膜材料的结构与性能
学校名称：华南农业大学
院系名称：材料与能源学院
时间：2017年2月27日
膜材料的结构与其性能之间的关系，是膜研究的重要内容。对于分离膜，其分离性能中的透过率和选择性分别依赖于膜的孔径和材料性质、被分离物的体积和性质以及二者之间的相互作用。根据材料微观和宏观结构，从以下几个层次对分离膜结构与性能之间的关系进行分析。
１.化学组成
化学元素及化学基团是物质组成的基础，决定了物质的基本性质，如氧化还原性、酸碱性、极性、溶解性和物理形态等。化学组成还决定了分离膜材料的化学稳定性，亲水性或亲油性，以及对被分离材料的溶解性等，直接影响膜的透过性、溶胀性、毛细作用等性质。在分子结构中增强极性基团，如羟基、羧基、磺酸基，膜的亲水性会改善；以氧原子、硫原子等引入到聚合物主链中，或将极性较大的基团，如三氟甲基接枝在聚合物主链上，聚合物的柔性会增加，分子量增大，在气体分离膜应用过程中有利于气体的透过。
2.高分子链段
构成高分子分离膜材料的单体和链段的结构，对聚合物的结晶性、溶解性、溶胀性等性质起主要作用，也在一定程度上影响分离膜的力学性能和热学性能。对于均聚物，单体的结构最重要，其次包括聚合度、分子量、分子量分布、分支度、交联度等。对共聚物，链段结构，如嵌段共聚、无规共聚、接枝共聚等因素直接影响分离膜的各种性质，包括立体效应和化学效应的产生。
3.高分子立体构象
聚合物分子的微观结构，多与分子间的作用力相关，如范德华、氢键力、静电力。这直接影响膜制备的粘度、溶解度，也与成膜后的力学性能和选择性密切关系。聚合物分子间作用力的增加则倾向于形成结晶度高的分离膜。
4.聚集态和超分子
聚合物高分子的排列方式和结晶度，以及晶胞的尺寸、膜的孔径和分布等因素，与膜材料的使用范围、透过性能、选择性等密切相关。高分子材料的聚集态结构和超分子结构与分离膜的制备条件和方法以及后处理工艺等更是相互联系。
5.分离膜的形态
目前常见分离膜的形态主要有管状膜、中空纤维膜、平板（平面）膜。管状分离膜便于清洗，适合连续操作和动态研究分析，多用于高浓度料液或污物较多的物料分离，缺点是能耗大，有效分离面积小；中空纤维膜的力学性能强，适合高压场合的分离操作，缺点是容易被污染且难以清洗；平板膜是宏观结构最简单的一种，适用于各种分离形式，制作简单，使用方便，成本低廉，适用性最广泛。
