域,但也有人开始用它来制备有机-无机复合膜。
如无机多孔膜用等离子体处理后,一定条件下再与聚合单体接触,单体就会在其表面和孔壁上接枝聚合,生成线性聚合物,聚合反应可以通过在反应管中引入空气终止,最终可得到接枝程度不同的填充型复合膜。