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基于Hansen溶度参数理论的热致相分离法制备聚合物多孔膜...

2026-2-24 08:12| 发布者: guolvfenlitech6| 查看: 7| 评论: 0|原作者: guolvfenlitech6

摘要: 2026-02-24 环球过滤分离技术网 guolvfenlitech6 基于Hansen溶度参数理论的热致相分离法制备聚合物多孔膜的稀释剂筛选依据热致相分离（TIPS）法是制备聚合物多孔膜的重要方法之一，其中稀释剂的选 ...

2026-02-24 环球过滤分离技术网 guolvfenlitech6

基于Hansen溶度参数理论的热致相分离法制备聚合物多孔膜的稀释剂筛选依据

热致相分离（TIPS）法是制备聚合物多孔膜的重要方法之一，其中稀释剂的选择是TIPS法制备聚合物多孔膜最重要的研究内容，因为它从热力学上决定了体系降温后能否发生热致液-液相分离（TIPS（L-L））得到均匀多孔膜的关键点和难点。中国矿业大学（北京）唐元晖副教授和清华大学化工系王晓琳教授、林亚凯助理研究员在Advanced Membranes期刊发表了题为“A criterion ofdiluent selection for the polymeric membrane formation via thermally inducedphase separation process based on Hansen solubility parameter theory”的文章，首次提出以基于Hansen溶度参数理论，包括色散（δd）、极性（δp）和氢键（δh）三个分量以及溶度参数距离Ra作为TIPS法制备聚合物多孔膜单一稀释剂和二元稀释剂筛选的重要依据，为TIPS（L-L）的实现和高性能膜的制备提供了重要的理论指导。

图文详解：

背景介绍

对于常见的结晶型或半晶型聚合物，TIPS法制膜以聚合物-稀释剂体系相图为热力学基础，在降温过程中，由于聚合物与稀释剂之间的相互作用不同或者聚合物结晶等因素体系可能发生液液（L-L）相分离或固-液（S-L）相分离，分别如图1（A、B）所示。

图1. 聚合物-稀释剂体系的典型二元相图示意图，对应不同的TIPS过程

Hansen溶解度参数理论

Hansen 按照分子间作用力的不同构成部分将溶度参数分为三个分量，即色散（δd）、极性（δp）和氢键（δh）三个分量，并提出“溶度参数距离Ra”，用于综合描述聚合物与稀释剂间的相互作用关系。Ra值较小时，表明聚合物与稀释剂相互作用强，体系更相容。之前已有若干研究尝试采用Ra或者Hansen参数整体来描述聚合物-稀释剂体系的相互作用，并依此进行稀释剂筛选。但相关研究结果较为分散，缺少一致性检验。因此，本文在对之前发表的所有通过TIPS开展结晶型聚合物膜制备的文献调研基础之上，为了提高结果的统计性，对稀释剂筛选和膜结构的对应性进行了探索性实验，针对聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）和乙烯—三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）三种聚合物，选择实验室常见的醇类、酯类、胺类等有机溶剂，在25wt. %的聚合物浓度上开展了大量扩展性膜制备实验，并将实验使用的和文献报道中稀释剂的基本物性和Hansen溶度参数总结形成数据库。

结果与讨论

3.1. TIPS法制膜的聚合物—稀释剂体系数据库

结合文献报道及探索性实验结果，根据膜结构和显微观察实验研究了PP、PVDF、聚乙烯（PE）和ECTFE的相分离行为，发现对于PP、PVDF和PE体系，相分离行为与Ra参数之间存在一定的关系。一般来说，当Ra参数低于6.5，主要发生S-L相分离；Ra参数介于6.5-9之间，相分离行为以L-L相分离为主；当Ra参数高于9.5，大多数稀释剂即使升温也不能溶解聚合物，可视为非溶剂。

3.2. 以HSPs和Ra参数为依据选择单一稀释剂

以PP为例，当Ra值在6.6到9.2之间时，稀释剂与PP的相互作用减弱，在高温下能形成均相溶液，降温后L-L相分离的可能性高，如图2所示，可能成为TIPS法PP膜制备的合适稀释剂；以PVDF为例，当Ra值在6.6至9.1之间时，稀释剂能在高温下溶解PVDF，但由于相互作用相对较差，有可能发生L-L相分离，如图3所示。使用基于Hansen溶度参数的Ra值，可较好地表征PP及PVDF与稀释剂的相互作用关系，缩小稀释剂选择范围。但是，对于共聚物ECTFE，由于共聚物与稀释剂的相互作用更为复杂，Ra值不能用于指导共聚物稀释剂的选择过程。