热致相分离

热致相分离法热致相分离法的英文缩写TIPS，是ThermallyInducedPhaseSeparation的简称.它的工艺过程及原理是在聚合物的熔点以上，将聚合物溶于高沸点，低挥发性的溶剂（又称稀释剂）中，形成均相溶液。然后降温冷却。在冷却过程中，体系会发生相分离。这个过程分两类，一类是固－液相分离（简称S-L相分离），一类是液－液相分离（L-L相分离）。控制适当的工艺条件，在分相之后，体系形成以聚合物为连续相，溶剂为分散相的两相结构。这时再选择适当的挥发性试剂（即萃取剂）把溶剂萃取出来，从而获得一定结构形状的聚合物微孔膜。与NIPS法相比，TIPS有许多优点：它通过较为迅速的热交换促使高分子溶液分相，而不是缓慢的溶剂一非溶剂交换；TIPS法避免了NIPS法（非溶剂致相分离法）由于存在溶剂一非溶剂交换，导致成膜液中部分溶剂参与了聚合物的凝胶化，所以孔隙率低的缺点；TIPS法可用于难以采用NIPS法制备的结晶性聚合物微孔滤膜的制备，而且TIPS法的影响因素要比NIPS法少，更容易控制；由TIPS法可获得多种微观结构，如开孔，闭孔，各同向性，各异向性，非对称等。热致相分离制膜步骤TIPS法制备微孔膜的步骤主要有溶液的制备（可连续也可间歇制备）、膜浇注和后处理3步。具体操作为：（1）聚合物与高沸点、低分子量的液态或固态稀释剂混合，在高温时形成均相溶液；（2）将混合物溶液制成所需要的形状（平板、中空纤维或管状）；（3）冷却溶液使其发生相分离；（4）除去稀释剂（常用溶剂萃取）；（5）除去萃取剂（蒸发）得到微孔结构。热致相分离法成膜的影响因素1、结晶与液液分相的竞争热致相分离法制作无定形聚合物膜时,只需考虑高分子溶液的凝胶化的影响,因为只有高分子溶液的凝胶化才足以终止液液分相的演化过程.但是对于目前通常选用的结晶性聚合物来说,就必须考虑以下3种可能的相变过程:聚合物结晶引起的固液分相、溶剂结晶接着聚合物结晶和液液分相接着聚合物结晶.发生何种类型的相变完全由组分的浓度和分相温度决定.2、溶液浓度的影响降低高分子溶液的浓度会促进液液分相、抑制聚合物的结晶,往往容易得到连通性较好的微孔结构.对于这一现象,有以下几点原因:(1)由相图的杠杆定则可知,TIPS分相过程会产生更多的富溶剂相,富聚合物相的结晶固化对液液分相的抑制作用减小;(2)富溶剂相的成核几率增加(因Δμs增加),分相速率也增加;相反,富聚合物相的成核过程受到抑制;(3)高分子溶液粘度的降低亦会促进富溶剂相的核间聚结,所以更可能出现连通性高的孔结构.3、稀释剂的影响稀释剂的流动性和结晶也会抑制(甚至终止)液液分相的动力学过程。就这一点来说,其机理完全类似于聚合物结晶的影响.稀释剂的另一方面的重要影响是,它们与聚合物的相互作用(参数χ和r)的差异会导致完全不同性质的相图结构,并引起相变机理和成膜的最终孔结构的巨大差异。参数χ和r值的影响可以根据高分子溶液的相容性判据来评价。4、聚合物分子量的影响聚合物分子量的影响有如下两方面:与溶剂相互作用的变化导致热力学相图的改变和高分子溶液粘度的增加会抑制液液分相的动力学过程.5、降温速率的影响增加降温速率相当于增加分相的驱动力,所以液液分相和结晶的成核几率都会同时增加.由于细小的球晶对分相的抑制作用会减小,所以一般地增加降温速度有利于获得连通的微孔结构。TIPS法微孔膜的整体结构1、非对称的微孔结构湿法的成膜过程,铸膜液与凝胶浴之间发生非溶剂交换,铸膜液表面受到非溶剂的影响较大,表层的相分离过程与内层有着很大的差异,所以NIPS法容易得到非对称的微孔膜.TIPS法成膜则不同,铸膜液足够薄时,铸膜液各处的温差较小,相似的分相条件就导致了相似的微孔结构.应用的过程发现,对称性微孔膜的一个主要缺点是:悬浮粒子容易进入支撑层导致孔道堵塞.和对称性微孔膜相比,非对称的微孔膜能够更好地实现抗污染性(表层)和通透性(支撑层)的调节.正是基于这一原因,如何采用TIPS法制作非对称的多孔膜也引起高度关注。2、杂化的TIPS法聚合物微孔膜的形成机制被划分成如下4种类型:充填机理、形变机理、相变机理和组装方法,相变机理又包括溶致相分离和热致相分离.对于工业生产而言,这些方法通常不是单独地使用,而是组合在一起以实现特定的微孔结构,这些组合各种机制的成膜方法就是杂化方法。