Фазовая инверсия (стр. 2 из 2)

На рис.1 приведена зависимость свободной энергии Гибса полимерного раствора от состава. На рисунке отрезки МА и ВN соответствуют метастабильному, а область составов АВ – нестабильному состоянию полимерного раствора.

Соответственно, если в массе полимерного раствора создать области с различной концентрацией полимера, то, при фазовом разложении, полимерный раствор распадется на две фазы разного состава. При этом фаза с повышенной концентрацией полимера (точка N на рис.1.) образует плотный слой мембраны, а обедненная по полимеру фаза (точка М) – пористую подложку мембраны.

Гомогенный полимерный раствор формируется в виде полого волокна . Наружная поверхность раствора контактирует осадителем обеспечивающим запаздывающий тип расслоения. В результате в наружном слое образуется фаза с повышенной концентрацией полимера (на границе раздела раствор – осадитель). В слое полимерного раствора, расположенном сразу под наружным, также наблюдается увеличение концентрации полимера.

Внутренняя поверхность полимерного раствора контактирует с осадителем, обеспечивающим мгновенный распад раствора. В результате, раствор с внутренней стороны распадается на две равновесные фазы: фаза, обедненная полимером (образует крупные поры), и фаза более богатая полимером (образует структуру подложки мембраны).

После кратковременного контакта полимерного раствора с «мягким» осадителем, раствор помещают в «жесткий» осадитель (как правило второй осадитель соответствует внутреннему осадителю), где происходит фазовое разделение полимерного раствора и окончательное закрепление структуры мембраны.

В результате структуру полученной мембраны можно описать следующим образом:

1. с наружной поверхности – тонкий непористый слой. Толщина слоя зависит от времени контакта раствора с осадителем и составляет один или менее микрометра;

2. с внутренней поверхности – пористый слой, толщина которого сравнима с толщиной стенки волокна;

3. слой с промежуточной структурой, расположенный непосредственно под плотным слоем. Как правило, структура этого слоя является закрытоячеистой, а его толщина сравнима с толщиной плотного слоя.

Рис. 1.Изменение свободной энергии

смешения Гиббса с составом при

постоянных температуре и давлении

Практическое осуществление данного метода было разработано Jaap van’t Hof [2] и получило название “метод двойной коагуляционной ванны”.

Литература.

1. A.J. Reuvers, C.A. Smolders, J. Membr. Sci., 1 (1976) 99

2. Jaap van’t Hof

3. R.C. Reid, J.M. Prausnitz, B.E. Poling, ‘The properties of gases and liquids’,

B. Sun, G.H. Fleck (eds.), McGraw-Hill Book Company, New York, 1987