Mga pamamaraan para sa paggawa ng mga lamad ng polimer. Paraan para sa pagkuha ng polymer membrane Para makakuha ng lamad, gamitin

Ang kakayahan sa paghihiwalay ng mga lamad, ang kanilang pagganap at katatagan ng mga katangian ay nakasalalay hindi lamang sa kemikal na katangian ng polimer, kundi pati na rin sa mga intricacies ng teknolohiya para sa kanilang produksyon. Ang mga pangunahing pamamaraan para sa paggawa ng mga lamad ng polimer ay ang mga sumusunod:

1 - paghubog mula sa solusyon;

2 - matunaw ang paghubog;

3 - paghuhugas ng tagapuno;

4 - sintering ng mga pulbos;

5 - leaching (dissolution) ng bahagi ng polimer;

6 - pagkuha ng mga bagong katangian sa pamamagitan ng kemikal na pagbabago ng mga natapos na lamad;

Depende sa layunin ng lamad, ang isang porous na istraktura ay nabuo o hindi nabuo sa loob nito. Dahil ang mga non-porous membrane - para sa paghihiwalay ng gas, electrodialysis, dialysis - ay may sariling mga katangian sa paraan ng produksyon, ang kanilang mga teknolohiya sa produksyon ay napapailalim sa hiwalay na pagsasaalang-alang.

Paghahanda ng mga lamad mula sa mga solusyon sa polimer

Ang lahat ng mga pamamaraan para sa paggawa ng mga lamad mula sa mga solusyon sa polimer ay may karaniwang pangalan: phase inversion, i.e. dumadaloy sa paglipat

polimer mula sa likido hanggang sa solidong estado. Mayroong dalawang phase inversion reaction series:

Sol 1 -> Sol 2 -> Gel

Sol 2 -> Gel

Ang kakanyahan ng phase inversion ay ang hitsura ng dalawang magkahiwalay na mga phase ng likido sa isang polymer solution, na sinusundan ng pagbuo ng isang gel (Fig. 1.)

Mekanismo ng pagbuo ng phase inversion membranes: a-sol 1; b-sol 2; c-pangunahing gel; g-pangalawang gel; d-air-solution interface; e-surface barrier layer;

Ang paglipat na ito ay sinimulan sa iba't ibang paraan:

solvent evaporation (dry spinning);

pinapalitan ang solvent na may non-solvent sa panahon ng diffusion ng huli mula sa vapor phase. Upang gawin ito, ang cast film ay pinananatili sa isang kapaligiran ng solvent at non-solvent vapors;

pinapalitan ang solvent ng isang non-solvent sa panahon ng pagsasabog ng huli mula sa liquid phase. Upang gawin ito, ang cast film ay nahuhulog sa isang likidong bahagi ng isang non-solvent (wet molding).

Paraan ng dry molding

Ang pamamaraan ay binubuo ng pagtutubig ng lamad mula sa isang solusyon at kasunod na kumpletong pagsingaw ng solvent. Ang pamamaraang ito ay ginagamit upang gumawa ng mga film at magnetic tape. Gamit ang teknolohiyang ito, habang ang solvent ay tinanggal, ang paunang solusyon ay maaaring mabulok sa dalawang yugto: isang polymer frame na pinapagbinhi ng isang solvent, at isang solvent na naglalaman ng isang dissolved polymer, kadalasan ang mga low-molecular fraction nito. Ito ay nangyayari kapag ang solvent removal rate ay mas mababa kaysa sa relaxation rate.

Kung ang isang polimer at isang solvent lamang ang naroroon sa isang solusyon, kung gayon ang hindi bababa sa tatlong mga sitwasyon ay posible.

1. Ang paghihiwalay sa dalawang bahagi ng likido ay hindi magaganap hanggang sa mabuo ang isang gel. Ito ay karaniwang sinusunod kapag ang polimer at solvent ay pinaghalo nang walang katiyakan. Kahit na matapos ang gel ay nabuo, ang solvent ay patuloy na kumikilos bilang isang plasticizer, na kung saan, kasama ang epekto ng gravity, ay maaaring maging sanhi ng gel na bumagsak at lumapot, sa huli ay gumagawa ng isang siksik na pelikula.

2. Maaaring mangyari ang paghihiwalay ng phase bago ang pagbuo ng gel kung ang solubility ng polimer sa solvent ay limitado. Gayunpaman, kahit na sa kasong ito, ang natitirang solvent ay maaaring kumilos bilang isang plasticizer, na nagreresulta sa siksik o halos siksik na mga pelikula.

3. Sa mga kaso kung saan ang pakikipag-ugnayan ng P-P ay napakalakas, tulad ng kapag nag-evaporate ng mga solusyon ng nylon 6,6 sa 90% formic acid, isang gel na may malakas (posibleng mala-kristal) na mga cross-link ay nabuo. Ang porosity ng naturang gel ay pinananatili hanggang sa ganap na sumingaw ang solvent. Pagkatapos ng phase inversion at bago ang pagbuo ng gel, ang sol structure ay nailalarawan sa pamamagitan ng long-range order. Anumang pagkagambala sa pagkakasunud-sunod na ito o nucleation sa sol, halimbawa bilang resulta ng mabilis na paghalo o kahit na pinong pagsasala, ay magreresulta sa pagbuo ng isang lamad na may mas malalaking pores kaysa sa karaniwang resulta ng gelation ng isang hindi maayos na sol.

Parehong ang loob ng micelle at ang tuluy-tuloy na yugto ng dalawang bahagi na sistema ay naglalaman ng mga rehiyong naubos ng polimer, habang ang dingding ng micelle ay naglalaman ng mga rehiyong mayaman sa polimer (Larawan 2.A). Sa huling kaso, ang P - P na pakikipag-ugnayan ay nananaig sa mga P - R na pakikipag-ugnayan.

Fig.2.A . Modelo ng istraktura ng plastic na naglalaman ng isang non-solvent plasticizer.

Ang proseso ng pagbuo ng lamad ay makikita sa Fig. 2.B.

Larawan.2..B. Proseso ng pagbuo ng lamad.

Karamihan sa mga solusyon sa dry molding ay kinabibilangan ng tatlo o higit pang mga bahagi: isang polimer, isang pabagu-bagong solvent, at isa o higit pang mga blowing agent, na inuri bilang mga nonsolvent ayon sa likas na katangian ng interaksyon ng polymer-solvent. Ang non-solvent ay dapat na hindi gaanong pabagu-bago kaysa sa solvent. Sa pagsasagawa, ang pagkakaiba sa pagitan ng mga kumukulo na punto ng solvent at non-solvent ay dapat na hindi bababa sa 30-40 °C. Kahit na sa colloidal level sol 1 ay homogenous (Fig. 2.B, a), pagkatapos ay habang ang solvent ay sumingaw, ang compatibility ay bumababa. Sa kalaunan, ang solubility ng natitirang solvent system ay nagiging hindi sapat upang mapanatili ang sol 1, at ang inversion sa sol 2 ay nangyayari (Fig. 2.B, b). Karamihan sa mga polymer molecule ay ipinamahagi sa paligid ng mga nagresultang micelle na ang isang medyo maliit na halaga (marahil 0.5%) ay nananatiling dispersed sa likidong ina na alak na naglalaman ng mga micelles. Ang panloob na bahagi ng micelle sa kasong ito ay binubuo ng isang likido na may mataas na konsentrasyon ng mga non-solvent na bahagi ng solusyon sa paghahagis. Sa karaniwang mga proseso ng dry spinning, ang mga pangunahing sanhi ng hindi pagkakatugma na humahantong sa phase inversion, pagbuo ng gel at pagtitiyaga ng gel porosity sa kabila ng pagkakaroon ng mga puwersa na humahantong sa pagbagsak ng gel ay ang pagkakaroon ng non-solvent sa casting solution at/o makabuluhang P-P na pakikipag-ugnayan. Habang nagpapatuloy ang pagkawala ng solvent pagkatapos ng phase inversion, ang mga spherical micelles ay gumagalaw nang palapit sa isa't isa (Larawan 2.B, c), sa wakas ay nakikipag-ugnayan sa paunang yugto ng pagbuo ng gel (Larawan 2.23.B, d). Habang nagkontrata ang network ng gel, ang mga micelle ay nagiging polyhedra, at ang mga molekula ng polimer ay nagkakalat sa mga dingding ng mga katabing micelles, na nagiging sanhi ng paghahalo ng mga molekula ng polimer sa ibabaw (Larawan 2.B, e). Sa wakas, kung ang mga pader ay sapat na manipis, tulad ng sa mataas na paunang konsentrasyon ng mga bahagi ng solusyon (maliban sa polymer at solvent), na nagiging sanhi ng pagbuo ng maraming micelles na may malaking kabuuang lugar sa ibabaw, pagkatapos ay ang compression ay nagiging sanhi ng pagkawasak ng mga dingding, na pagkatapos ay bawiin. at bumuo ng isang medyas na tulad ng balangkas, na bumubuo ng isang gel network (Larawan 2.23.B, f). Ang isang katulad na kababalaghan ay nangyayari sa panahon ng pagkalagot ng isang bubble ng sabon at sa panahon ng pagbuo ng mga open-cell polyurethane foams.

Maaaring mangyari, gayunpaman, na ang mga micelle ay nababalutan ng napakakapal na patong ng polimer na pinipigilan (o pinipigilan) ang pagkalagot ng mga pader ng selula. Sa kasong ito, alinman sa pinaghalong (open- at closed-cell) o closed-cell na mga istraktura ay nakuha.

Microphotographs ng istraktura ng dry-formed MF membranes: nitrocellulose

Ang mga pangunahing kadahilanan na tumutukoy sa porosity at spatial na katangian ng mga pores ng mga lamad na nakuha ng dry molding ay:

Dami ng konsentrasyon ng polimer sa abo 2, na inversely proporsyonal sa porosity ng gel;

Ang ratio ng dami ng non-solvent sa dami ng polimer sa sol 2, na direktang proporsyonal sa porosity ng gel;

Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga punto ng kumukulo ng (mga) solvent at nonsolvent(s), na proporsyonal sa porosity at laki ng butas;

Relatibong halumigmig, na proporsyonal sa porosity at laki ng butas;

Ang pagkakaroon ng higit sa isang polimer na may hindi kumpletong pagkakatugma, na binabawasan ang porosity;

Ang pagkakaroon ng isang mataas na M polimer, na nangangailangan ng pagtaas sa porosity, dahil ang pagtaas ng M ng polimer ay binabawasan ang pagiging tugma at sa gayon ay humahantong sa mas maagang pagbuo ng gel;

Dahil ang dry molding ay gumagamit ng non-solvent blowing agent, ang konsentrasyon ng mga polimer sa solusyon ay mahigpit na limitado. Gayunpaman, ang solusyon sa paghahagis ay dapat sapat na lagkit upang maproseso sa mga flat sheet, cylinder, o hollow fibers. Ang dilemma na ito ay nalulutas sa pamamagitan ng paggamit ng mga high-M polymers, na ang solubility, bagama't bahagyang mas mababa kaysa sa kanilang mga low-molecular-weight analogues, ay gumagawa ng isang makabuluhang mas malaking kontribusyon sa lagkit ng solusyon. Gayunpaman, ang karamihan sa mga magagamit na polymer ay magagamit sa mababa hanggang katamtamang timbang ng molekular dahil ang mga ito ay inilaan para sa matunaw na paghubog, partikular na ang paghuhulma ng iniksyon. Samakatuwid, malinaw naman, para sa dry molding ito ay kinakailangan upang makakuha ng mga espesyal na polymers, at din na gumamit ng lagkit enhancer (isang pangalawang polimer o makinis na lupa colloidal silikon dioxide) at cast solusyon sa mababang temperatura.

Kung ang pagsingaw ay mabilis, kung gayon ang isang dalawang-phase na sistema ay walang oras upang mabuo, ang lagkit ng solusyon ay tumataas nang napakabilis, ang pagpapahinga ay hindi nangyayari, at ang pagkikristal ng polimer ay hindi sinusunod.

Ang lagkit ng isang polymer solution ay nakasalalay sa konsentrasyon:

Ang estado ng system ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:

kanin. 2.V. Ang kaugnayan sa pagitan ng mga katangian ng temperatura at ang konsentrasyon ng solusyon ng polimer

Mula sa isang solusyon na may konsentrasyon Ci, ang solvent ay sumingaw sa isang pare-parehong temperatura Tc. Sa isang tiyak na komposisyon ng Stv, na tumutugma sa temperatura ng pagkalikido, ang lagkit ng sistema ay tumataas hanggang sa mawala ang pagkalikido, at pagkatapos ay hanggang sa simula ng paglipat ng salamin sa Stv. Kung ang pagpapahinga ay hindi kumpleto, ang mga stress na lumitaw sa panahon ng pagbuo ng pelikula ay naitala sa system. Kumpletuhin ang pag-alis ng solvent
humahantong sa C=1.

Ang rate ng pag-alis ng solvent ay isang function ng presyon ng singaw sa itaas ng solusyon, na nangangahulugang maaari itong i-regulate sa pamamagitan ng pag-ihip, temperatura, at pagpili ng solvent.

Habang nagsisimulang mag-evaporate ang solvent, tumataas ang konsentrasyon ng polimer, pangunahin sa ibabaw na layer. Ito naman, ay nagiging sanhi ng pagsasabog ng solvent mula sa mga panloob na layer hanggang sa itaas. Habang tumataas ang lagkit ng tuktok na layer, bumabagal ang pagsasabog. Ang iba't ibang mga rate ng pag-alis ng solvent mula sa iba't ibang mga layer ng solusyon ay humantong sa anisotropy ng mga nagresultang lamad. Bukod dito, sa layer ng ibabaw, ang mga macromolecule ay nakatuon patayo sa ibabaw. Sa gitnang layer, ang istraktura ay isotropic, at ang mas mababang layer ay nakatuon dahil sa pagdirikit sa substrate kung saan ibinuhos ang solusyon, at ang oryentasyong ito ay kahanay sa ibabaw.

Ang ibang pananaw ng mga prosesong nagaganap sa pelikula ay nagpapahintulot sa amin na makilala ang dalawang zone - malapit sa itaas at malapit sa ibabang ibabaw ng pelikula. Ang mga zone na ito ay nasa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang pwersa at, higit sa lahat, sa ilalim ng iba't ibang impluwensya ng mga puwersa ng pagdirikit ng polymer film sa substrate. Habang ang solvent ay sumingaw, ang pag-urong ay nangyayari sa mga gelling film na idineposito sa substrate dahil sa pagkahilig ng nagresultang solid phase na bawasan ang libreng ibabaw. Gayunpaman, ang pag-urong ay inhibited kung mayroong sapat na malagkit na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng pelikula at ang substrate (preno epekto ng substrate). Sa pagkakaroon ng pag-iwas sa pag-urong sa itaas na layer, maaaring lumitaw ang isang hugis-cone na channel, iba't ibang mga bersyon na ipinapakita sa Fig. 3.

kanin. 3. Iba't ibang mga hugis ng capillary

Sa itaas na layer, ang mga puwersa ng pag-urong sa ibabaw ay kumikilos, sa mas mababang layer ay pinipigilan sila ng substrate. Ang mga magkasalungat na puwersa ay maaaring humantong sa pagbuo ng isang dead-end pore (Fig. 3d).

Upang makakuha ng mga porous na istruktura, ang pagbuo ng pelikula ay dapat dumaan sa yugto ng paghihiwalay ng phase, i.e. ang hitsura ng isang solid phase ng polimer sa natitirang polymer solution.

Iba't ibang mga porous na istruktura sa mga lamad ng UV

Ang isa sa mga teorya ay ang ideya na habang ang solvent ay inalis, ang nuclei ng isang mababang molekular na timbang na bahagi ng likido ay lilitaw sa dami ng pa rin na likidong pelikula, na istatistikal na ipinamamahagi sa buong volume ng pelikula. Sa susunod na yugto, ang mga globule na ito ay tumataas ang laki at konektado sa isa't isa dahil sa bahagyang pagkasira ng mga dingding ng bumubuo ng frame na naghihiwalay sa kanila. Iyon ay, ang bawat globule ay nasa sarili nitong cell, at pagkatapos ay ang mga pader ay napunit at ang mga globule ay konektado. Ang kanilang mga cell ay bumubuo ng isang capillary na tumagos sa pelikula (Larawan 5, c).

kanin. 5. Scheme ng pagbuo ng capillary-porous na istraktura ng mga pelikula:

1 at 2 - itaas at mas mababang mga layer ng ibabaw, ayon sa pagkakabanggit; a - d - iba't ibang yugto ng pagbuo ng capillary.

Ang solvent ay inalis sa pamamagitan ng sistema ng mga umuusbong na mga capillary, na puno pa rin ng likidong bahagi dahil sa kakayahang umangkop ng mga macromolecule sa nagresultang halaya, ang polymer frame ay lumiliit (Larawan 5, c). Sa sandaling ito, ang pelikula ay lumalabas sa substrate, at ang solvent ay nagsisimulang sumingaw sa parehong direksyon. Ang dissolved polymer mula sa liquid phase ay idineposito sa mga dingding ng capillary, na unti-unting nagpapaliit, at isang pinalawak na seksyon ng capillary ay nabuo sa pumapasok (Larawan 5.d). Kung ang pelikula ay hindi lumabas sa substrate, kung gayon ang malawak na mga labasan ay nabuo lamang sa tuktok. Minsan ang mga lamad na pumutok (bitak) ay artipisyal na nilikha sa pamamagitan ng mekanikal na pag-uunat ng pelikula, mga thermal effect, at sabay-sabay na mga thermomechanical effect (tingnan ang larawan sa ibaba).

Ang mga lamad ng Teflon ay nakuha sa pamamagitan ng pag-unat ng pelikula

Ang lahat ng mga pamamaraan na ito ay humantong sa paggawa ng isang buhaghag na materyal na natatagusan. Ang ipinakita na pagsusuri ay nagpapakita na ang mga technologist ay may paraan upang bumuo ng mga porous na lamad na may ibinigay na laki, hugis at bilang ng mga capillary sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng ratio ng mga puwersa sa ibabaw sa mga hangganan ng polymer-air at polymer-substrate.

Micrograph ng isang cross-section ng dry-formed closed-cell AC membrane

Ang isang mahalagang teknolohikal na kinakailangan para sa mga solvents sa dry molding method ay mataas na presyon ng singaw. Ito ay tinutukoy ng pangangailangan na alisin ang pangunahing bahagi ng solvent sa isang medyo maikling panahon para sa pagsulong ng polymer film sa makina.

Ang dry molding ng flat membranes ay isinasagawa gamit ang drum o belt type machine. Sa Fig. 6. Isang drum machine ang ipinakita.

kanin. 6. Diagram ng isang drum-type machine para sa paggawa ng mga lamad sa pamamagitan ng dry molding:

1 - pambalot; 2 - pipe para sa pagsipsip ng pinaghalong gas-air; 3 - tambol; 4 - mamatay; 5 - lamad; 6 - gas-air mixture heater.

Ang watering drum ng makina ay isang silindro ng bakal, ang ibabaw nito ay pinakintab o pinahiran ng isang manipis na mirror layer ng isa pang materyal na nagbibigay ng kinakailangang kinis, adhesiveness at corrosion resistance. Ang coolant ay ibinibigay sa panloob na bahagi ng drum para sa thermostatting. Ang casing sa paligid ng drum ay ibinibigay sa pamamagitan ng heater 6

hangin upang mapanatili ang isang naibigay na temperatura, halumigmig at solvent vapor pressure sa itaas ng lamad. Ang hangin at polymer tape ay kumikilos nang magkasalungat. Maaaring umikot ang hangin sa pamamagitan ng pagdaan sa solvent vapor trap system. Ang tape ay sugat sa isang roll.

Ang isang belt-type na makina (Larawan 7) ay binubuo ng dalawang drum, kung saan ang isang walang katapusang sinturon ng hindi kinakalawang na asero, tanso o nikel, 0.7-1.4 m ang lapad at 28-86 m ang haba, ay nakaunat Upang pag-igting ang sinturon, ang likuran ginagawang movable ang drum. Ang mga tambol ay kinokontrol ng thermostatically. Ang buong gumagalaw na bahagi ay nakapaloob sa isang pambalot na bumubuo ng isang channel para sa sirkulasyon ng pinaghalong gas-air.

kanin. 7. Diagram ng isang belt-type na makina para sa paggawa ng mga lamad sa pamamagitan ng dry molding:

1 - mamatay; 2 - sistema para sa pagpapalipat-lipat ng pinaghalong gas-air; 3 - gabay drum; 4 - aparato para sa karagdagang pagpapatayo; 5 - paikot-ikot na aparato.

Kung kinakailangan, ang karagdagang pagpapatayo ng mga lamad ay isinasagawa sa labas ng mga makina gamit ang mga dryer ng anumang uri. Ang iba pang mga yugto (paghuhugas, pagpapabinhi, atbp.) ay maaaring isama sa diagram ng daloy ng linya.

Ang dry spinning method ay gumagawa din ng hollow fibers na may parehong porous at non-porous wall. Sa kasong ito, ang parehong mga batas ay nalalapat tulad ng sa paggawa ng mga flat polymer membrane.

kanin. 8. Scheme para sa paggawa ng hollow fiber sa pamamagitan ng dry spinning:

1- solusyon sa paghubog; 2 - gear pump; 3 - likido para sa pagbuo ng channel; 4 - bumubuo ng ulo; 5 - air shaft.

Ang isang maingat na sinala, walang hangin na solusyon sa paghubog ay pinainit sa ulo ng paghubog 4 at pinindot sa die. Ang shaft 5 ay may thermostatic device, kung saan ang solvent ay sumingaw. Ang pinainit na hangin ay ibinibigay sa baras sa isang direktang daloy, kontra-kasalukuyan o isang pinagsamang pamamaraan, na isa sa mga opsyon sa kontrol.

Kapag umiikot ang mga guwang na hibla, ang polimer ay nakatuon habang ang solusyon ay dumadaan sa channel ng isang hugis-singsing na spinneret. Ang uniaxial orientation ng macromolecules kasama ang fiber ay negatibong nakakaapekto sa permeability ng lamad.

Pamamaraan ng wet molding

Ang pamamaraang ito ay halos pangkalahatan para sa pagkuha ng mga lamad - kapwa para sa mga materyales at para sa porous na istraktura. Sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng mga kondisyon sa iba't ibang yugto ng proseso, ang mga katangian ng mga lamad ay maaaring iba-iba nang malawak.

Ang kakanyahan ng pamamaraan ay pagkatapos ng pagtutubig ng polymer film, ang pelikula ay inilipat sa isang precipitation bath. Ang aksyon ng precipitant ay ang mabilis na pag-coagulate ng polimer, i.e. sa unang pagbuo ng isang manipis na shell ng isang polymer mesh sa ibabaw ng contact. Pagkatapos, sa pamamagitan ng shell na ito, sa pamamagitan ng mekanismo ng pagsasabog, ang solvent ay tumagos mula sa bulk ng pelikula papunta sa precipitation bath, at ang precipitant ay tumagos sa polymer solution. Sa pamamagitan ng pag-regulate ng proseso ng pagsasabog, posible na makakuha ng mga pangunahing istruktura ng polimer na may anumang nais na mga katangian.

Diagram ng film/bath interface.

Mga Bahagi:

hindi solvent(1),

solvent(2) at polimer(3).

J1 - non-solvent na daloy;

J2- daloy ng solvent;

Ang pagtagos ng precipitant sa pelikula ay nangyayari sa kahabaan ng cross section ng lamad sa anyo ng isang harap - isang diffusion front. Kasunod nito, ang harap ng precipitation (coagulation) ng polimer ay gumagalaw Ang mga bilis ng paggalaw ng mga front na ito ay magkakaiba, ngunit maaari silang kontrolin sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura, ang komposisyon ng precipitation bath at iba pang mga parameter.

Ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa paglitaw ng isang malaking bilang ng mga sentro ng pagbuo ng istraktura, na nagreresulta sa pagbuo ng mas maraming mga pores, ngunit ng isang mas maliit na sukat. Ang komposisyon ng precipitation bath ay maaari ring baguhin ang laki ng butas at ang antas ng anisotropy ng lamad.

Ang pangunahing teknolohikal na pamamaraan para sa paggawa ng mga lamad gamit ang wet method ay ipinapakita sa Fig. 9.

Fig.9. Membrane production scheme sa pamamagitan ng wet molding: 1-scale; 2-meter dispenser ng mga likidong sangkap; 3-solvent na tangke; 5-filter; 6 - tangke na may solusyon sa paghubog; 7- makina para sa hydrothermal na paggamot ng lamad; 10-dryer; 11-pack stand.

Pangunahing yugto:

paglusaw ng polimer (1-3);

paghahanda ng solusyon para sa paghubog (4-6);

pagbuo ng pangunahing lamad (7);

pag-ulan (coagulation) ng polimer (8);

kasunod na pagproseso ng lamad (9-10);

pag-uuri, packaging ng lamad (11);

Ang komposisyon ng solusyon sa paghubog ay kinabibilangan ng isang polimer o isang halo ng mga polimer, isang solvent, isang ahente ng pamumulaklak (agent ng pamamaga), kung minsan isang plasticizer, isang precipitant at iba pang mga bahagi. Ang ratio at komposisyon ng mga bahagi ay lubos na nakakaimpluwensya sa mga katangian ng mga lamad. Bilang karagdagan, mahalaga na makakuha ng isang homogenous na solusyon. Samakatuwid, ang uri ng dissolution apparatus, mode ng paghahalo, pagkakasunud-sunod ng mga bahagi ng pag-load, at temperatura ng proseso ay maingat na pinili.

Hindi gaanong mahalaga ang yugto ng paghahanda ng solusyon. Ito ay kinakailangan upang alisin mula dito hindi dissolved, ngunit lamang namamaga polymer particle (gel particle), mineral impurities, hindi matutunaw particle ng iba't ibang mga pinagmulan, at hangin bubbles. Upang i-filter ang mga malapot na solusyon sa polimer, ginagamit ang mga metal, ceramic at pre-coated na mga filter. Sa istruktura, ang mga ito ay madalas na mga frame, kandila at nutsch na mga filter. Ang degassing ng solusyon ay kadalasang isinasagawa sa pamamagitan ng pag-iingat nito sa ilalim ng vacuum o pag-init. Kinakailangang isaalang-alang ang posibleng pagkawala ng solvent.

Ang pagbuo ng pelikula ay isinasagawa sa mga drum o belt machine. Ang hugis at disenyo ng die ay napakahalaga, kapag pumipili kung alin ang kinakailangang isaalang-alang ang lagkit ng solusyon, ang pagkasumpungin ng mga bahagi nito, ang hugis ng lamad, at ang rate ng patubig. Para sa mga solusyon na may mataas na lagkit (higit sa 25 cP), ginagamit ang "pagkalat" na mga dies; Ang pagbuhos ng slot dies ay nagsasagawa ng paghuhulma nang hindi muna naglalagay ng solusyon sa substrate. Upang makakuha ng mga tubular membrane, ginagamit ang isang ring die. Ang isang polymer solution ay ibinibigay sa annular gap, at isang precipitant o gas ang ibinibigay sa gitna upang pigilan ang mga dingding ng tubo mula sa pagsasara.

kanin. 10. Mga scheme ng dies para sa paghubog ng mga lamad:

a-pagkalat na uri; b-pagbuhos; na may isang roller; g-slit; d-ring: a-c: 1-mamatay na katawan; 2-movable bar (kutsilyo); 3-paghubog solusyon; 4-gumagalaw na substrate;5-roller;d: 1-katawan; 2-cavity para sa solusyon; 3-adjusting screw;4-movable plate;d: 1-outer layer; 2-inner layer; I-molding solution; II-precipitator.

Ang regulasyon ng kapal ng layer ng solusyon kung saan bubuo ang lamad ay isinasagawa hindi lamang sa pamamagitan ng pagbabago ng laki ng puwang sa pagitan ng kutsilyo at ng gumagalaw na substrate, kundi pati na rin sa pamamagitan ng pagbabago ng bilis ng paggalaw nito. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 11 ang mga profile ng nagresultang pelikula sa iba't ibang bilis. Dahil sa alitan ng mga layer ng solusyon laban sa die blade, ang oryentasyon ng mga macromolecule ay na-induce sa itaas na mga layer ng nagresultang pelikula, na maaaring makaapekto sa mga katangian ng mga lamad.

kanin. 11. Baguhin ang kapal ng likidong pelikula kapag binabago ang bilis ng substrate:

a-mababang bilis; b - average na bilis; c - mataas na bilis.

Ang paggalaw ng kutsilyo at ang substrate ay may kaugnayan sa manu-manong paraan ng pagtutubig, ang kutsilyo mismo, na naayos sa squeegee, ay inilipat. Ang materyal ng substrate ay metal, polimer o salamin. Mahalaga rin ang kemikal na katangian ng materyal.

kanin. 12. Mga pattern ng butas (sa anyo ng mga naka-segment na arko at may capillary) ng die para sa pag-ikot ng hollow fibers:

1 - butas; 2 - mamatay.

Upang bumuo ng mga guwang na hibla, namatay na may hugis na mga butas, na may mga baras sa mga butas at may mga capillary sa mga butas ay ginagamit. Ang mga hugis na butas ay may iba't ibang mga hugis: sa anyo ng isang spiral, sa anyo ng mga hugis-V na mga puwang, sa pagitan ng kung saan may mga makitid na jumper, sa anyo ng mga arched slot (Larawan 12.).

Ang mga namatay na may mga capillary ay ang pinaka maraming nalalaman. Ang solusyon ay ibinibigay sa puwang sa pagitan ng katawan at ng mga dingding ng capillary, at ang gas o likido ay ibinibigay sa channel ng capillary. Maaaring baguhin ng presyon ng gas o likido ang mga geometric na katangian ng isang guwang na hibla. Sa yugto ng coagulation, ang pangunahing mga teknolohikal na parameter ay ang temperatura ng precipitation bath, ang komposisyon nito at ang bilis ng paggalaw ng pelikula na nabuo. Sa precipitation bath, nabuo ang isang gelatinous gel structure, pinapagbinhi ng pinaghalong solvent at precipitant. Dahil ang solvent ay patuloy na inilabas mula sa molding solution papunta sa precipitation bath, ang komposisyon ng paliguan ay dapat na i-update o ayusin. Kinakailangan din ang mahigpit na kontrol sa temperatura ng paliguan.

Matapos makumpleto ang coagulation, kung minsan ay kinakailangan na hugasan ang natitirang solvent at kung minsan ang precipitant. Sa yugtong ito, kinakailangan ding subaybayan ang temperatura, komposisyon ng washing liquid at ang bilis ng sinturon.

Ang susunod na yugto ng paggamot sa init ay tinatawag na pagsusubo. Bilang isang patakaran, ito ay ginawa gamit ang mainit na tubig sa temperatura na 70-100 degrees C. Tagal ng pagsusubo - 1-10 min. Kasabay nito, dahil sa compaction ng istraktura ng polymer network, ang paglaban ng lamad sa pagtaas ng presyon, ang pamamahagi ng laki ng butas ay nagiging mas makitid, at ang paglipat ng maximum na pamamahagi sa isang rehiyon ng mas maliit na laki ay sinusunod.

Ang mga kasunod na yugto ng proseso ay isinasagawa depende sa layunin, materyal at mga kondisyon ng pagpapatakbo ng mga lamad. Posibleng gamutin ang lamad na may aliphatic alcohols (lyophilization o hydrophilization). Ito ay makabuluhang pinatataas ang tiyak na pagganap ng mga lamad.

Ang mga lamad ay madalas na pinapagbinhi ng mataas na pabagu-bago ng isip na mga likido, halimbawa, gliserol o mga may tubig na solusyon nito. Para sa mas mahusay na impregnation, ang isang surfactant ay idinagdag sa solusyon.

Ang pagpapatayo ng mga lamad ay isinasagawa kung hindi-buhaghag, o, sa kabaligtaran, malaki-buhaghag, microfiltration lamad ay nakuha. Ang pagpapatuyo ay karaniwang ginagawa sa mainit na hangin.

Microphotograph ng isang cross-section ng isang lamad na may mga spherical cell na nakuha sa pamamagitan ng isang thermal na proseso, at pagkatapos ay ang lamad ay sumasailalim sa pangunahing kontrol, kadalasang nakikita, sa pamamagitan ng paghahatid. Minsan ang mga depekto ay agad na gumaling sa pamamagitan ng simpleng gluing. Susunod ay paikot-ikot at packaging.

Ang mga belt at drum machine para sa wet method ay may ilang mga tampok. Ang mga draw machine ay ginagamit kapag gumagamit ng mga low-volatile solvents, kapag ang unang oras ng pagsingaw ay mahaba o ang lagkit ng solusyon ay mababa. Bilang karagdagan, mas madaling i-regulate ang temperatura sa iba't ibang mga zone sa mga draw frame.

kanin. 13. Diagram ng isang makina na may walang katapusang sinturon para sa paggawa ng mga lamad sa pamamagitan ng wet molding:

1-mamatay; 2-tape; 3-pipe para sa pagsipsip ng solvent vapors; 4-casing; 5-9 reel; 6-mga pampainit; 7-precipitant; 8-barge para sa precipitator.

Sinusubukan nilang gawin ang kotse sa isang gusali. Ang isang sinturon na may dalawang drum at isang precipitator bath na may mga heater 6 ay inilalagay sa loob nito Ang oras ng pagsingaw at pamumuo ay kinokontrol ng bilis ng pag-ikot ng mga drum at ang anggulo ng paglulubog ng tape sa precipitator.

kanin. 14. Scheme para sa paggawa ng mga lamad mula sa cellulose acetates:

1-apparatus para sa paghahanda ng solusyon sa paghubog; 2-pump; 3-filter; 4 - tangke para sa deaerating ang solusyon sa paghubog; 5-mamatay; 6-forming drum; 7-precipitation bath; 8-machine para sa paghuhugas ng lamad 9-machine para sa pagtatapos ng lamad; 11-device para sa pagtukoy ng kapintasan.

Sinusubukan nilang gawing unibersal ang mga drum machine para makagawa ng malawak na hanay ng iba't ibang lamad. Sa Fig. 14. nagpapakita ng teknolohikal na diagram ng isang makina para sa paggawa ng mga AC membrane para sa MF, UV at OO. Isang kumplikadong pamamaraan ng paghahanda ng solusyon, isang kaskad ng paghuhugas at pagtatapos ng mga paliguan. Ang oras ng evaporation at coagulation ay kinokontrol ng bilis ng pag-ikot ng drum, diameter nito at lalim ng paglulubog. Matapos ang pagbuo ng pangunahing istraktura, ang lamad ay madaling ihiwalay mula sa ibabaw ng metal ng tambol. Ang mga lamad mula sa PA, PVC, PAN at iba pa ay ibinubuhos din.

Ang wet spinning ay epektibo para sa paggawa ng mataas na porous hollow fibers. Ang pamamaraan ay ipinatupad sa mga pag-install na may pahalang at patayong mga circuit (Larawan 15).

kanin. 15. Mga scheme para sa paggawa ng hollow fiber gamit ang wet spinning method (a-horizontal; b-vertical):

1-solusyon na pipeline; 2-pipeline para sa supply ng gas (likido); 3-mamatay; 4-precipitation bath; 5-thread; 6-aparato para sa paghuhugas; 7-aparato para sa pagpapabinhi; 8-dryer; 9-reel.

Ang umiikot na solusyon ay pinapakain sa pamamagitan ng tubo 1 hanggang sa die 3. Ang gas o precipitant 2 ay ibinibigay din dito sa wakas ang Fiber 5 sa precipitation bath 4, hinuhugasan sa paliguan 6 at annealed o impregnated sa paliguan 7. Ito ay sinusundan ng pagpapatuyo. 8 at paikot-ikot 9. Sa isang vertical scheme ang oras ng pag-deposito ay nadagdagan, ang hibla ay hindi lumubog. Ang mga hollow fibers ay nakukuha mula sa AC, PA, PVO, PAN, polysulfone, at cellulose hydrate.

Paraan ng dry-wet molding

Ang pamamaraang ito ay naiiba mula sa naunang isa lamang sa pagkakaroon ng isang mahabang yugto ng paunang pagsingaw ng solvent. Dahil dito, ang konsentrasyon ng polimer sa ibabaw na layer ay tumataas, at kapag ang pelikula ay nahuhulog sa isang precipitation bath, ang agnas sa mga phase sa ibabaw na layer at panloob na mga layer ay nangyayari sa iba't ibang mga rate; mas mabilis sa ibabaw na layer. Samakatuwid, ang isang mas malaking bilang ng mga maliliit na elemento ng istruktura at maliit na mga volume ng interstructural ay lumitaw dito. Ang isang lamad na may binibigkas na anisotropy ay nabuo.

Ang istraktura at mga katangian ng aktibong layer ay nakasalalay sa tagal ng pagsingaw ng solvent, temperatura, rate ng pagsingaw, komposisyon ng pinaghalong gas-air, at kahalumigmigan nito.

Ang istraktura at mga katangian ng malaking-buhaghag na base ng lamad ay tinutukoy ng rate ng pagbuo ng gel, na nakasalalay sa temperatura ng paliguan ng ulan. Kung mas mataas ang temperatura ng paliguan, mas malaki ang mga pores ng base. Upang bumuo ng isang pinong-buhaghag na istraktura, ang lamad ay idineposito sa tubig ng yelo (0°C), habang ang base ay pinangungunahan ng mga macromolecule at mga pores na naka-orient nang patayo sa ibabaw. Ang mas mataas na temperatura, ang mas malalaking fragment ng istraktura ay matatagpuan na may isang oryentasyon parallel sa ibabaw.

Minsan ang isang halo ng dalawang solusyon sa polimer ay ginagamit para sa paghubog. Ang agnas sa mga phase at coagulation ay nangyayari depende sa ratio ng mga halaga ng polymers, kaya posible na makakuha ng mga pores ng iba't ibang mga hugis at sukat. Ang trabaho ay kahit na isinasagawa sa ternary mixtures ng mga hindi tugmang polimer (AC, PAN, PVC). Upang madagdagan ang paglaban ng mga lamad, lalo na ang mga hibla, sa mataas na presyon, ang mga lamad ay hinuhubog mula sa mga plasticized na polimer, at ang plasticizer ay kinuha sa yugto ng paghuhugas.

Isaalang-alang natin ang isang block diagram para sa paggawa ng hollow fiber mula sa cellulose triacetate gamit ang dry-wet method. Ito ay lubos na lumalaban sa presyon at may mataas na kapasidad sa pagpapanatili ng asin (Larawan 16). Ang Sulfolane ay ginagamit bilang isang plasticizer:

Ang porogen ay polyethylene glycol. Ang ratio ng mga bahagi ay TAC: sulfolane: PEG = 1:0.25:0.20 Ang temperatura ng solusyon sa paghubog ay 260°C-280°C. Nilagyan ng langis ang hibla upang hindi ito magkadikit. Pagkatapos ng 60 minuto, ang sulfolane at PEG ay dapat hugasan.

Para sa bawat materyal, ang teknolohikal na pamamaraan ay magkakaiba. Ngunit sa anumang pamamaraan magkakaroon ng mga karaniwang node na ipinapakita sa Fig. 16.

kanin. 16. Scheme para sa paggawa ng hollow fiber sa pamamagitan ng paghubog mula sa plasticized cellulose triacetate:

1 - paggiling ng polimer; 2-vacuum drying; 3-vacuum solvent distillation; 4-paghahalo ng mga bahagi; 5-pagpilit; 6-supply ng molding mass sa pamamagitan ng dosing pump; 7-fiber na umiikot sa pamamagitan ng mga spinnerets; 8-fiber oiling; 9-hibla ng paghila; 10-reception para sa packaging ng tapos na hibla.

Ang pangunahing pagkakaiba mula sa wet method ay ang pagkakaroon ng shaft 5, kung saan ang bahagyang pagsingaw ng solvent ay nangyayari.

Tulad ng sa iba pang mga pamamaraan, ang mga kadahilanan na nakakaimpluwensya sa mga katangian ng mga hibla at pelikula ay: ang komposisyon ng solusyon sa patong, ang temperatura at komposisyon ng pinaghalong gas-air sa evaporator, ang komposisyon at temperatura ng paliguan ng ulan, ang oras ng paninirahan sa ito; komposisyon at temperatura ng washing bath, mga parameter ng pagsusubo.

kanin. 17. Scheme para sa paggawa ng hollow fiber gamit ang dry-wet spinning method:

1-paghubog solusyon; 2-mamatay; 3-compressed gas; 4 na stream ng solusyon; 5-mina; 6-precipitation bath; 7-aparato para sa paghuhugas; 8-device para sa hydrothermal treatment; 9-dryer; 10-receiver (reel).

Impluwensya ng iba't ibang mga parameter sa istraktura ng mga lamad ng polimer na nabuo mula sa solusyon

Mula sa karanasan ng maraming mga mananaliksik at mula sa thermodynamic at kinetic na mga kalkulasyon, itinatag na ang istraktura, at samakatuwid ang mga katangian ng mga lamad, ay pinaka naiimpluwensyahan ng mga sumusunod na kadahilanan:

pagpili ng solvent-precipitant system;

polimer, ang molekular na timbang nito at konsentrasyon ng polimer sa solusyon sa irigasyon;

komposisyon ng coagulation bath;

komposisyon ng solusyon sa patubig.

1. Pagpili ng solvent-precipitant system

Ang kadahilanan na ito ang pinakamahalaga. Ang mga paunang kondisyon ay ang mga sumusunod: ang polimer ay dapat na mahusay na natutunaw sa solvent, ang solvent at ang precipitant ay dapat na pinaghalo. Halimbawa, para sa cellulose acetate (AC), kung kukuha ka ng tubig bilang precipitant, ang mga sumusunod na solvents ay angkop: dimethylformamide (DMF), acetone, dioxane, tetrahydrofuran (THF), acetic acid (AA), dimethyl sulfoxide (DMSO).

Ang miscibility o chemical affinity ng solvent at precipitant ay nag-iiba para sa iba't ibang pares: THF > acetone > dioxane > UA > DMF > DMSO. Kung mas maliit ang kemikal, mas mabilis ang pag-coagulate ng polimer. Halimbawa, ang AC mula sa isang solusyon na may DMSO, DMF, UA ay agad na nag-coagulate kapag ang solusyon ay ipinakilala sa tubig, at mula sa isang solusyon na may acetone at THF na may pagkaantala ng 20 at 70 segundo. Sa turn, ang mas mabilis na coagulation ay nangyayari, ang mas maluwag na mga istraktura ay nabuo sa polimer (ang pagpapahinga ay hindi nangyayari).

Kung ito ay kanais-nais upang makakuha ng isang siksik na pelikula, ito ay kinakailangan upang madagdagan ang tagal ng pamumuo. Ito ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagdaragdag ng solvent sa precipitation bath, o sa pamamagitan ng pagpapalit ng precipitant.

2. Komposisyon ng precipitation bath

Ang pinakamalaking impluwensya sa istraktura ng lamad ay ibinibigay sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang solvent sa precipitant. Ang halaga ng solvent na kinakailangan ay pinakamadaling mahulaan gamit ang polymer-solvent-precipitant ternary triangular diagram, na malinaw na tumutukoy sa hangganan sa pagitan ng pagkakaroon ng isang sistema sa isang homogenous o heterogenous na estado.

kanin. 18. Eskematiko na representasyon ng mga pagbabagong nagaganap sa isang pelikula na inihagis sa isang substrate kaagad pagkatapos itong ilubog sa isang precipitation bath:

ang punto b ay ang mas mababang bahagi ng pelikula na nakaharap sa substrate;

b-t curve - ang landas ng pagbabago sa komposisyon ng system kasama ang kapal ng pelikula;

kaliwang figure - estado ng instantaneous phase separation;

ang tamang figure ay ang estado ng phase separation na naantala sa oras.

Kung ang b - t curve ay nag-intersect sa binodal curve, ang agarang phase separation ay magaganap sa ibabaw ng film na nakaharap sa precipitant. Ang pagpapahinga ng system ay maaari ding pabagalin sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura ng precipitation bath. Ipinapakita ng mga eksperimento na ang porosity ng itaas na layer at, nang naaayon, ang tiyak na pagganap ng lamad ay tumataas sa pagbaba ng temperatura. Ang acidification ng precipitant ay may katulad na epekto.

3. Pagpili ng polimer at komposisyon ng solusyon sa patubig

Dahil ang isang phase inversion membrane ay maaaring gawin mula sa halos anumang polimer, ang pagpili ng polimer ay pangunahing idinidikta ng mga kinakailangan para sa chemical at thermal resistance, hydrophilicity-hydrophobicity at adsorptive capacity para sa mga contaminants.

Talakayin natin ang impluwensya ng molekular na timbang ng polimer sa istraktura ng lamad.

Kapag ang virgin film ay nahuhulog sa isang coagulation bath, ang mga polymer molecule ay may posibilidad na magsama-sama, at ang pagsasama-sama ay nangyayari sa iba't ibang paraan. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 19 ang mga scheme ng pagsasama-sama para sa iba't ibang timbang ng molekular. Ang mga malalaking molekula ay bumubuo ng mga saradong selula ng maraming mga molekula na nakakabit sa isa't isa. Ang maliliit na molekula ay nagsasama-sama upang bumuo ng maliliit na spherical particle dahil ang mga molekula ay nagiging hindi gaanong nagkakasalikop sa isa't isa. Ang ganitong mga lamad ay may bukas na istraktura ng cellular. Ang laki ng mga sphere ay bumababa sa pagbaba ng molekular na timbang. Ito ay makikita rin sa mga micrograph ng mga lamad na nakuha mula sa mga fractionated polymers na may pagbaba sa molekular na timbang.

kanin. 19. Ang eskematiko na representasyon ng impluwensya ng polymer molecular weight sa mga katangian at istraktura ng lamad.

Sa parehong fig. Ipinapakita ng Figure 19 ang pagbabago sa mga pangunahing katangian ng mga lamad - tiyak na produktibo at average na laki ng butas na may pagbaba sa timbang ng molekular. Una, tumataas ang pagkamatagusin sa pagtaas ng pagiging bukas ng mga pader ng butas. Pagkatapos ay ang pagtaas sa bilang ng mga pores ay binabayaran ng isang pagbawas sa laki ng butas at ang pagkamatagusin ay hindi tumaas.

Ang konsentrasyon ng polimer sa solusyon ng irigasyon ay nakakaapekto rin sa istraktura ng lamad. Ang pagtaas nito ay humahantong sa isang proporsyonal na pagtaas sa konsentrasyon ng polimer sa itaas na bahagi ng pelikula na nahuhulog sa precipitant. Sa madaling salita, ang dami ng bahagi ng polimer sa sistema ay tumataas, na awtomatikong humahantong sa mas mababang porosity at, nang naaayon, tiyak na produktibo. Kung sa C0=12% polysulfone sa irigasyon solusyon ang tiyak na produktibidad ng ultrafiltration membrane para sa malinis na tubig ay 200 l/m2h, pagkatapos ay sa C0=17% ito ay 20l/m2h lamang, at sa C0=35% ay bumababa ito sa sero.

Mga microphotograph ng istraktura ng mga lamad na gawa sa iba't ibang mga materyales: sa kaliwa - polyethersulfone, sa kanan - naylon

4. Komposisyon ng solusyon sa pagtutubig

Ang pagdaragdag ng isang precipitant sa solvent at polimer ay may kapansin-pansing epekto sa istraktura ng mga lamad. Ang kasong ito ay inilalarawan ng parehong ternary diagram bilang pagdaragdag ng isang solvent sa precipitation bath. Gamit ito, matutukoy mo ang maximum na dami ng idinagdag na precipitant hanggang sa manatiling homogenous ang solusyon. Sa anumang kaso, ang pagpapakilala ng isang precipitant sa solusyon ng irigasyon ay binabawasan ang oras para sa simula ng phase inversion kapag ang pelikula ay nahuhulog sa precipitation bath.

Malinaw na bilang karagdagan sa precipitant, ang iba pang mga sangkap ay maaaring idagdag sa solusyon sa patubig na nagbabago sa kurso ng proseso ng pag-inversion ng phase sa kinakailangang direksyon. Ang mga ito ay maaaring mga pore dating (mga ahente ng pamamaga) at mga plasticizer. Sa anumang kaso, dapat silang magkatugma sa solusyon ng polimer, i.e. matunaw sa solvent nang hindi nagiging sanhi ng coagulation ng polimer. Ngunit bilang karagdagan, dapat silang maging lubhang natutunaw sa precipitant at madaling hugasan sa labas ng pelikula sa precipitating bath.

Bilang isang patakaran, ang mga mababang molekular na timbang na sangkap ay ginagamit bilang mga porogens: mga asing-gamot ng mga inorganic acid - calcium at magnesium chlorides at nitrates, mababang molekular na timbang na mga fraction ng polyesters, polyethylene glycols, polyvinylpyrrolidone.

Matapos alisin ang mga pore-forming agent, ang mga voids, pores, at labyrinths ay mananatili sa mga pelikula. Ito ay nagpapakita ng sarili sa volumetric na pamamaga ng lamad sa precipitation bath.

kanin. 20. Ang pag-asa ng volumetric na pamamaga ng mga lamad sa dami ng ahente ng pamumulaklak na ipinakilala sa komposisyon ng paghubog: polimer - AC, ahente ng pamumulaklak - polyether.

Dapat sabihin na ang maling pagpili ng pore-forming agent ay maaaring humantong sa pagbuo ng isang highly porous ngunit highly compressible membrane, i.e. sa ilalim ng impluwensya ng presyon ng pagtatrabaho, ang epekto ng paggamit ng isang ahente ng pamumulaklak ay nawawala.

5. Epekto ng temperatura ng pagsusubo

Halos lahat ng lamad pagkatapos ng precipitation bath ay may mababang pagpapanatili ng asin. Kung sila ay napapailalim sa paggamot sa init, i.e. pagtanda sa mainit na tubig, ang selectivity ng mga lamad ay tumataas nang husto (tingnan ang Fig. 21).

Fig.21. Temperatura profile ng pag-urong ng tatlong AC lamad, na binuo ayon sa selectivity halaga: presyon -17 atm, pagsubok sa NaCl solusyon na may conc. 0.35%.

Itinataguyod ng Annealing ang pagbuo ng intermolecular hydrogen bond sa pagitan ng mga polymer chain at, bilang resulta, mas siksik na pag-iimpake ng supramolecular na istraktura. Ang mga proseso ng pagpapahinga ay nakumpleto, at upang mapabilis ang mga ito, ang temperatura ng pagsusubo ay dapat na tumutugma sa simula ng paglipat sa isang mataas na nababanat na estado.

Ang paniniwala ay halos nabuo na ang bilang ng mga pores sa lamad ay hindi nagbabago sa panahon ng pagsusubo, tanging ang kanilang laki ay bumababa. Sa kasong ito, ang pagpapapangit ng istraktura ng siksik na layer ay mas malaki kaysa sa matrix dahil sa mas malaking akumulasyon ng mga panloob na stress dito sa yugto ng coagulation.

Batay sa impormasyong ito, isaalang-alang natin ang istraktura ng isang siksik na layer ng isang anisotropic membrane. Ang modernong teknolohiya, at, higit sa lahat, ang electron microscopy ng flash-frozen na mga bagay, ay ginagawang posible na makita ang magagandang istruktura ng polimer. Ito ay paulit-ulit na nakumpirma na ang ibabaw na layer ng lamad ay nabuo mula sa malapit na pagitan ng mga monolayer na micelles na may diameter na 200 hanggang 800 A. Sa ibaba nito ay isang intermediate na layer na binubuo ng randomly oriented spherical particle at voids sa pagitan ng mga ito hanggang sa 100 A ang laki. (tingnan ang Fig. 22.).

kanin. 22. Mga microphotograph ng cross section at ibabaw ng separation layer ng polymer membranes

Ang morpolohiya ng malapit na naka-pack na micelles ng layer sa ibabaw ay nagpapatunay sa mga hypotheses na nagmumungkahi ng pagtagos ng substance sa pamamagitan ng libreng volume sa mga zone sa pagitan ng mga micelles. Ang hypothesis na ito ay iniharap ni Sourirajan, na kinakalkula pa ang laki ng butas ng isang perpektong reverse osmosis membrane batay sa siksik na istraktura ng magkatulad na mga bola. Ang laki ay mga 20 A. (tingnan ang Fig. 23)

Fig.23. Scheme ng istraktura ng aktibong layer ng isang anisotropic membrane

Ang susunod na hakbang ng pagsusuri ay nagpapahintulot sa amin na igiit na ang istraktura ng ibabaw na layer ay nauugnay sa istraktura ng solusyon ng polimer na sariwang inihagis sa pelikula. Naturally, ang polimer sa layer na ito ay nasa isang amorphous na estado, at ang libreng volume ay ang dami ng pore.

6. Pagbuo ng isang spongy substrate

Habang ang isang manipis, siksik na crust ay nabuo sa ibabaw ng pelikula kapag ito ay nahuhulog sa precipitant, ang ibabang bahagi ng pelikula ay isang polymer solution. Ang isang medyo matinding pagsasabog ng precipitant sa pelikula ay nagsisimula sa ibabaw ng layer. Sa mga lugar kung saan nagaganap ang mga nakaayos na istruktura ng macromolecules (medium order), nangyayari ang medyo mabilis na coagulation ng polimer. Lumilitaw ang mga contour ng hinaharap na spongy base.

Microphotograph ng isang cross-section ng isang lamad na may hugis daliri na mga lukab na natatakpan ng isang hadlang na layer (ipinapahiwatig ng mga arrow ang aktwal na mga landas ng pagpasa ng isang sangkap sa pamamagitan ng lamad)

Habang nabuo ang nascent base, ang mga cavity ay nabuo na puno ng isang dilute polymer solution. Kung ang konsentrasyon ng polimer sa mga cavity ay hindi nag-iiba nang malaki sa lalim ng pelikula, pagkatapos ay lilitaw ang isang homogenous na spongy base. Kung ang pagkakapantay-pantay ng konsentrasyon ng solusyon ay naantala, ang mga hugis ng daliri na lukab ay lilitaw sa substrate, pinahabang patayo sa ibabaw. Ang lahat ng ito ay tinutukoy ng affinity o kadalian ng miscibility ng solvent at precipitant. Ang Figure 24 ay nagpapakita ng hugis daliri at magkakatulad na base ng espongha.

Fig.24. Cross-sectional micrographs ng UV membranes na gawa sa polyacrylonitrile (a) at polysulfone (b)

Paghahanda ng mga lamad mula sa polymer melts

Ang paggawa ng mga piling natatagusan na lamad mula sa mga natutunaw na polimer ay hindi sa panimula ay naiiba sa teknolohiya ng paghahagis ng mga maginoo na pelikula at mga hibla. Ang tanging mahalagang gawain dito ay ang kakayahang ayusin ang ratio ng mga amorphous at crystalline phase, i.e. antas ng crystallinity ng polimer.

Ang mga pamamaraan ng naturang regulasyon ay:

paggamit ng pinaghalong polimer;

paggamit ng branched macromolecules;

matunaw overheating;

pagbabago ng rate ng paglamig ng matunaw;

oryentasyon ng macromolecules sa panahon ng pagtutubig;

pagpapakilala ng isang surfactant sa matunaw;

pagpapakilala ng pagbuo ng istraktura nuclei sa matunaw;

kasunod na pagproseso ng mga lamad.

Ang pagbuo ng lamad anisotropy ay isinasaalang-alang dati. Ang buhaghag na istraktura ng mga lamad ay nabuo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga pore-forming agent sa casting melt at pagkatapos ay hinuhugasan ang mga ito. Ang pangalawang paraan ay ang paggamit ng pinaghalong hindi tugmang polimer. Ito ay humahantong sa pagbuo ng mga micro-inhomogeneities sa istraktura, na mga pores.

Ang buhaghag na istraktura ay nilikha din sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga plasticizer. Ang aksyon nito ay upang mapadali ang magkaparehong paggalaw ng mga macromolecules, na sa paglamig ay bumubuo ng isang quasi-crosslinked gel-like structure. Ang plasticizer ay pagkatapos ay nakuha sa tubig, nag-iiwan ng isang buhaghag na istraktura.

Ang pagpoproseso ng post-forming ng mga lamad mula sa polymer melts ay iba-iba. Halimbawa, ang pagpapagamot sa kanila ng corona discharge na sinusundan ng pagkuha. Minsan ang mga lamad ay hinuhugasan ng isang mahinang solvent, na naghuhugas ng mababang-molecular polymer fractions mula sa lamad at nagpapataas ng porosity.

Mga microphotograph ng porous na istraktura ng mga lamad na nakuha sa pamamagitan ng mabilis na paglamig (2000C/min) ng polypropylene

Paghahanda ng mga lamad sa pamamagitan ng dissolving filler

Ang paghahalo ng solid blowing agent na may polymer solution o melt, ang kasunod na extrusion at solidification ng nagresultang masa sa anyo ng manipis na pelikula, at selective leaching ng blowing agent na may solvent na hindi natutunaw ang membrane matrix ay ang mga pangunahing yugto ng proseso ng leaching upang makakuha ng mga buhaghag na lamad.

Upang makakuha ng mga lamad na walang impurity sa panahon ng pag-leaching, ang mga pinong filler, tulad ng colloidal silicon oxide at salt granules, ay dapat idagdag sa matunaw. Ang isang tagapuno ay itinuturing na hindi gumagalaw kung ang bilang ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng tagapuno at ang polymer matrix ay minimal. Ang porosity ng mga lamad na ginawa ng proseso ng leaching ay karaniwang mababa (mas mababa sa 40%).

Marahil ang pinaka-maaasahan na proseso ng leaching ay isa kung saan ang mga pore form ay mga surfactant na mababa ang bigat ng molekular (mas mainam na mga uri ng ionic) na bumubuo ng mataas na timbang ng molekula, mga micelle na dispersed ayon sa istatistika sa likidong estado at pinapanatili ang istrukturang ito sa isang solidong polymer matrix. Pagkatapos ng leaching ng namamagang solid matrix, ang mga pores ay sumasakop sa dami kung saan orihinal na matatagpuan ang surfactant micelles. Ang mga surfactant ay dapat idagdag sa paunang solusyon sa lamad o suspensyon sa micellar form, ibig sabihin, sa mga dami na lumampas sa kritikal na konsentrasyon ng micelle (CMC). Karaniwan, ang dami ng surfactant ay umaabot mula 10 hanggang 200% ayon sa bigat ng polimer para sa lamad. Tumataas ang porosity sa pagtaas ng konsentrasyon ng surfactant (Talahanayan 1).

Ang paunang sample ng lamad (tingnan ang Talahanayan 1) ay transparent at nailalarawan ng hindi bababa sa porosity. Habang tumaas ang porosity sa ultragel-membrane series, tumaas ang turbidity (ngunit hindi para makumpleto ang opacity). Kapag ang 200% sodium salt ng dodecylbenzenesulfonic acid ay idinagdag sa mga solusyon sa viscose ng iba't ibang mga konsentrasyon (tingnan ang Talahanayan 1), nabuo ang mataas na porous na opaque microgel membranes. Ang mga nagresultang microfilter ay may sukat ng butas na humigit-kumulang 0.2 microns at napanatili hanggang sa 109 Pseudomonas diminuta bacteria bawat 1 cm2.

Talahanayan 1. Epekto ng konsentrasyon ng sodium laurosulfate (SLS) sa isang viscose solution sa kapal at permeability ng cellulose ultragel membranes*.

Ang mga polimer ng lamad ay hindi dapat likido sa temperatura ng silid o temperatura ng pagkuha ng micelle. Ang pinakakaraniwang ginagamit na mga carrier ng likido ay tubig, mas mababang alkohol at toluene. Pagkatapos ng hardening, ang mga pelikula ay namamaga sa likido, na nagtataguyod ng pagkalagot ng mga micelle sa mga indibidwal na molekula ng surfactant, na nagpapadali sa proseso ng pagkuha.

Ang mga proseso ng leaching na tinulungan ng surfactant ay ginamit para sa isang hanay ng mga solusyon na naglalaman ng cellulose at methoxymethylated nylon-6,6 at para sa polyacrylic, polyvinyl acetate at polyethylene-paraffin gratings. Sa huling kaso, ginamit ang pyridine laurochloride bilang surfactant micelle, na naging posible upang makakuha ng microporous polyethylene membrane.

Paghahanda ng mga buhaghag na lamad mula sa mga pulbos ng polimer

Ang prinsipyo ng pamamaraan ay upang bumuo ng isang pelikula mula sa bulk material, na sinusundan ng sintering ng mga particle. Ang porosity ng mga lamad ay tinutukoy ng mga puwang sa pagitan ng mga konektadong particle, at ang laki ng butas ay tinutukoy ng laki ng mga particle.

Kadalasan ang solid o likido na mga bahagi ng organiko at mineral ay idinagdag sa polymer powder, na nagpapadali sa pagbubuklod ng mga particle sa panahon ng sintering at nagpapataas ng pangkalahatang porosity.

Kapag tumaas ang temperatura bago maabot ang transisyon ng salamin o temperatura ng pagkatunaw, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle sa una ay likas sa ibabaw (uri ng adsorption), i.e. nang walang interpenetration ng mga molecule o kanilang mga segment sa mga kalapit na particle. Ang contact zone ay maaaring ituring bilang isang depektong istraktura kumpara sa istraktura ng polimer sa karamihan ng mga particle. Kung mas mataas ang temperatura at mas mahaba ang contact ng mga particle, mas malaki ang lakas ng koneksyon ng particle.

Sa contact zone, parehong intermolecular bond at chemical interaction ay nangyayari. Upang madagdagan ang lugar ng contact, ito ay kapaki-pakinabang upang i-compress ang pulbos.

Ang hugis ng mga particle na nakikipag-ugnay ay napakahalaga. Ang pinakamahusay ay spherical mula sa punto ng view ng contact, porosity, at pamamahagi ng laki ng butas. Samakatuwid, kung minsan ang hugis ng mga particle ay na-normalize, halimbawa, sa isang daloy ng mainit na gas sa isang estado ng pseudo-boiling sa mga temperatura sa itaas ng natutunaw na punto.

Ang mga additives ng mababang molekular na timbang (plasticizer at solvents) ay nakakaapekto sa mga rheological na katangian ng mga komposisyon ng pulbos (ang sistema ay nakakakuha ng plasticity; maaari itong hulmahin sa pamamagitan ng pagpilit at pag-roll o calendering, at maaari ding i-stretch pagkatapos ng paghubog).

Bilang karagdagan, ang mga additives na ito ay nagbabago sa polimer sa isang mataas na nababanat na estado, at maging sa isang malapot na daloy ng estado sa mga layer ng ibabaw, na nagpapadali sa pagbubuklod ng mga particle. Upang madagdagan ang lakas ng lamad, ang mga inert filler ay maaaring idagdag sa paunang timpla, na kung minsan ay hinuhugasan pagkatapos ng paggamot sa init upang mapataas ang porosity.

Isaalang-alang natin ang paggawa ng mga buhaghag na lamad sa pamamagitan ng sintering gamit ang PVC bilang isang halimbawa. Bago ang paghubog, ang PVC na pulbos ay pinainit sa 130°C sa isang high-speed mixer 1 at 2, kung saan ang iba't ibang mga additives (starch, carbon, wood flour) ay idinagdag din, ang halo ay sinasala sa pamamagitan ng isang salaan 3 at pneumatically fed sa ang hopper 4 ng draw machine 5 (Fig. 25).

Fig.25. Scheme para sa paggawa ng mga microfilter mula sa mga polymer powder sa pamamagitan ng sintering:

1-, 2- mainit at malamig na mga seksyon ng powder heat treatment apparatus; 3-sala; 4-dosing hopper; 5 - belt forming machine; 6-roller-leveler; 7-tunnel na hurno; 8-washing machine; 9-machine para sa hydrophilization; 10-moisture suction unit; 11-dryer; 12-cutting device; 13-pack na device.

Ang polimer ay ibinibigay sa isang metal belt kung saan naka-install ang isang forming device 6 Ang nabuong PVC layer ay pumapasok sa isang tunnel oven 7, kung saan ito ay sintered sa 200°C. Sa labasan mula sa sintering zone, ang tape ay pinalamig hanggang 80°C. Susunod, hinuhugasan ang web 8 at, kung kinakailangan, i-hydrophilize ang 9. Pagkatapos ay ang pagpapatuyo, pagputol, at pag-iimpake.

Ang mga PVC film ay may mataas na lakas ng makunat, mataas na porosity, ngunit marupok.

Ang polytetrafluoroethylene (PTFE) ay hindi natutunaw sa anumang solvent sa temperatura ng silid, kaya ang mga lamad mula dito ay maaari lamang gawin sa pamamagitan ng sintering powders. Upang madagdagan ang porosity ng mga produkto hanggang sa 25%, ang mga pulbos ay halo-halong may mga likidong bahagi (langis, kerosene, xylene, toluene, mineral na langis) (tingnan ang Fig. 26).

kanin. 26. Scheme para sa paggawa ng mga microfilter mula sa mga komposisyon ng pulbos sa pamamagitan ng extrusion (a) at calendering (b):

1-panghalo; 2-extruder; 3-na bumubuo ng ulo; 4-machine para sa wet processing; 5-washing machine; 6-machine para sa hydrophilization 7-device para sa pagguhit at paggamot sa init; 8-dryer; 9-cutting device; 10-sistema ng kalendaryo; 11-kapal na regulator; 12-pack na device.

Ang pelikula ay pagkatapos ay nabuo sa pamamagitan ng pagpilit o calendering. Dito rin nagaganap ang sintering. Sa panahon ng calendering, ang bahagi ng likidong tagapuno ay pinipiga, ang karamihan nito ay tinanggal sa pamamagitan ng pagtunaw sa paliguan 4 (trichloroethane). Minsan ang nabuong mga pelikula ay sumasailalim sa uniaxial at biaxial stretching (7), kung saan ang muling pagsasaayos ng panloob na istraktura ay nangyayari sa pagbabago ng globular supramolecular na istraktura sa isang fibrillar (fibrous).

Mga halimbawa ng polytetrafluoroethylene membranes na nakuha sa pamamagitan ng film drawing

Minsan ang mga solid filler ay ipinakilala din (titanium dioxide, fiberglass, soot, graphite, salts, atbp.), na pagkatapos ay inalis sa pamamagitan ng pagkuha, paghuhugas o paglusaw.

Isang patent sa US ang nagmumungkahi ng paglikha ng anisotropy sa mga pelikula mula sa mga sintered powder: ang nabuong pelikula ay ipinapasa sa pagitan ng mga roller na pinainit sa iba't ibang temperatura at umiikot sa iba't ibang bilis. Dahil sa pagkakaroon ng temperatura at mechanical gradients, ang iba't ibang densification ng materyal na istraktura ay nangyayari sa iba't ibang panig ng pelikula. Ang antas ng anisotropy ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago ng bilis ng pag-ikot at temperatura ng mga shaft.

Paghahanda ng mga buhaghag na lamad sa pamamagitan ng pagtunaw ng isang polimer

Isaalang-alang natin ang pamamaraang ito gamit ang halimbawa ng mga nuclear (track) na lamad.

Ang mga lamad ng track (TM) ay isang panimula na bagong direksyon sa pagbuo ng mga teknolohiya ng lamad, na matatagpuan sa intersection ng mga agham tulad ng radiation physics at chemistry, membranology, physics at chemistry ng polymers, at nagpapahintulot sa paglikha ng mga sistema ng lamad na may isang hanay ng halos natatanging katangian.

Ang mataas na pagkakapareho ng mga sukat ng butas ng butas ng TM, na sinamahan ng mataas na chemical at thermal resistance at mataas na mekanikal na katangian na ibinibigay ng mga kumplikadong katangian ng mga polymer na ginagamit para sa kanilang produksyon, ay gumagawa ng TM na isang mainam na sistema para sa paggamit bilang mga molecular sieves. Ginagawang posible ng mga binuo na teknolohiya para sa paglikha ng TM na makakuha ng mga lamad na ginagamit sa mga kemikal-teknolohiyang proseso ng micro- at ultrafiltration. Ito ay nagbibigay-daan sa amin upang malutas ang isang malawak na hanay ng mga teknolohikal na problema na nauugnay sa mga proseso ng purification, fractionation at konsentrasyon sa isang qualitatively bagong antas.

Kasama sa produksyon ng mga track membrane ang dalawang pangunahing yugto - pag-iilaw ng polymer film na may pinabilis na mga particle na may charge at kasunod na physicochemical treatment.

Ang technological diagram ay nasa Fig. 27.

Fig.27. Scheme para sa pagkuha ng mga nuclear membrane:

1- pinagmumulan ng nuclear radiation; 2-reels na may pelikula; 3-pinagmulan ng ultraviolet radiation; 4- yunit ng oksihenasyon; 5-etching unit; 6- washing apparatus; 7-drying device; 8 - reel na may lamad.

Sa unang yugto, ang isang sistema ng mga latent track ay nabuo sa pelikula - pinalawak na mga depekto na tumagos sa pelikula sa pamamagitan ng at nagsisilbing nuclei para sa pagbuo ng butas, na nangyayari sa yugto ng pisikal at kemikal na pagproseso ng irradiated film. Parehong mga fragment ng fission ng uranium nuclei (ang pinagmumulan ng mga neutron na nagdudulot ng fission ay isang nuclear reactor) at ang mga beam ng high-energy ions na ginawa sa mga accelerator ay ginagamit bilang mga particle na bumubuo ng track.

Ang bilis ng paggalaw ng pelikula sa panahon ng pag-iilaw ay 0.1-2 m/s, depende sa intensity ng ion beam at ang kinakailangang density ng irradiation. Maaaring ilagay ang iba't ibang mga mask at absorbing foil sa kahabaan ng beam path upang makakuha ng ibinigay na spatial at angular na pamamahagi ng mga track.

Ang pinakamainam na pambobomba na mga particle ay pinabilis na mga ion ng mga elemento mula sa gitna ng periodic table (para sa mga track membrane na may kapal na 10, 20 microns, mga beam ng Kr at Xe ions na may enerhiya na 2-4 MeV/amu ay ginagamit; mga beam ng mas mataas na enerhiya - hanggang 10 MeV/a .mu - nagbibigay-daan sa iyong lumikha ng isang sistema ng through pores sa mga pelikulang may kapal na ~100 microns). Sa kasong ito, ang pagkasira ng polimer sa kahabaan ng ion trajectory ay sapat na matindi upang matiyak ang mataas na pumipili na pag-ukit ng mga track; sa parehong oras, ang diameter ng zone ng pagkawasak ay hindi kasing laki ng sa tilapon ng mga ion ng napakalaking masa.

Ang track ng isang mabigat na ion ay binubuo ng isang core at isang shell, na malaki ang pagkakaiba sa likas na katangian ng radiation-chemical effects. Sa sandaling ang ion ay dumaan sa polimer sa core ng track na may diameter ng ilang interatomic na distansya, ang lahat ng mga atomo ay nagiging ionized. Ang karagdagang ebolusyon ng track core, na binubuo ng nonequilibrium plasma, ay humahantong sa malalim na pagbabago sa istraktura ng polimer at isang makabuluhang pagtaas sa libreng volume. Ang lugar na ito ay may pag-aari ng selective etching. Sa track shell, na may radius na sampu-sampung nanometer, ang mga reaksyon ng radiation-kemikal ay nagaganap sa pakikilahok ng mga aktibong intermediate na proseso ng radiolysis. Sa track zone, ang mga proseso ng parehong pagkasira at cross-linking ay nagaganap, at ang huli ay maaaring mangibabaw. Ang laki ng rehiyong ito ay isang function ng singil at enerhiya ng particle at ang mga katangian ng materyal. Ang likas na katangian ng mga pagbabago sa kemikal sa mga track at ang kanilang tunay na sukat ay hindi pa ganap na pinag-aralan at kasalukuyang paksa ng siyentipikong pananaliksik.

Sa USA, ginagamit ang mga pinabilis na fission fragment ng mabibigat na nuclei (U235, U238, Cf252, Am241), na nabubulok pagkatapos ng reaksyong nuklear sa mga neutron Noong 1962, isang patent ang inisyu sa USA para sa isang paraan para sa paggawa ng "microsieves". naka-calibrate na mga sukat ng butas. Kasama sa iminungkahing paraan ang dalawang pangunahing yugto - pagbomba ng isang dielectric film na may mataas na enerhiya na heavy charged na mga particle at kasunod na paggamot sa kemikal. Kasunod nito, ang ilang mga pagpapabuti ay ginawa sa teknolohikal na proseso, sa partikular, para sa mga lamad ng polimer, ang isang intermediate na yugto ng pagproseso ng materyal na may pag-iilaw ng UV ay iminungkahi. Ang pamamaraan ay isinagawa noong dekada 70, nang ang Nucleopore Co. pinagkadalubhasaan ang paggawa ng mga lamad ng track mula sa polycarbonate film, ang paggamot sa radiation na kung saan ay isinasagawa gamit ang mga fragment ng fission uranium nuclei.

Sa ating bansa, ang mga nuclear filter ay una na ginawa batay sa mga polymer film na na-irradiated na may mga fission fragment ng uranium 235 ("reactor" method). Gayunpaman, ang mga lamad na nakuha sa pamamaraang ito ay may isang bilang ng mga disadvantages, tulad ng isang malawak na hanay ng mga laki ng butas na nauugnay sa heterogeneity ng enerhiya ng mga fragment ng pagkabulok ay tumagos sa pelikula sa iba't ibang mga anggulo, na maaaring humantong sa hitsura ng mga panloob na depekto na nagpapataas ng heterogeneity ng mga laki ng butas. Ang mga lamad ay maaaring mahawahan ng mga produkto ng radiation decay kung ang fission fragment ay hindi tumagos sa pelikula, na naglilimita sa kanilang paggamit sa mga lugar na may kaugnayan sa biology at medisina. Bilang karagdagan, ang maikling hanay ng mga fragment ng fission sa polymers ay naglilimita sa kapal ng irradiated na materyal para sa paggawa ng mga nuclear filter (hindi ito maaaring lumampas sa 10 microns).

Noong 1974, sinimulan ng FLNR JINR (Dubna) ang pagsasaliksik sa paggamit ng isang heavy ion accelerator para sa produksyon ng mga mabibigat na metal, na isang qualitatively bagong lukso sa larangang ito. Ang mga lamad ay ginawa batay sa mga polimer na pelikula na na-irradiated ng mga ion ng Ar, Xe, Kr, atbp. Ang pamamaraang ito ay may ilang mga pakinabang kumpara sa teknolohiyang "fragmentation", lalo na:

Ang mga pambobomba na particle ay may parehong atomic number at enerhiya at, samakatuwid, ay gumagawa ng pagkasira sa polimer ng parehong lawak at intensity, na ginagawang posible upang makabuo ng TM batay sa mga ito na may mga pores na may mataas na pagkakapareho sa laki at istraktura;

Ang enerhiya ng mabibigat na ion na pinabilis sa cyclotron ay umabot sa 5-10 MeV/amu. at, samakatuwid, mayroon silang isang makabuluhang mas malawak na saklaw sa bagay kaysa sa mga fragment ng fission, na ginagawang posible upang maproseso ang mas makapal na mga pelikula;

Salamat sa high beam intensity (~ 1013 ions/s) ng modernong heavy ion accelerators, ang produktibidad ng proseso ng pagpoproseso ng radiation ay tumataas nang malaki;

Ang nuclei ng pinabilis na mga ion ay matatag at, hindi katulad ng mga fragment ng fission, ay hindi humahantong sa radioactive contamination ng irradiated material, na nagpapahintulot sa kanilang paggamit sa pakikipag-ugnay sa iba't ibang biological media;

Ang pag-iilaw ng mga pelikula sa isang cyclotron ay ginagawang posible upang makontrol ang enerhiya at masa ng mga particle ng bombarding, ang anggulo ng kanilang pagpapakilala sa polimer, na nagpapahintulot sa pagbuo ng isang naibigay na istraktura ng microfilter;

Dahil sa mataas na intensity ng pag-iilaw sa isang accelerator ng multiply charged ions, ang pamamaraang ito ay ilang mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa "reactor" na pamamaraan sa mga tuntunin ng pagiging produktibo, na ginagawang posible na malawakang gumamit ng mga lamad na may pore density na 109-1010 cm-2.

Ang ikalawang yugto ng produksyon ng TM ay binubuo ng chemical etching ng mga particle track at gumaganap ng hindi gaanong mahalagang papel sa pagbuo ng pore structure at physicochemical properties ng mga lamad kaysa sa pag-iilaw ng mga pelikula. Ang modelo ng proseso ng pag-ukit na binuo hanggang sa kasalukuyan ay batay sa ideya ng pagkakaiba sa mga rate ng pag-ukit ng latent track substance (Vt) at ang unirradiated film material (Vm). Ang latent track ay isang makitid na rehiyon sa isang materyal na may binagong kemikal at pisikal na istraktura. Ang halaga n = Vt/Vm, na tumutukoy sa geometry at pinakamababang laki ng track, ay tinatawag na selectivity, o sensitivity, ng etching. Maraming pang-eksperimentong data ang nagpakita na ang Vt (bilis ng paggalaw ng dulo ng etching cone ng latent track, m/s) ay nakasalalay pareho sa mga parameter ng particle na ginagamit para sa pag-iilaw (charge, enerhiya) at sa mga kondisyon ng post- tradisyonal na pagproseso at pag-ukit ng polymer film. Alinsunod dito, ang paggawa ng produksyon ng TM ay tinutukoy ng posibilidad ng mabilis na pumipili na pag-ukit ng mga may sira na lugar (mga particle track) hanggang sa pamamagitan ng mga pores form.

kanin. 28. Subaybayan ang ibabaw ng lamad (mga halimbawa)

Sa ngayon, ang mga diskarte ay binuo para sa pag-ukit ng mga pores na may sukat mula 8 hanggang 2000 nm. Ang pinakasimpleng geometry ng pore sa isang lamad ay isang grupo ng mga parallel cylindrical pores na may parehong laki, ngunit posible ang mga cone o double cone. Ang mga particle na may mataas na enerhiya na nakadirekta patayo sa pelikula ay sumisira sa polymer matrix at bumubuo ng mga track. Ang acid (alkali) ay nag-uukit sa matrix sa mga track, na nagreresulta sa pagbuo ng mga cylindrical pores na may makitid na laki ng pamamahagi (0.02 - 10 μm), ngunit may mababang porosity sa ibabaw (hindi hihigit sa 10%) at medyo mababa ang tiyak na produktibo kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura at alkali (acid) na konsentrasyon. Ang mga pagbabagong ito ay may iba't ibang epekto sa rate ng pag-ukit sa haba ng track at sa orihinal na polimer. Ang ultraviolet irradiation ay nagtataguyod ng oksihenasyon ng mga track at pinabilis na pag-ukit.

Nagiging posible na ayusin ang hugis ng mga capillary sa yugto ng pag-ukit. Kaya, sa mataas na temperatura (~ 80 ° C), ang mga makitid na channel ay nabuo (halimbawa, na may kapal ng pelikula na 10 microns, ang diameter ng channel ay 100A). Sa kabaligtaran, ang pag-ukit sa isang puro solusyon sa mababang temperatura ay gumagawa ng mga pores na hugis-kono. Ang isang buong kono ay nakuha sa pamamagitan ng one-sided etching (katulad ng anisotropy). Maaaring malikha ang anisotropy gamit ang isang mesh mask sa pamamagitan ng pag-irradiate ng pelikula na may mga ions na ang haba ng landas sa polymer ay mas mababa kaysa sa kapal ng pelikula. Pagkatapos ito ay nakaukit upang ang materyal ay ganap na matunaw sa lalim ng pagtagos ng ion. Pagkatapos ang paulit-ulit na pag-iilaw at pag-ukit ay lumilikha ng isang naghihiwalay na layer (tingnan ang Fig. 29).

kanin. 29. Scheme ng anisotropic track membrane

Ang pagpili ng materyal ay pangunahing nakasalalay sa kapal ng nagresultang pelikula at ang enerhiya ng mga particle na ginamit (~1 MeV). Ang maximum na hanay ng mga particle na may ganitong enerhiya ay tungkol sa 20 microns. Kung ang enerhiya ng butil ay tumaas, ang kapal ng pelikula ay maaari ding tumaas, at ang mga inorganikong materyales (mica) ay maaari ding gamitin. Ang porosity ng lamad ay pangunahing tinutukoy ng oras ng pag-iilaw, at ang diameter ng pore ay tinutukoy ng oras ng pag-ukit. Sa una, ipinapalagay ang isang makitid na pamamahagi ng laki ng butas, ngunit dahil sa iba't ibang kapal ng pelikula, mga doublet at triplets, ang curve ng pamamahagi ng laki ng butas ay pinahiran. Upang iwasto ang sitwasyon, iba't ibang mga diskarte ang ginagamit: pag-iilaw sa iba't ibang mga anggulo, pag-iilaw sa pamamagitan ng isang maskara, pag-iilaw mula sa magkabilang panig, iba't ibang mga opsyon sa pag-ukit Ang pagpili ng naaangkop na etchant at processing mode ay isa sa mga promising na lugar ng siyentipikong pananaliksik sa lugar na ito.

Mga ibabaw ng track membrane na gawa sa iba't ibang materyales (PET, polycarbonate)

(nakikita ang mga doble at triplets)

Anumang polymer na nakakita ng mabibigat na sisingilin na mga particle ay maaaring gamitin bilang isang materyal para sa produksyon ng TM. Ang pagbuo ng mga etched track ay natagpuan sa cellulose nitrate, cellulose acetate, polycarbonate, polypropylene, polyimide, PET, polyethylene, polyamide, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, ilang fluoroplastics, atbp. Gayunpaman, upang magkaroon ang lamad ng kinakailangang hanay ng mga katangian ng pagganap, ang isang bilang ng mga kinakailangan ay dapat matugunan. Ang paunang pelikula ay dapat na matibay, lumalaban sa pagkilos ng pinakamaraming posibleng bilang ng mga solvent at chemical reagents, may mataas na heat resistance, pare-pareho ang kapal, at ang mga pagkakaiba-iba sa density, molekular na timbang, at antas ng crystallinity ay dapat na minimal. Sa kasalukuyan, ang mga TM ay ginawa sa isang pang-industriya na sukat mula sa polyethylene terephthalate at polycarbonate, pati na rin ang mga eksperimentong lamad mula sa polypropylene at polyimide. Ang paggamit ng mga polimer na ito para sa paggawa ng TM ay ipinaliwanag hindi lamang sa pagkakaroon ng mga teknolohikal na pamamaraan para sa pag-ukit ng mga pores sa mga polimer na ito, kundi pati na rin ng kumplikado ng kanilang pisikal at kemikal na mga katangian, na ginagawang posible na epektibong gumamit ng mga lamad batay sa mga ito. polymers sa isang bilang ng mga teknolohikal na proseso.

Ang kalidad ng mga nagresultang lamad ay naiimpluwensyahan ng likas na katangian ng polimer, ang uri ng mga irradiating na particle, ang enerhiya ng mga particle at ang intensity ng beam, ang uri at tagal ng karagdagang pagproseso, ang likas na katangian ng oksihenasyon at etching agent, ang temperatura at tagal ng mga proseso ng oksihenasyon at pag-ukit.

Polyethylene terephthalate (PET)

Ang polimer na ito ay isa sa pinakakaraniwang ginagamit na polimer para sa paggawa ng TM Ito ay dahil sa mataas na lakas, paglaban sa kemikal at paglaban sa init ng polimer na ito. Ang mga katangian ng mataas na lakas ng PET ay nagbibigay-daan sa paulit-ulit na paggamit ng mga lamad batay dito sa mga prosesong may mataas na operating pressure at hydraulic shocks, na lalong mahalaga kapag ginamit sa ultrafiltration at reverse osmosis. Ang pinakamataas na limitasyon ng operating temperature para sa TM batay sa PET ay 150°C. Ang PET ay halos hindi matutunaw sa karamihan ng mga organikong solvent at chemically resistant sa dilute alkalis at moderately concentrated acids. Gayunpaman, ang mga tagapuno na ipinakilala sa polimer sa panahon ng pagproseso ay humantong sa pagbuo ng mga depekto sa panahon ng pag-ukit ng pelikula. Kasama sa teknolohiya para sa paggawa ng TM batay sa PET ang mga sumusunod na yugto: pag-iilaw ng mga pelikulang may mabibigat na ion; sensitization ng mga pelikula sa ultraviolet na rehiyon ng spectrum, habang ang pagkasira sa mga may sira na lugar ay tumataas; mga etching film na may puro solusyon ng alkalis (KOH o NaOH) sa mataas na temperatura na 40 - 80°C; neutralisasyon ng alkali na may solusyon ng acetic acid; paghuhugas ng lamad ng tubig at kasunod na pagpapatayo. Ang mga solusyon ng alkali metal carbonates (K2CO3 o Na2CO3) ay maaari ding gamitin bilang isang etchant.

Polycarbonate (PC)

Ang mga nuclear filter na batay sa 2-2-bis(4-hydroxyphenyl)propane (polycarbonate) ay malawakang ginagamit din. Ang mga lamad na nakabatay sa polycarbonate (PC) ay bahagyang mas mababa sa PET sa mga tuntunin ng mga katangian ng lakas at katulad sa paglaban sa init. Ang polycarbonate ay lumalaban sa karamihan ng mga non-polar (lalo na aliphatic) solvents at lumalaban sa dilute acids. Ang polycarbonate ay biologically hindi aktibo, na ginagawang posible na malawakang gumamit ng mga TM batay dito para sa pakikipag-ugnay sa biological media - ang lugar ng pinaka-epektibong aplikasyon ng mga TM. Kabilang sa mga disadvantage ng PC-based na track membrane ang mababang resistensya sa mga polar solvents. Ang pag-ukit ng mga irradiated na PC-based na pelikula ay isinasagawa gamit ang mga system na katulad ng pag-ukit ng PET - puro alkali solution sa mataas na temperatura.

Polyimide

Ang problema sa paggamit ng mga TM sa mga agresibong kapaligiran at sa mataas na temperatura ay higit na malulutas sa pamamagitan ng paggamit ng mga polyimide-based na TM. Ang mga lamad na ginawa mula sa polimer na ito ay may halos natatanging thermal at radiation resistance, ay lumalaban sa mga acid at alkalis, iba't ibang oxidizing agent, at halos hindi matutunaw sa karamihan ng mga organikong solvent. Ang mataas na radiation at thermal resistance ng polyimide TMs ay kinakailangan kapag ginagamit ang mga ito upang malutas ang mga problema na nauugnay sa katumpakan na paglilinis ng mga sangkap sa industriya ng electronics, enerhiyang nukleyar, pati na rin kapag kinakailangan na gumamit ng malupit na pamamaraan ng filter na isterilisasyon: dry-heat sterilization , isterilisasyon na may malupit na uri ng radiation. Ang pag-ukit ng irradiated polyimide ay isinasagawa gamit ang mga solusyon ng mga malakas na ahente ng oxidizing (KMnO4, K2Cr2O7, HClO) mayroon ding isang mas friendly na paraan ng pag-ukit na may puro hydrogen peroxide. Gayunpaman, kinakailangang isaalang-alang ang pagtaas ng hina ng mga polyimide na pelikula pagkatapos ng pag-ukit, na makabuluhang kumplikado sa proseso ng kanilang pag-install at operasyon.

Polypropylene (PP)

Ang mataas na paglaban sa kemikal ng polypropylene, kabilang ang sa isang malawak na hanay ng mga halaga ng pH, ay ginagawang maaasahan ang paggamit nito para sa produksyon ng TM. Sa mga tuntunin ng paglaban sa init, ang PP ay mas mababa sa polyethylene terephthalate, polycarbonate at polyimide, ngunit, gayunpaman, ang mga TM batay dito ay maaaring malawakang magamit sa temperatura ng pang-industriya na tubig para sa kanilang paglilinis at ang paghihiwalay ng mga bakas na impurities ng mahahalagang compound. Ang purong polypropylene ay hindi nakakapinsala sa pisyolohikal.

Ang mas mataas na kadalisayan ng kemikal ng materyal mismo, kumpara sa iba pang mga polimer na ginamit para sa paggawa ng TM, na sinamahan ng mataas na paglaban sa kemikal, ay ginagawang posible na gumamit ng TM batay dito para sa paglilinis ng mga solusyon sa pagkikristal, pati na rin ang mga reagents na ginagamit sa mga teknolohiyang semiconductor . Ang mga disadvantages ng PP-based na mga TM ay kinabibilangan ng kanilang pamamaga sa mga organic na solvents dahil sa pagbuo ng isang amorphous phase sa panahon ng film irradiation, mababang mga katangian ng lakas, at mababang resistensya sa mga oxidant. Ang pag-ukit ng mga irradiated PP films ay isinasagawa gamit ang chromium mixture sa 80°C.

Mga microphotograph ng ibabaw ng mga lamad ng track na may mga nananatiling particle

Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga lamad

Mga lamad -(mula sa Greek na "partition") isang aparato sa anyo ng isang manipis na paghahati ng partisyon, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng semi-permeability, iyon ay, ang kakayahang ipasa ang ilang mga bahagi ng mga solusyon (o mga mixtures) at mapanatili ang iba.

Ang mga lamad ay inuri ayon sa limang pamantayan sa pag-uuri.

Sa likod ng likas na katangian ng materyal, kung saan ginawa ang lamad: polimer, hindi polimer (inorganic). Sa turn, ang mga lamad ng polimer, depende sa komposisyon ng kemikal ng polimer, ay maaaring: selulusa, selulusa acetate, polyamide, polysulfone. polysulphonated copper, polyvinyl chloride, atbp. Mga inorganic na lamad: metal, ceramic, grapayt, salamin, polyphosphazene, atbp.

Sa likod ng porous na istraktura: non-porous (diffuse) at porous. Ang mga buhaghag na materyales ay nahahati sa isotropic at anisotropic, kabilang ang asymmetric anisotropic. Ang mga isotropic na lamad ay nailalarawan sa pamamagitan ng parehong diameter ng butas sa buong buong dami ng lamad. Ang mga anisotropic membrane ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang unti-unting pagbabago sa diameter ng mga pores sa kanilang cross section, iyon ay, ang diameter ng mga pores ay unti-unting tumataas mula sa pagtatrabaho hanggang sa ibabaw ng lamad. Ang mga asymmetric anisotropic membrane ay nailalarawan din sa pamamagitan ng pagtaas ng diameter ng pore mula sa nagtatrabaho hanggang sa ibabaw, ngunit sa kasong ito ang mga layer ng lamad ay malinaw na nakikilala, sa loob ng mga hangganan kung saan ang mga pores ay humigit-kumulang pareho at kapansin-pansing naiiba sa laki mula sa mga pores sa ang mga layer na matatagpuan sa itaas at ibaba ng mga ito.

Sa partikular, ang mga asymmetric anisotropic membrane ay kinabibilangan ng tinatawag na composite membranes, kung saan ang gumagana (selective) at mga layer ay karaniwang nakukuha mula sa mga porous na materyales ng iba't ibang komposisyon ng kemikal. Kasama rin sa mga composite membrane ang mga heterogenous na ion-exchange na lamad at mga napuno, kabilang ang mga polymer-polymer membrane.

Sa pamamagitan ng geometric na hugis: mga lamad sa anyo ng mga pelikula, plato, tubo, mga hibla ng lukab. Ang mga pelikula at mga plato ay ginawa sa anyo ng mga disk, mga parisukat, mga parihaba, mga ellipse, atbp. Ang kapal ng mga lamad ng pelikula ay 100-150 microns, mga plato - 2-3 g. mga tubo na may panloob na diameter na 5-25 mm, at mga cavity fibers na may panloob na diameter na 20-100 microns at isang kapal ng pader na 10-50 microns.

Para sa mga functional na katangian: dialysis, electrodialysis (ion exchange), microfiltration, nanofiltration, ultrafiltration, reverse osmosis, pervaporation, gas separation, mga lamad na may mga karagdagang function.

Para sa paraan ng pagtanggap at kundisyon: tuyo, basa (namamaga sa isang solvent) polimer, track, likido (walang linya at may linya), pabago-bago, mga lamad na may matibay na istraktura, na nakuha sa pamamagitan ng aplikasyon, pag-spray, pagtitiwalag, percolation, sintering.

Mga semi-permeable na lamad. Ang isa sa mga mahahalagang gawain kapag nagpapatupad ng proseso ng reverse osmosis at ultrafiltration ay ang pagpili ng mga lamad, na dapat magkaroon ng: mataas na permeability, selectivity, paglaban sa pagkilos ng mga pinaghiwalay na solusyon, sapat na mekanikal na lakas, pare-pareho ang mga katangian sa panahon ng operasyon at imbakan, mababang gastos. Ang pinaka-angkop na mga lamad ay ang uri ng cellulose acetate, na ginagamot ng magnesium perchlorate para sa pagkamatagusin ng tubig. Ang mga lamad na ito na may mga pores na 0.3-0.5 nm ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na rate ng paghahatid ng tubig, hiwalay na mga asing-gamot at iba pang mga sangkap, at may mataas na antas ng pamamaga.

Ang pagganap ng tubig ng mga lamad pagkatapos ng ilang oras ng operasyon sa ilalim ng presyon ay bumababa ng 30-50%, na nauugnay sa kanilang pag-urong (pagbawas sa porosity). Ang mga dependences ng selectivity at permeability sa oras ng pagpapatakbo ng lamad ay ipinakita sa Fig. 3.1

Ang buhay ng serbisyo ng mga lamad ay nakasalalay sa uri, konsentrasyon ng mga sangkap na natunaw sa tubig at iba pang mga kadahilanan at mula sa ilang buwan hanggang ilang taon. Gayunpaman, mayroon itong mga lamad disadvantages: kawalang-tatag sa acidic at alkaline na kapaligiran, mababang mekanikal na lakas, ang pangangailangan para sa imbakan at transportasyon sa isang basa na estado, pagtanda.

Ang iba't ibang mga semi-permeable na lamad ay mga guwang na polymer fibers na may panloob na diameter na 20-100 microns na may kapal ng pader na 10-50 microns.

Upang mapabuti ang pisikal at mekanikal na mga katangian ng mga lamad ng cellulose acetate, inirerekumenda na ilapat ang materyal sa ibabaw ng isang porous na substrate upang bumuo ng isang semi-permeable na layer. Ang mga lamad na ito ay tinatawag na dynamic. Bilang isang porous substrate, ang fibrous cellulose acetate na ginagamot sa epoxy resin at withstanding pressure na 4.5-7 MPa, polyelectrolyte films, porous carbon tubes, porous fiberglass pipe, metal at porcelain filters, atbp. Depende sa materyal na substrate, ang pore saklaw ng diameter mula 30 -6 hanggang 50-4 cm.

Upang bumuo ng isang semi-permeable na layer sa mga substrate, ginagamit ang mga colloidal solution ng metal hydroxyls (halimbawa, Fe, Al, Zn, Zr, atbp.), mga natural na luad, pinong dinurog na ion exchanger, mga sinulid na naylon, mga organikong polyelectrolytes, atbp.

Sa mga dynamic na lamad, ang pagkamatagusin hanggang sa 500-600 l / (m 2 h) ay nakuha na may mataas na selectivity, na umaabot sa 90% para sa mga asing-gamot. Ang mga dinamikong lamad ay madaling gawin at may kakayahang makapagpagaling sa sarili sa pamamagitan ng pagdaragdag ng maliit na halaga ng mga additives na bumubuo ng lamad sa wastewater.

Ang mga lamad ng metal, pati na rin ang mga lamad na gawa sa microporous glass, ay matibay, lubos na lumalaban sa kemikal, at hindi sinisira ng bakterya.

Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga lamad. Kabilang sa mga materyales na ginamit sa paggawa ng mga lamad, ang mga polimer ay sumasakop sa isang kilalang lugar. Sa isang mas mababang lawak, ang mga keramika, grapayt, salamin, mga mineral na luad at mga metal ay ginagamit.

Ang mga pamamaraan para sa paggawa ng mga lamad ng polimer ay napaka-magkakaibang; ang pinakakaraniwan at tradisyonal ay ang pamamaraan ng coagulation, o phase-inversion (natutunaw), na paraan, na ginagamit upang makuha ang halos lahat ng mga uri ng lamad, maliban sa mga ion exchange. Ang nilalaman ng pamamaraang ito, na sa teknolohikal na kasanayan ay may tatlong mga pagpipilian (dry-wet, dry at wet), ay ang isang puro solusyon ng isang polimer sa anyo ng isang inilapat na gley film o fiber sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na kadahilanan (precipitant, pagsingaw) ay napapailalim sa mga pagbabagong phase-disperse na may pagbuo ng medyo matibay na buhaghag na pelikula o hibla. Sa totoo lang, ang pangalan ng pamamaraang "coagulation" o "phase inversion" ay sumasalamin sa pisikal na nilalaman ng pamamaraan. Sa teknolohiya, ang pamamaraan ng coagulation ay medyo kumplikado at multi-stage.

Ang mga pangunahing yugto ng dry-wet na bersyon ng prosesong ito ay: dissolving ang polimer sa isang organic solvent, na walang katiyakan na nahahalo sa tubig; paglilinis ng solusyon mula sa mga mekanikal na impurities; ang degassing at pagsasaayos ng komposisyon nito; preformation ng lamad (bahagyang pagsingaw ng solvent mula sa ibabaw ng isang manipis na pelikula ng solusyon na ibinuhos sa lining); precipitation (coagulation) ng lamad na may tubig (precipitant); paghuhugas ng lamad ng tubig; hydrothermal treatment sa 80-95 °C; pagtuklas ng kapintasan; paikot-ikot sa mga rolyo.

Ang tuyo na bersyon ng pagbuo ng lamad ay binubuo ng kumpletong pagsingaw ng solusyon ng polimer, iyon ay, ang proseso ng pagbuo ng lamad ay nagtatapos sa yugto ng pagsingaw ng solvent, ngunit hindi bahagyang, tulad ng sa kaso ng dry-wet na bersyon, ngunit kumpleto. Ang dry na bersyon ay ginagamit upang makakuha ng pervaporation at gas separation membranes, na hindi porous (diffuse).

Kasama sa wet version ang lahat ng stages, maliban sa preforming. Ito ay ginagamit upang makabuo ng mga microfiltered na lamad.

Mga kinakailangan sa polimer. Ang polimer ay dapat: bumuo ng isang pelikula mula sa mga puro solusyon nito; mahusay na natutunaw sa mga solvent na walang katiyakan na nahahalo sa tubig, na isang precipitant sa panahon ng pagbuo ng lamad; hindi malutong at hindi masyadong matibay, ngunit hindi rin isang elastomer; masusukat hydrophilic sa panahon ng pagbuo ng reverse osmosis, nano- at ultrafiltered lamad; nasa pulbos na estado, na ginagawang mas madaling matunaw.

Ang iba, hindi gaanong karaniwang mga pamamaraan para sa paggawa ng mga polymer membrane ay kinabibilangan ng mga sumusunod: pagbuo mula sa mga polymer melts; temperatura gelation (pagbabaligtad); pagbuo mula sa mga polyelectrolyte complex sa sandali ng kanilang pagbuo; pag-iilaw ng mga pelikula na may mabibigat na particle na may mataas na enerhiya na may karagdagang pag-ukit ng mga track ng radiation (track, o nuclear, lamad).

Mayroon ding mga dynamic na lamad, na nakuha sa pamamagitan ng paglalapat ng mga dispersion ng mineral sa ibabaw ng isang porous lining. Ang mga likidong lamad na batay sa mga lipid ay umiiral sa isang libreng estado sa anyo ng mga kuwintas na puno ng isa o higit pang mga bahagi ng isang sistema na pinaghihiwalay, o mga likidong lamad sa isang porous na lining. Ang mga inorganic na lamad ay nakukuha mula sa mga pagpapakalat ng mineral sa pamamagitan ng sintering, sputtering, pag-embed, precipitation o mula sa mga colloidal solution ng ilang mga metal oxide at hydroxides gamit ang teknolohiyang sol-gel.

Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng paggawa ng mga porous polymer membrane at maaaring magamit para sa pagsasala, pagsusuri at paglilinis ng iba't ibang media sa microbiological, biochemical at iba pang mga industriya. I-dissolve ang aliphatic polyamide sa formic acid na naglalaman ng tubig. Ang poly-N-vinylamide na may molekular na timbang na 2000 hanggang 20000 ay idinagdag sa solusyon Ang resultang gumaganang solusyon ay naglalaman ng 15-20 wt.% aliphatic polyamide, 13-17 wt.% na tubig, 0.02-0.4 wt.% poly-N. -vinylamide at ang natitirang formic acid. Pagkatapos, ang isang lamad ay nakuha sa pamamagitan ng basa na paghubog ng gumaganang solusyon. Ang solusyon ay nadagdagan ang katatagan, at ang lamad ay may mas pare-parehong buhaghag na istraktura na may medyo makitid na pamamahagi ng laki ng butas. 1 mesa

Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng paggawa ng mga porous polymer film, katulad ng isang paraan para sa paggawa ng mga microfiltration membrane na ginagamit para sa pagsasala, pagsusuri at paglilinis ng iba't ibang media sa microbiological, pharmaceutical, biochemical, pagkain, gasolina at isang bilang ng iba pang mga industriya. May mga kilalang pamamaraan para sa paggawa ng mga lamad mula sa aliphatic polyamides (poly-caproamide), batay sa mga proseso ng paghihiwalay ng phase na nagaganap sa isang polymer solution kapag inilubog sa isang precipitation bath (A.S. USSR 537100, 704147, 1108737, M. class C 08 L 77/02 ). Sa kasong ito, ang komposisyon ng solusyon sa paghubog ay kinabibilangan ng polycaproamide (nylon), isang solvent (formic acid), at isang non-solvent polymer (tubig). Ang resultang solusyon ay inilapat gamit ang isang die papunta sa isang pinakintab na plato ng salamin, pagkatapos ay ang patong ay ginagamot sa isang may tubig na solusyon ng ethyl alcohol, acetone o acetic acid. Ang kawalan ng mga pamamaraang ito ay ang kawalang-tatag ng mga nagresultang solusyon sa paghubog. Mayroong isang kilalang paraan para sa paggawa ng microporous polyamide membrane (AS USSR N 1503841 M. class C 08 J 5/18) sa isang pinaghalong formic acid at tubig, kung saan, upang madagdagan ang buhay ng serbisyo ng precipitation bath, ito naglalaman ng tubig at dioxane. May isang kilalang paraan para sa paggawa ng porous membrane sa pamamagitan ng paghahagis ng komposisyon ng paghubog na naglalaman ng aliphatic polyamide, isang aprotic organic solvent, lithium chloride, at phosphoric acid hexamethyl triamide bilang isang modifying additive (A.S. USSR 1234405, M. class C 08 J 5/ 18, B 01 D 13/04). Ang kawalan ng pamamaraang ito ay ang pagiging kumplikado ng teknolohikal na proseso - ang polyamide ay natunaw sa temperatura na 90-110 o C na may kasunod na paglamig, at ang mababang katatagan ng mga solusyon sa paghubog. Ang pinakamalapit sa teknikal na kakanyahan ay ang kilalang paraan para sa paggawa ng mga microfiltration membrane, na kinabibilangan ng pagtunaw ng isang aliphatic polyamide sa formic acid na naglalaman ng isang precipitant - tubig, paghubog ng nagresultang gumaganang solusyon sa isang lamad at pagpapatuyo (EP 0087228 A1, 08/31/1983) . Ang kawalan ng pamamaraang ito ay ang mababang katatagan ng mga solusyon sa paghubog. Ang iminungkahing pamamaraan ay naiiba sa kilalang isa sa poly-N-vinylamide na may molekular na timbang na 2 hanggang 20 libo ay karagdagang ipinakilala sa gumaganang solusyon na may sumusunod na nilalaman ng mga bahagi ng solusyon: Polyamide - 15 - 20 Tubig - 13 - 17 Poly -N-vinyl - 0 .02 - 0.4 Formic acid - Rest Ang kasalukuyang imbensyon ay naglalayong pataasin ang katatagan ng mga solusyon sa paghubog at pagkuha ng mga microfiltration membrane batay sa mga ito na may mas makitid na pamamahagi ng laki ng butas, gayundin ang kakayahang tumpak na kontrolin ang butas. laki ng mga lamad sa isang malawak na hanay. Ang poly-N-vinyl amides ay ipinakilala sa natapos na solusyon sa paghubog, na humahantong sa pagbaba sa lagkit at isang matalim na pagtaas sa katatagan ng solusyon. Ang katatagan ng mga solusyon ay biswal na nasuri sa pamamagitan ng pagtatala ng oras at lagkit ng solusyon na lumipas mula sa sandaling ang solusyon ay inihanda hanggang sa ito ay mag-gel o mag-kristal. Ang mga katangian ng lagkit ng mga solusyon ay isang maginhawang katangian ng pagiging angkop ng mga solusyon para sa pagbuo ng lamad. Ang poly-caproamide (PA-6) at polyhexamethylene adipinamide (PA-6,6) ay ginagamit bilang mga aliphatic polyamide. Ang mga sumusunod na nalulusaw sa tubig na poly-N-vinyl amides ay ginagamit: poly-N-vinylpyrrolidone (PVP), poly-N-vinylcaprolactam (PVC), poly-N-vinyl-N-methylacetamide, copolymer ng N-vinylpyrrolidone at N- vinylcaprolactam. Ang Poly-N-vinylpyrrolidone ay isang produkto ng radical polymerization ng N-vinylpyrrolidone (VFS-42-1491-85), ang poly-N-vinylcaprolactam ay isang produkto ng polymerization ng N-vinylcaprolactam, poly-N-vinyl-N-methylacetamide ay isang produkto ng polymerization ng N-vinyl- N-methylacetamide, isang copolymer ng N-vinylpyrrolidone at N-vinylcaprolactam ay isang copolymerization na produkto ng N-vinylpyrrolidone at N-vinylcaprolactam. Ang kasalukuyang imbensyon ay inilalarawan ng mga sumusunod na halimbawa, at ang mga katangian ng mga nagresultang lamad ay ipinakita sa Talahanayan 1. Halimbawa 1. Ang isang solusyon ay inihanda na naglalaman ng 20 wt.% polycaproamide (PA-6), 17 wt. % tubig, 63 wt. % formic acid. Upang ihanda ang solusyon, ang isang tinukoy na halaga ng formic acid at tubig ay ibinuhos sa reaktor na naka-off ang kagamitan. Pagkatapos, kapag naka-on ang mixer, ni-load ang poly-caproamide (nylon). Ang paghahanda ng solusyon sa paghubog ay isinasagawa sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon: sa unang yugto sa temperatura ng 12-15 o C sa loob ng 1 oras, sa pangalawang yugto - sa temperatura na 20-25 o C sa loob ng 2-3 oras. Upang alisin ang mga hindi natunaw na mga particle ng polimer at mga mekanikal na pagsasama Ang solusyon sa paghubog ay sinasala sa labis na presyon ng 0.5-1.0 atm sa pamamagitan ng isang filter na may sukat ng butas na 10-20 microns. Upang alisin ang mga bula ng hangin sa solusyon sa paghubog, ang isang operasyon ng deaeration ay isinasagawa sa loob ng 3-4 na oras sa temperatura ng silid. Ang resultang solusyon ay inilapat gamit ang isang slotted die papunta sa isang umiikot na metal drum, na inilulubog sa isang precipitation bath na binubuo ng isang may tubig na solusyon ng formic acid (40 wt.%, HCOOH, 60 wt.% H 2 O). Sa paliguan ng ulan, ang solusyon sa paghubog ay tumigas at ang lamad ay nabuo. Ang nabuong lamad ay hinuhugasan ng tubig sa paghuhugas ng mga paliguan upang alisin ang mga nalalabi sa formic acid, pagkatapos ay pinainit at pinatuyo sa mga drying drum. Ang resultang lamad ay may kapasidad ng pagsasala ng tubig na 18-20 ml/cm 2 min. sa isang pagbaba ng presyon ng 1 atm at isang bubble point na 3.2 atm. Ang katatagan ng solusyon ay pinananatili sa loob ng 5 oras Halimbawa 2. Ang polycaproamide na may molecular weight na 30,000 sa halagang 20 wt.% ay natutunaw sa pinaghalong formic acid at tubig (62.98 wt.% at 17 wt.%, ayon sa pagkakabanggit) sa loob ng 3 oras Pagkatapos, sa Habang hinahalo, ang poly-N-vinylcaprolactam (PVC) na may molecular weight na 10,000 ay idinagdag sa halagang 0.02 wt.%. Susunod, ihanda ang solusyon sa paghubog, na bumubuo ng mga lamad ayon sa Halimbawa 1. Ang mga katangian ng nagresultang lamad ay ipinakita sa Talahanayan 1. Halimbawa 3. Upang ihanda ang solusyon sa paghubog, isang halo ng formic acid (69.9 wt.%) at tubig ( 13 wt.%) ay ibinubuhos sa reaktor na naka-off ang kagamitan. Pagkatapos ay i-on ang mixer, magdagdag ng poly-β-caproamide na may MW = 24000 sa halagang 17 wt. % at hinalo ng 3 oras Pagkatapos ay idinagdag ang poly-N-vinyl-N-methylacetamide (PVMA) na may MW = 5000 sa halagang 0.1 wt. %. Ang karagdagang paghahanda ng solusyon sa paghubog at pagbuo ng lamad ay isinasagawa ayon sa halimbawa 1. Ang mga resulta ng pagsubok ng lamad ay ipinakita sa talahanayan 1. Halimbawa 4. Ang polycaproamide 15 wt.% (MW = 30,000) ay natunaw sa isang halo ng formic acid (68.8 wt.%) at tubig (16 wt.%) at hinalo ng 3 oras Pagkatapos ay idagdag ang poly-N-vinylpyrrolidone (PVP) na may molecular weight na 2000 sa halagang 0.2 wt.%. Dagdag pa ayon sa halimbawa 1. Ang mga katangian ng resultang lamad ay ipinakita sa talahanayan 1. Halimbawa 5. Ang isang solusyon ay inihanda na naglalaman ng 17 wt.% polycaproamide (MW = 20000), 14 wt.% na tubig at 68.6 wt.% formic acid. Pagkatapos ay isang copolymer ng N-vinylcaprolactam na may N-vinylpyrrolidone ay idinagdag sa molding solution sa ratio na 50/50 mol.% na may molecular weight na 20,000 sa halagang 0.4 wt.%. Dagdag pa ayon sa halimbawa 1. Ang mga katangian ng nagresultang lamad ay ipinakita sa talahanayan 1. Halimbawa 6. Polyhexamethylene adipinamide (PA-6.6) na may molecular weight na 40,000 sa halagang 20 wt.% ay natunaw sa formic acid (66.98 wt .%), pagkatapos ay idinagdag ang tubig (13 wt.%). Pagkatapos ng paghahalo ng 3 oras, ang isang copolymer ng N-vinylcaprolactam at N-vinylpyrrolidone ay idinagdag sa ratio na 70/30 mol.% na may molecular weight na 20,000 sa halagang 0.02 wt.%. Dagdag pa ayon sa halimbawa 1. Ang mga resulta ng pagsubok ay ipinakita sa talahanayan 1. Halimbawa 7. Ang solusyon sa paghubog ay inihanda ayon sa halimbawa 6. (MM PA-66=24000). Pagkatapos ay idinagdag ang poly-N-vinylpyrrolidone na may molecular weight na 2000 sa halagang 0.4 wt. %. Ang huling ratio ng mga bahagi ay ang mga sumusunod: 15 wt.% PA-66; 17% H 2 O; 67.6% MK; 0.4% PVP. Dagdag pa sa halimbawa. Ang mga resulta ng pagsusulit ay ipinakita sa Talahanayan 1. Halimbawa 8. Upang ihanda ang solusyon sa paghubog, gumamit ng pinaghalong formic acid at tubig ayon sa Halimbawa 2. Pagkatapos paghaluin ng 15-20 minuto, poly-N-vinylcaprolactam na may molekular na timbang na 10000 ay idinagdag sa halagang 0.02 wt.% . Pagkatapos ay ang polycaproamide (20 wt.%) na may molekular na timbang na 30,000 ay na-load, pagkatapos nito ay hinalo para sa 3 oras Karagdagang ayon sa halimbawa 1. Ang mga katangian ng lamad ay ipinakita sa Talahanayan 1. Kaya, ang katatagan ng mga solusyon sa paglipas. Ang oras ay isang mahalagang tagapagpahiwatig sa teknolohiya ng paggawa ng lamad, dahil kapag ang paggawa ng mga microfilter gamit ang basang pamamaraan, ang bilis ng paghubog ay mababa, at ang pagproseso ng mga gumaganang solusyon ay nangangailangan ng mahabang panahon. Mula sa talahanayan ito ay sumusunod: Kapag ang poly-N-vinyl amides ay ipinakilala sa isang solusyon ng pangunahing polimer (polyamide), isang pagbabago sa mga katangian ng mga lamad ay sinusunod. Habang tumataas ang konsentrasyon ng na-inject na poly-N-vinylamide, tumataas ang bubble point habang pinapanatili o pinapataas ang performance ng lamad. Ang katotohanang ito ay nagpapahiwatig na ang nagresultang lamad ay may mas pare-parehong buhaghag na istraktura na may medyo makitid na pamamahagi ng laki ng butas. Ang pagbabago sa bubble point sa pagdaragdag ng poly-N-vinyl amides ay nagpapahiwatig na ang laki ng butas ng butas ng mga lamad ay maaaring kontrolin sa isang malawak na hanay, habang ang katatagan ng mga umiikot na solusyon ay makabuluhang tumaas.

Formula ng imbensyon

Ang isang paraan para sa paggawa ng mga microfiltration membrane sa pamamagitan ng pagtunaw ng aliphatic polyamide sa formic acid na naglalaman ng precipitant - tubig, wet molding sa resultang working solution sa isang lamad at pagpapatuyo, na nailalarawan sa poly-N-vinylamide na iyon na may molekular na timbang na 2000 hanggang 20000 ay karagdagan ipinakilala sa gumaganang solusyon na may mga sumusunod na bahagi ng nilalaman ng gumaganang solusyon, wt.%: Aliphatic plyamide - 15 - 20 Tubig - 13 - 17
Poly-N-vinylamide - 0.02 - 0.4
Formic acid - Magpahinga

Mga katulad na patent:

Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng kemikal na teknolohiya, lalo na sa mga pamamaraan para sa paggawa ng mga porous polymer membrane, at maaaring magamit para sa paggawa ng mga chemically resistant membranes mula sa likidong mala-kristal at crystallizing polymers.

Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng teknolohiya ng lamad, katulad ng mga semi-permeable na lamad, at maaaring magamit para sa paggamot ng wastewater, konsentrasyon at paghihiwalay ng mga mataas na molekular na timbang na mga sangkap.

Ang imbensyon ay nauugnay sa teknolohiya ng lamad, partikular sa paggawa ng mga antibacterial polymer membrane, at maaaring magamit para sa paglilinis ng tubig at mga solusyon sa tubig sa pagkain, industriya ng parmasyutiko, at gamot.

Ang imbensyon ay nauugnay sa teknolohiya ng lamad at maaaring malawakang magamit para sa paglilinis at paghihiwalay ng tubig at may tubig na mga solusyon sa pagkain, parmasyutiko at iba pang mga industriya, sa desalination ng tubig dagat, biotechnology, at sa paglikha ng mga partikular na purong solusyon. Ang composite polymer membrane ay naglalaman ng nonwoven substrate, isang ultrafiltration layer ng polysulfone o polyethersulfone na inilapat sa ibabaw nito at isang sumasaklaw na ultrathin selective layer ng polypiperazinamide na may kapal na ratio na (64.3-66.66):(32.36-35.98) ayon sa pagkakabanggit. :(0.98-. 1.02). Ang pamamaraan para sa paggawa ng isang lamad ay nagsasangkot ng paglalagay ng ultrafiltration layer ng polysulfone o polyethersulfone sa ibabaw ng isang nonwoven substrate sa pamamagitan ng interfacial polycondensation, paglalagay ng ultrathin polymer selective layer ng polypiperazinamide sa ibabaw ng ultrafiltration layer sa pamamagitan ng paggamot dito sa 18-25°C , una sa isang may tubig na solusyon ng piperazine sa loob ng 6-10 minuto, pagkatapos ay 0. 15-0.6% na solusyon ng acyl chloride agent sa isang organic solvent para sa 6-10 minuto at pagpapatuyo sa 25-40°C. Ang ahente ng acyl chloride ay isang halo ng trimesoyl chloride at isophthaloyl chloride, na kinuha sa ratio (mga bahagi ayon sa timbang): 1: 1, na may konsentrasyon ng solusyon na 0.15-0.6%. Ang isang may tubig na solusyon ng piperazine ay maaaring maglaman ng isang surfactant - isang halo ng mga sodium salt ng alkylsulfonic acid na may isang kadena na haba ng alkyl radical C11-C18 sa halagang 3.75-6.0 na bahagi ayon sa timbang. bawat 100 bahagi ayon sa masa piperazine. 2 n. at 1 suweldo mga file, 1 talahanayan, 5 pr.

Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng teknolohiya ng lamad. Ang pamamaraan para sa paggawa ng lamad ay nagsasangkot ng paglalagay ng polysulfone o polyethersulfone sa isang substrate, na isang non-woven na materyal, upang makakuha ng ultrafiltration layer at paghubog ng ultrathin polymer selective layer ng aromatic polyamide sa ibabaw ng ultrafiltration layer. Ang pumipili na layer ay nabuo sa pamamagitan ng paggamot na may isang may tubig na solusyon ng metaphenylenediamine na naglalaman ng sodium lauryl sulfate, triethylamine, sulfocamphoric acid, tetraethylammonium bromide, kasunod na paggamot sa isang acyl chloride agent sa isang organic solvent at pagpapatuyo. Ang tubig na ginamit upang ihanda ang metaphenylenediamine solution ay nababawasan ng temperatura sa pamamagitan ng pagkulo at kasunod na pagpapakilala ng sodium hydrosulfite. Ang pinaghalong isophthaloyl chloride at trimesoyl chloride, na kinuha sa mass ratio na (0.1-0.3):(0.05-0.2), ay ginagamit bilang acyl chloride agent. Teknikal na resulta: pagtaas ng pagiging produktibo at pagpili ng nagresultang composite polymer membrane, pati na rin ang pagtaas ng katatagan ng mga tagapagpahiwatig na ito. 4 ave., 1 tab.

Ang imbensyon ay nauugnay sa pagkuha ng mga acidic na bahagi mula sa mga daloy ng gas, tulad ng mga nauugnay na gas mula sa mga balon o tambutso/tambutso na mga gas gamit ang mga lamad na naglalaman ng isang macromolecular na self-organizing polymer. Ang tinukoy na daloy ng gas (gas mixture) ay dinadala sa contact na may polymer (membrane). Ang polimer ay isang macromolecular self-organizing polymer material. Ang self-assembled polymer (materyal) ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng isang ester-amide copolymer, isang ether-amide copolymer, isang ester-urethane copolymer, isang ether-urethane copolymer, isang eter-urea copolymer, isang ester-urea copolymer , o isang halo nito. Ang isang molecularly self-organizing polymer ay naglalaman ng paulit-ulit na self-organizing units ng structural formula (I)-(IV). 24 na suweldo f-ly, 9 na talahanayan, 6 pr.

Ang kasalukuyang imbensyon ay nauugnay sa isang paraan para sa paggawa ng butanol, na mahalaga sa industriya bilang isang feedstock para sa produksyon ng mga kemikal at parmasyutiko na produkto, gayundin bilang isang solvent at gasolina. Kasama sa pamamaraan ang: yugto A, kung saan ang solusyon na naglalaman ng butanol na nakuha sa pamamagitan ng microbiological fermentation ay sinasala sa pamamagitan ng isang nanofiltration membrane at ang solusyon na naglalaman ng butanol ay nakahiwalay sa gilid ng filtrate; hakbang B, kung saan ang nasabing butanol-containing solution na nakuha sa step A ay dinadaanan sa isang reverse osmosis membrane at sa gayon ay puro upang magdulot ng paghihiwalay ng dalawang phase sa butanol phase at aqueous phase; at stage C, kung saan ang butanol ay nahihiwalay sa tinukoy na butanol phase na nakuha sa stage B. Ang iminungkahing paraan ay ginagawang posible upang makakuha ng butanol na may mataas na kadalisayan. 9 na suweldo f-ly, 2 ill., 10 table, 15 pr.

Ang imbensyon ay nauugnay sa mga pamamaraan para sa paghihiwalay ng isang tuluy-tuloy na emulsion stream sa isang hydrocarbon stream at isang aqueous stream. Isang paraan ng paghihiwalay ng isang fluid emulsion stream na may tuluy-tuloy na aqueous phase sa isang hydrocarbon stream at isang aqueous stream, kung saan ang fluid emulsion stream ay dumaan sa isang microporous membrane upang makabuo ng isang hydrocarbon product stream at isang aqueous product stream, ang lamad na binubuo ng isang malaking bahagi. hydrophobic, polymeric matrix at isang substantially hydrophilic, isang pinong hinati, pinong butil, na hindi matutunaw sa tubig na tagapuno na nakakalat sa buong matrix. Ang polymer matrix ay may average na laki ng butas na mas mababa sa 1.0 microns, at ang kadalisayan ng mga stream ng produkto ay independiyente sa rate ng daloy ng tubig ng produkto at ang laki ng butas ng lamad. Ang teknikal na resulta ay isang pagtaas sa kahusayan ng paghihiwalay ng langis mula sa tubig sa totoong oras. 3 n. 17 suweldo mga file, 9 na talahanayan.

Ang imbensyon ay nauugnay sa larangan ng paggawa ng mga porous polymer membrane at maaaring magamit para sa pagsasala, pagsusuri at paglilinis ng iba't ibang media sa microbiological, biochemical at iba pang mga industriya.

Ang pangunahing problema kapag nagpapatupad ng mga pamamaraan ng lamad ay ang pagbuo at paggawa ng mga semi-permeable na lamad na makakatugon sa mga sumusunod na kinakailangan:

• · mataas na kakayahan sa paghihiwalay (selectivity);
• · mataas na tiyak na produktibidad (permeability);
• · paglaban sa kapaligiran ng ibinahaging sistema at mga bahagi nito;
• · invariance sa pagkilos ng kapaligiran ng shared system at mga bahagi nito;
• · hindi nagbabago na mga katangian sa panahon ng operasyon;
• · sapat na mekanikal na lakas na nakakatugon sa mga kondisyon ng pag-install, transportasyon at imbakan ng mga lamad;
• · mababang halaga.

Kapag gumagawa ng mga semi-permeable na lamad, ginagamit ang iba't ibang mga materyales: mga polimer na pelikula, salamin, metal foil, atbp. Ang mga lamad batay sa iba't ibang mga polimer ay pinakalaganap. Ang mga lamad na ito ay inihanda gamit ang isang espesyal na teknolohiya, dahil ang mga unang pag-aaral ay nagpakita na, bilang isang patakaran, ang mga pelikula na ginawa ng industriya para sa iba pang mga layunin ay walang mga piling katangian.

Maipapayo na hatiin ang lahat ng mga semi-permeable na lamad sa dalawang pangunahing grupo: porous at non-porous.

Ang mga non-porous (diffusion) membrane ay mga quasi-homogeneous na gel kung saan ang solvent at solute ay tumatagos sa ilalim ng impluwensya ng isang gradient ng konsentrasyon (molecular diffusion). Samakatuwid, ang mga naturang lamad ay madalas na tinatawag na mga lamad ng pagsasabog. Ang rate kung saan ang mga indibidwal na sangkap ay dumaan sa lamad na may cortex ay nakasalalay sa activation energy sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng mga transported particle sa materyal na lamad at sa laki ng mga diffusion particle. Kadalasan, mas mataas ang rate ng pagsasabog, mas mahina ang mga indibidwal na link ng polymer chain sa gel layer ay konektado sa isa't isa, i.e. lalong bumukol ang lamad.

Ang mga diffusion membrane ay pinaka makatwiran na ginagamit para sa paghihiwalay ng mga bahagi na may katulad na mga katangian ngunit magkaibang laki ng molekular. Dahil ang mga lamad na ito ay walang mga pores sa karaniwang kahulugan at ang konsepto ng diffusible substance sa kapal ng lamad ay nananatiling mababa, ang diffusion membrane ay hindi bumabara at samakatuwid ay hindi binabawasan ang permeability sa paglipas ng panahon.

Ang mga diffusion membrane ay ginagamit upang paghiwalayin ang mga gas at likidong pinaghalong sa pamamagitan ng pagsingaw sa pamamagitan ng lamad.

Mga buhaghag na lamad. Ang mga modernong ideya tungkol sa modelo ng capillary-filtration ng mekanismo ng semi-permeability ay nagpapahintulot sa amin na tapusin na posible na makakuha ng mga porous na pumipili na lamad para sa reverse osmosis at ultrafiltration batay sa halos anumang materyal na lyophilic. Ang pinaka-tinatanggap na ginagamit sa pagsasanay ay mga sintetikong lamad ng polimer na inihanda gamit ang espesyal na teknolohiya.

Ang mga porous polymer film ay kadalasang nakukuha sa pamamagitan ng paglalagay ng mga additives sa polymer at pagkatapos ay paghuhugas ng mga ito o sa pamamagitan ng pag-alis ng mga solvent mula sa mga polymer solution sa ilalim ng mga kondisyon na pumipigil sa makabuluhang pag-urong ng polymer frame structure dahil sa pagkilos ng mga puwersa ng capillary.

Mayroong tatlong pangunahing pamamaraan para sa pagbuo ng mga semi-permeable na lamad: tuyo (kusang), coagulation at thermal.

Ang dry method ay binubuo ng pagtunaw ng isang polymer, halimbawa cellulose ether, o isang pinaghalong eter, sa mga solvent tulad ng acetone at pagdaragdag ng naaangkop na pore-forming agents (ethanol, butanol, water, glycerin, atbp.) sa solusyon na ito. Ang bentahe ng mga pelikula na nakuha gamit ang pamamaraang ito ay, una sa lahat, ang posibilidad ng pag-iimbak at pagdadala ng mga ito sa dry form.

Ang pagbuo ng mga lamad sa pamamagitan ng paraan ng coagulation ay mas madalas na ginagamit. Ang pamamaraang ito ay ang mga sumusunod. Ang isang solusyon na ginawa mula sa cellulose acetate, isang volatile solvent at isang blowing agent, ay ibinuhos sa isang manipis na layer sa isang glass plate, pinatuyo ng ilang minuto at pagkatapos ay inilubog sa malamig na tubig hanggang sa humiwalay ang pelikula mula sa substrate. Sa panahong ito, nangyayari ang halos kumpletong pagbuo ng lamad.

Sa ilang mga kaso, pagkatapos ng inilarawan na pamamaraan, ang nagresultang pelikula ay isang blangko lamang, at hindi isang semi-permeable na lamad. Upang ayusin ang nagresultang istraktura, ito ay ginagamot ng tubig sa isang temperatura na malapit sa temperatura ng paglipat ng salamin ng ibinigay na polimer. Sa kasong ito, ang ilang pag-urong ng porous na istraktura ay nangyayari, na kadalasang humahantong sa isang pagtaas sa selectivity ng mga lamad.

Ang thermal na paraan para sa pagbuo ng mga buhaghag na lamad ay nagsasangkot ng thermal gelation ng isang halo ng polimer at naaangkop na mga plasticizer, halimbawa, polyglycols. Ang mga sangkap ay halo-halong upang makakuha ng isang gel. Habang bumababa ang temperatura ng pinainit na plasticizer-polymer solution, ang mga polymer chain ay nakikipag-ugnayan at bumubuo ng isang parang-crosslinked na gel-like structure. Sa huli, ang phase separation ay nangyayari at ang mga pores ay nabuo.

Ang thermal gel ay maaaring muling matunaw at muling mabuo sa pamamagitan ng paglamig.

Ang mga thermal gel ay napakahusay bilang mga substrate sa pinagsamang mga lamad, dahil maaari silang magkaroon ng isotropic na istraktura ng thermal gelatinization mismo ay ginagawang posible upang makakuha ng isang polymer film na istraktura ng halos anumang porosity. Ang pinindot na pelikula ay hugasan ng tubig sa temperatura na 200 degrees Celsius upang alisin ang mga additives. Ang mga lamad na nakuha sa ganitong paraan ay nagpabuti ng mga mekanikal na katangian at nadagdagan ang pagkamatagusin ng tubig kumpara sa mga lamad na ginawa mula sa regenerated cellulose.

Nucleopores. Ito ang pangalan na ibinigay sa mga lamad na nabuo sa pamamagitan ng pag-iilaw ng mga manipis na pelikula na may mga sisingilin na particle na sinusundan ng pag-ukit gamit ang mga kemikal na reagents. Upang mabuo ang pag-ukit sa pamamagitan ng mga pores na halos magkapareho ang laki, ang radiation ay dapat magkaroon ng mataas na density ng ionization.

Upang makagawa ng mga "nucleopore" na lamad, tila ipinapayong gumamit ng mga anisotropic film na may napakanipis na tuktok na layer (1 mm).

Isinasaalang-alang ang katotohanan na sa tulong ng radioactive radiation at kasunod na paggamot sa kemikal posible na makakuha ng mga lamad na may mga pores ng isang naibigay na diameter, at ang pamamahagi ng mga pores sa mga diameters ay lubhang makitid, ang mga nucleopore membrane ay napaka-promising para sa fractionation ng mga solusyon ng mataas. -molecular compounds at ang kanilang paglilinis.

Isoporous na lamad. Ang isang halimbawa ng isoporous membrane na naglalaman ng maraming cylindrical capillary pores ay ang klase ng ionotropic gel membranes na ginawa mula sa polyethylene. Ang mga isotropic gel membrane ay may napakakitid na pamamahagi ng laki ng butas, ngunit ang bilang at radius ng mga capillary ay naiiba sa magkabilang panig ng lamad dahil sa isang katumbas na pagtaas ng diameter at pagbaba sa bilang ng mga pores na may pagtaas ng solvent na konsentrasyon sa abo.

Ang mga gawa ng mga mananaliksik ng Sobyet ay nakabuo ng mga pamamaraan para sa paggawa ng cellulose acetate membranes na may mataas na selectivity (hanggang 98%) at permeability.

Gayunpaman, kasama ang mga halatang pakinabang, ang mga lamad na ito ay may isang bilang ng mga makabuluhang disadvantages na naglilimita sa kanilang saklaw ng aplikasyon sa kemikal na teknolohiya: kawalang-tatag sa alkaline at acidic na mga kapaligiran, hindi maibabalik na pagkasira ng mga pangunahing katangian sa paglipas ng panahon, mababang mekanikal na lakas, ang pangangailangan para sa imbakan at transportasyon. sa isang basang estado, dahil ang pagpapatuyo ng mga lamad ay humahantong sa hindi maibabalik na pagkawala ng pagkamatagusin.

Kasama ng mga polimer, maraming uri ng mga lamad na may matibay na istraktura ang kilala. Kabilang dito ang mga lamad ng metal at mga buhaghag na lamad ng salamin.

Ang mga lamad ng metal ay maaaring ihanda sa pamamagitan ng pag-leaching o pag-sublimate ng isa sa mga bahagi ng haluang metal. Gumagawa ito ng mataas na buhaghag na lamad na may napakakitid na pamamahagi ng laki ng butas. Ang isa pang pagpipilian para sa paggawa ng mga lamad ng metal ay ang sinter metal powder sa mataas na temperatura.

Ang pangunahing bentahe ng mga lamad ng metal ay ang pagkakapareho ng istraktura at, bilang isang resulta, ang mga laki ng butas. Ang mga lamad na ito ay hindi sinisira ng bakterya, ay chemically stable sa iba't ibang kapaligiran at maaaring gamutin sa init. Madali silang linisin sa pamamagitan ng reverse flow ng tubig o anumang iba pang likido o sa pamamagitan ng calcination.

Mga microporous na lamad ng salamin. Ang mga lamad ng salamin ay may mga mahahalagang katangian tulad ng mataas na thermal at chemical resistance, paglaban sa mga microorganism at structural rigidity. Ang mga katangiang ito ay nagpapahintulot sa kanila na magamit para sa paghihiwalay ng mga solusyon sa isang malawak na hanay ng pH at para sa isterilisasyon. Ang mga microporous glass membrane ay maaaring gawin sa anyo ng mga plato, pelikula, tubo o mga capillary.

Ang teknolohiya para sa paggawa ng glass capillary-porous membranes ay binubuo ng ilang mga sunud-sunod na operasyon: ang pagbuo ng mga capillary mula sa alkali borosilicate glass, acid treatment, kung saan ang isa sa mga constituent glass phase ay tinanggal, at ang natitirang porous frame ay pangunahing binubuo ng SiO2. Sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng mga thermal at chemical treatment mode, posibleng makakuha ng mga lamad ng iba't ibang porous na istruktura na may mga pores na may sukat mula 2.0 hanggang 100.0 nm.

Ang isang pag-aaral ng impluwensya ng presyon sa mga katangian ng pagganap ng mga lamad ay nagpakita na ang pagkamatagusin ng mga capillary-porous na lamad ay tumataas nang linearly sa pagtaas ng operating pressure.

Ang katigasan ng istraktura ng mga lamad ng salamin at ang reversibility ng mga katangian ng pagpapatakbo ay napapailalim sa mga eksperimento sa pagkamatagusin ng tubig na may sunud-sunod na pagtaas at pagbaba sa presyon ng pagpapatakbo. Ipinakita ng mga pag-aaral na sa pangmatagalang paggamit ng mga buhaghag na lamad ng salamin, ang kanilang mga katangian ng pagganap ay hindi nagbabago.

Ang pagpili ng mga lamad ng salamin ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng pagbabago ng pH ng solusyon o pagdaragdag ng mabibigat na metal na mga asing-gamot sa solusyon. Ang pagkamatagusin ng mga capillary-porous na lamad ng salamin ay maaaring tumaas nang malaki sa pamamagitan ng pagtaas ng kamag-anak na porosity ng mga pader ng capillary at lalo na sa pamamagitan ng pagbawas ng kanilang kapal, na kinumpirma ng eksperimentong data.

Inilapat na mga lamad. Batay sa modelo ng capillary-filtration ng mekanismo ng semi-permeability, maaaring asahan ng isa ang hitsura ng mga piling katangian sa isang lyophilic porous na materyal na may through capillaries kapag ang mga pores nito ay nabawasan sa mga sukat na hindi hihigit sa dalawang beses ang kapal ng layer ng nakagapos na likido.

Depende sa paraan ng kanilang produksyon, ang mga lamad ng inilapat na uri ay maaaring nahahati sa pinapagbinhi, pinahiran ng alikabok at idineposito.

Maaaring gamitin ang iba't ibang materyales bilang porous base kapag naghahanda ng mga impregnated membrane: porous na hindi kinakalawang na asero, metal-ceramic partition at iba pa, at mga hindi matutunaw na asing-gamot, na nakuha bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng kemikal sa pagitan ng mga espesyal na napiling natutunaw na asin, ay maaaring gamitin bilang mga sangkap na bawasan ang laki ng butas. Ang pamamaraan para sa paghahanda ng mga lamad ay ang mga sumusunod: ang porous na base ay nababad sa isang puspos na may tubig na solusyon ng anumang natutunaw na asin sa loob ng 24 na oras at tuyo. Pagkatapos ay inilalagay ang lamad sa isang solusyon ng isa pang asin, na bumubuo ng isang hindi matutunaw na namuo sa panahon ng isang kemikal na reaksyon. Ang lamad ay pinananatili rin sa loob ng 24 na oras.

Ito ay lumabas na ang mga lamad na ito ay may makabuluhang pagkamatagusin sa mababang presyon, ngunit napakababang pagpili. Gayunpaman, kahit na may ganitong pagpili para sa solusyon ng NaCl, ang mga lamad na ito ay maaaring matagumpay na magamit para sa proseso ng ultrafiltration.

Habang tumataas ang presyon, bumababa ang selectivity ng mga pinapagbinhi na lamad, na nagpapahiwatig ng hindi pantay na impregnation at ang pagkakaroon ng malalaking pores sa mga lamad kung saan dumadaan ang solusyon ng NaCl nang hindi naghihiwalay. Maaaring asahan na ang selectivity ng naturang mga lamad ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng pagkuha ng isang layer na tulad ng lamad sa pamamagitan ng paulit-ulit na impregnation ng base.

Kaya, ang teknolohiya para sa paggawa ng mga impregnated na lamad ay nagbubukas ng malawak na posibilidad para sa pagkuha ng iba't ibang semi-permeable na lamad para sa reverse osmosis at ultrafiltration.

Ang mga na-spray na lamad ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-spray sa isang microporous na substrate ng iba't ibang mga sangkap na may pag-aari ng pagdirikit sa substrate. Sa kasong ito, ang laki ng butas ay maaaring i-directly adjust sa pamamagitan ng pagbabago ng kapal ng layer na idineposito sa substrate.

Ang mga na-deposito na lamad ay nakuha sa pamamagitan ng pagpiga sa pamamagitan ng isang microporous substrate ng isang suspensyon na naglalaman ng isang maliit na halaga ng makinis na dispersed substance, na idineposito sa isang manipis na layer sa substrate. Sa karagdagang pagproseso, ang isang semi-permeable na layer ay nabuo sa ibabaw ng substrate, na nagpapanatili ng mga pumipili na katangian nito sa loob ng mahabang panahon.

Ang papel, porous polymer film na may mga pores na 0.45 microns ang laki, atbp. ay maaaring gamitin bilang mga takip Kapag pumipili ng substrate, dapat isaalang-alang ang kakayahan ng pagdirikit ng substrate at graphite oxide. Sa kawalan ng kakayahang ito, ang mga particle ng GO ay tumagos sa mga pores ng substrate, na humahantong sa isang pagkasira sa mga katangian ng nagresultang lamad.

Ito ay kagiliw-giliw na tandaan na ang selectivity ng GO membranes para sa H3BO3 ay makabuluhang mas mataas kaysa sa selectivity ng cellulose acetate membranes.

Ang mga bentahe ng mga lamad ng tambutso ng gas ay kinabibilangan, una sa lahat, ang kanilang mataas na paglaban sa kemikal at ang posibilidad ng matatag na operasyon sa ilalim ng mga kondisyon ng variable na temperatura. Gayunpaman, ang mekanikal na lakas ng nasubok na mga lamad ay mababa pa rin.