Мембранная ткань: различия между версиями

м
→‎top: replaced: ее → её (5)
м (→‎top: replaced: ее → её (5))
- непористые мембраны, применяемые, в частности, в газоразделении и первапорации. 
 
К ним применяются различные требования как материалам для изготовления мембран. Для пористых мембран выбор материала не определяет напрямую характеристики разделения, так как главными факторами для этих мембран являются размер пор и их распределение по размерам. Для этих мембран основными являются требования процесса производства мембраны, еееё химическая, термическая и биологическая стойкость, а также поверхностные эффекты в процессе эксплуатации, такие как адсорбция (поляризационные эффекты) и смачивание. 
 
В связи с проблемой концентрационной поляризации и загрязнением мембран в процессах ультра- и микрофильтрации выбор материала мембраны для этих процессов учитывает возможность предотвращения загрязнения и очистки мембраны после отложения на ней осадков. 
Схема процесса формирования пористой структуры мембраны «сухим способом». 
 
Анизотропия (асимметрия) в мембране возникает за счет неравномерности испарения растворителя с поверхности отливаемой пленки и из еееё глубинных слоев. Прежде всего растворитель улетает с поверхности, при этом в верхнем слое повышается вязкость и затрудняется диффузия через него испаряемого растворителя. В то же время за счет адгезии пленки поливочного раствора к материалу подложки тормозится усадка нижнего слоя по мере удаления из него растворителя. Тормозящее действие подложки и диффузионный поток растворителя через поверхностный слой, ориентирующий макромолекулы перпендикулярно подложке, приводят к возникновению анизотропии размера пор по толщине и их направлению от подложки к поверхности, как показано на схеме: 
 
''Форма «идеального» канала, возникающего в пористых мембранах, полученных «сухим способом».''
В качестве осадителя предпочтительно использовать воду, но могут использоваться и другие осадители, при этом будут формироваться мембраны с иной морфологией. Например, пленка раствора полисульфона в диметилацетамиде (ДМАА) может быть погружена в воду или изопропанол. Поскольку совместимость ДМАА с водой намного больше, чем с изопропанолом, в воде происходит мгновенное фазовое разделение с фиксацией того расположения макромолекул, которое они занимали в растворе, что приводит к формированию пористой структуры мембраны с ультрафильтрационными свойствами. Напротив, с изопропанолом происходит фазовое разделение с запаздыванием, при этом успевает пройти релаксация с выстраиванием макромолекул в новую более плотную структуру вплоть до кристаллической при этом пористость уменьшается, что приводит к формированию асимметричной мембраны с плотным непористым поверхностным слоем для процессов первапорации и газоразделения. В таблице приведено влияние системы растворитель-осадитель на тип формируемой мембраны. 
 
Таблица. Влияние системы растворитель-осадитель на тип мембраны при «мокром способе» еееё формирования. 
{|
|Растворитель 
Макромолекулы с высокой молекулярной массой при коагуляции образуют закрытые ячейки из множества запутанных друг с другом макромолекул. Макромолекулы с низкой молекулярной массой агрегируются с образованием маленьких сферических частиц. В этом случае мембраны имеют открытую ячеистую структуру. Размер сфер уменьшается с уменьшением молекулярной массы.  
 
Другим параметром, влияющим на конечные свойства мембраны, является концентрация полимера. ЕеЕё увеличение приводит к пропорциональному повышению концентрации полимера на верхней стороне пленки, погруженной в осадитель. То есть возрастает объемная доля полимера и соответственно уменьшается пористость формируемой мембраны. В нижеприведенной таблице представлены потоки воды через полисульфоновую ультрафильтрационную мембрану в зависимости от концентрации полимера в поливочном растворе.  
 
Именно градиент концентрации полимера по толщине раствора оказывает наибольшее влияние на формирование анизотропной структуры мембраны. Перед погружением в осадительную ванну политую пленку раствора полимера выдерживают на воздухе для частичного испарения растворителя. При этом повышается концентрация полимера в поверхностном слое и, когда пленку погружают в осадительную ванну, распад на фазы в поверхностном слое и внутренних слоях приводит к формированию структур с различной пористостью (в поверхностном слое меньшей). 
 
 
 
 
Обратноосмотические мембраны изготавливают из эфиров целлюлозы, в частности, ди- и триацетата целлюлозы (VI), ароматических полиамидов (XII), полибензимидазола (XIII). 
 
 
 
Газоразделительные мембраны изготавливают из блок-сополимеров полидиметилсилоксана (XIV), полиимида (VII), полисульфона (I), поливинилтриметилсилана (XV), поли-1-триметилсилилпропина-1 (XVI). 
 
Из расплава формуют мембраны из политетрафторэтилена (XVIII), полиэтилена (XIX), полипропилена (XX). 
 
 
 
'''''5.5.5. Получение мембран методом спекания'''''
Типичным примером этого является получение «ядерных фильтров», при изготовлении которых пористость материалу придается путем выщелачивания полимера, предварительно локально деструктированного воздействием ускоренными заряженными частицами. В результате образуются поры правильной цилиндрической формы с малой дисперсией по размерам. Пористость (число пор) в основном определяется временем облучения, в то время как диаметр пор определяется временем травления. 
 
В результате прохождения тяжелой заряженной частицы вдоль еееё траектории в веществе образуются узкие области с измененной химической и физической структурой, которые называются латентными (скрытыми) треками. Визуализация и увеличение этих треков происходит в результате избирательного травления облученного полимера. Таким образом, технологический процесс получения мембран по этому методу состоит из стадий облучения пленки потоком частиц, например, тяжелых ионов или осколками деления ядер урана, последующего травления, вымывания продуктов деструкции и сушки мембраны. Иногда для интенсификации процессов травления мембрану дополнительно подвергают жесткому ультрафиолетовому облучению. 
 
Организованное в СССР в 70-е годы прошлого века производство «ядерных фильтров» включает облучение пленок, в основном полиэтилентерефталатных (XXII), ионами ксенона и последующее травление растворами щелочей. «Ядерные фильтры» фирмы «Nucleopore Co.» получают бомбардировкой поликарбонатной (XI) пленки осколками деления, образующимися при облучении тонкой пластинки <sup>235</sup>U потоком нейтронов из атомного реактора. 
Дисперсия диаметров пор «ядерных фильтров» составляет примерно 2 % в диапазоне диаметров от 0,05 до 10 мкм. Для пор меньшего диаметра дисперсия увеличивается и достигает 15 % для пор диаметром 0,02 мкм. 
 
Количество пор контролируется потоком заряженных частиц и изменяется в пределах от 10<sup>5</sup> до 10<sup>10</sup> см<sup>-2−2</sup>, при этом общая пористость составляет 7-10 %. По этой причине удельная производительность мембран низкая. При большей пористости становится заметным двойное или даже тройное перекрывание пор. 
 
«Ядерные фильтры» находят широкое применение в промышленности. Прежде всего, при производстве элементной базы микроэлектроники, где требования к чистоте воздуха и технологических жидкостей очень высокие. Например, содержание механических частиц в воде не должно превышать 50-150 шт/см<sup>3</sup>. Широкое применение «ядерные фильтры» находят при решении ряда проблем, связанных со стерилизацией биологических сред, фракционированием и исследованием крови, очисткой вирусных вакцин и др., в пищевой промышленности при холодной стерилизации жидких пищевых продуктов, сепарации и концентрировании пищевых и кормовых продуктов, а также для создания средств защиты органов дыхания от воздействия аэрозолей.