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PSF-DMAc-IBA体系平板膜形态结构的研究

孟德颖  
【摘要】:近三十年来,浸没沉淀法作为常用而经典的技术,用于制备聚合物非对称膜。这种方法所产生膜的形态结构依赖于铸膜液和凝固浴的组成、浓度,以及其它制膜条件,如大气湿度、温度等。由浸没沉淀法而得到的高度非对称膜的概念是Wrasidlo于1986年首次提出。这种膜是指膜的皮层与其支撑亚层是连接成一整体结构。沿膜的皮层向其亚层的纵深方向,孔泡直径逐渐增大,最终达到膜上下(内外)表面的孔径比>125,而且整个膜的孔泡呈三维网状,孔泡间相互贯通,膜的通透率远比一般超滤膜大,且流体通过的阻力小,并具有优异的截留性能。 聚砜(Polysulfone,PSF)作为血液净化的膜材料具有十分优良的生物相容性、化学稳定性和机械强度等性能,与其他合成材料相比己广泛受到临床医学界的欢迎。为此,研究开发PSF高度非对称膜具有广阔的应用前景。 本论文在总结相关参考文献的基础上,首先对PSF多元制膜体系的热力学特性进行了研究。通过对PSF—DMAc—醇类非溶剂三元体系和PSF-DMAc-IBA-PVP四元体系的浊点滴定实验,结合改进的方法计算出相应的双结点线对实验结果进行验证。得出非溶剂的沉淀能力依次为:水>丙三醇>1,2—丙二醇>乙醇>异丙醇>异丁醇>异戊醇。相互作用参数中溶剂一非溶剂的相互作用参数g_(12)对热力学相图的影响最为明显,醇类与DMAc的相互作用参数逐渐增大的顺序,恰好与液—液均相区的变化趋势一致。由实验和计算,结合相关参考文献,得出了PSF—DMAc—非溶剂体系的玻璃化边界线,进而推导出PSF—DMAc—IBA体系的凝胶边界线,作出了该体系完整的热力学相图。 其次,将PSF多元体系分别以水和醇类作凝固浴,利用成膜过程中透光率实验测得对应体系的相分离特性(瞬时分层或延时分层)。并结合传质动力学数 孟德颖:PSF一DMAc一IBA体系平板膜形态结构的研究 学模型及扩散方程,计算出PSF一DMA。二元溶液体系和PSF一DMAc一IBA三 元溶液体系在各种不同凝固浴中成膜起始瞬间的组成变化途径,预测成膜的形 态结构。 在总结相关文献的基础上,本论文讨论了膜中大空泡形成的机理,通过调 节成膜体系的热力学lEl子g。和动力学因子氛,可以调节和控制大空泡的形成。 据此在实际制膜中加入了添加剂(小分子IBA和大分子PVP)。 最后,在对PSF多元体系的热力学和动力学特性进行充分研究的基础上, 通过实际制作平板膜进一步验证了前期实验和计算结论,设计出一体化高度非 对称膜的配方及制膜条件:铸膜液组成为PSF巧%,DMAc 64.8%,IBA巧.2%, PVPS%时,可以在实验条件(温度20士2℃;刮刀厚度250协m:环境湿度60% 左右;铸膜液浸没前在空气中最佳滞留时间105)下得到本论文所设计的一体化 高度非对称膜。当分别以水和IBA作凝固浴时,均能够得到三维网状结构的高 度非对称膜,并且具有良好的亲水性能,但是以IBA作凝固浴膜的通透性较低, 说明膜表面无孔或表面孔与亚层无贯通。最终得到理想的一体化膜的上下表面 孔径比为卜134,这一数据定量的说明了膜的高度非对称性。 关键词:聚矾;高度非对称平板膜:异丁醇;浸没成膜;热力学; 动力学 ; 一一一-一一一一一-一一-一一-


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