分离膜与膜过程国家重点实验室、生物化工研究所 张昊
近日，我校膜国家重点实验室生物化工研究所吕晓龙研究员带领的团队在低温热致相法制膜方面取得新进展，发现了非溶剂聚乙二醇400在低温热致相分离中的新作用和铸膜液相分离调控机制。相关研究成果以“Study of the dual role mechanism of water-soluble additive in low temperature thermally-induced phase separation”为题发表在Elsevier出版社膜材料领域权威期刊之一《Journal of Membrane Science》杂志上（Journal of Membrane Science，2017, 543，1-9）。
制备高性能聚偏氟乙烯（PVDF）膜在水处理领域备受关注。传统制膜方法中，非溶剂相转化（NIPS）法制膜工艺简单，但在成膜结构上通常含有因双扩散导致的指状孔结构，这会导致成膜拉伸强度不足。热致相分离（TIPS）法成膜强度大，但制膜温度通常在聚合物熔点之上，需要通过熔融聚合物（对于PVDF膜来说，其熔点温度为172℃）与高温溶剂相混合形成均相铸膜液。因此，也存在能耗高、对制膜设备要求严苛的问题。此外，TIPS法制PVDF膜在结构上较易形成因固-液相分离导致的球状聚集态结构，这同样会影响成膜的拉伸强度。由于大多数水溶性稀释剂的热稳定性相对较低，它们几乎不能应用于TIPS法中，因此，以往用来调控成膜结构的稀释剂通常为非水溶性，此时，制膜后处理工艺通常需要两步法，即首先通过非水凝固浴（通常为乙醇）萃取稀释剂，然后再用水做进一步后处理，这个方法复杂且不环保。
针对上述问题，该研究团队分析了水溶性非溶剂PEG400在低温热致相分离（L-TIPS）中的新作用。讨论了PEG400对相变机制的作用演变及其对PVDF膜拉伸强度的影响。少量PEG400的加入，会在成膜过程中起到NIPS致孔剂的作用。随着PEG400含量的增加，TIPS效应被强化，NIPS效应对成膜结构的消极影响被抑制。同时，PEG400含量的增加可以促进铸膜液体系的TIPS效应从固-液向分离向液-液相分离发生转变，并同步抑制TIPS过程中PVDF球晶的生长。PEG400的双重作用机制共同消除了不利于PVDF膜拉伸强度的NIPS指状孔和TIPS球状聚集态结构。方法简单且环保，在成膜应用上很有实用价值。
PEG400含量对成膜横截面SEM形貌的影响
该研究工作得到了国家自然科学基金、天津市科技支撑项目和天津市科技计划等基金的支持（审核：膜国家重点实验室 何本桥）
文章链接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037673881731339X