相转化法聚合物溶剂非溶剂铸膜体系的热力学计算

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1、E034相转化法聚合物/溶剂/非溶剂铸膜体系的热力学计算魏永明杨晓天许振良（华东理工大学化学工程研究所，上海200237）摘要本文计算了相转化法铸膜体系中常见的典型三元相图，分析了聚合物与溶剂之间的相互作用参数、聚合物与非溶剂之间的相互作用参数、溶剂与非溶剂之间的相互作用参数对聚合物/溶剂/非溶剂铸膜液体系相图的影响，以及体系温度和聚合物分子量对聚合物/溶剂/非溶剂铸膜液体系相图的影响。根据溶剂－非溶剂汽液平衡数据和溶解度参数得到了溶剂－非溶剂的Flory-Huggins相互作用参数，以及溶剂与聚合物和非溶剂与聚合物之间的Flory-Huggins相互作用参数，从而获得了几种常见铸膜液体

2、系的相图。同时，利用聚合物/溶剂/非溶剂铸膜液体系的相图数据对热力学模型的参数进行了优化，取得了与实验结果较一致的计算结果。关键词相转化法热力学三元相图相互作用参数理论计算中图分类号TQ028.8CALCULATIONOFTHERMODYNAMICSOFPOLYMER/SOLVENT/NONSOLVENTMEMBRANECASTINGSOLUTIONINPHASEINVERSIONPROCESSWEIYong-Ming,YANGXiao-TianandXUZhen-Liang(ChemicalEngineeringResearchCenter,EastChinaUniversityofS

3、ci.andTech.,Shanghai200237，China)AbstractTypicalternaryphasediagramsinphaseinversionmembranecastingsystemwerecalculated.Effectsofinteractionparametersbetweenpolymerandsolventornonsolventandinteractionparametersbetweensolventandnonsolventonternaryphasediagramofpolymer/solvent/nonsolventmembranecas

4、tingsystemwereanalyzed.Theeffectsoftemperaturetogetherwithpolymermolecularweightontheternaryphasediagramwerealsoanalyzed.SeveralternaryphasediagramofcommonmembranecastingsystemwerecalculatedbasedontheFlory-Hugginstheoryofpolymersolution.Theinvolvedmembranecastingsystemswerepolyethersulfone(PES)/s

5、olvent/watersystems,polysulfone(PSF)/solvent/watersystemsandPSF/solvent/nonsolventsystems.TheinvolvedsolventswereN,N-dimethylacetamide(DMAc),N,N-dimethylfor-mamide(DMF),dimethylsulfoxide(DMSO)and1-Methyl-2-pyrrolindone(NMP).Andtheinvolvednonsolventswerewater,ethanol,butanolandpentanol.Atthesameti

6、meoneparameterinthemodelwereoptimizedaccordingtotheexperimentaldata.Thecalculatedbinodalcurvesofthesesystemsagreedwithexperimentdata.Keywordsphaseinversion，thermodynamic，ternaryphasediagram，interactionparameter，theoreticalcalculation引言相转化法是目前制备聚合物分离膜的主要方法。相图是描述聚合物/溶剂/非溶剂铸膜液[1,2]体系热力学性质的有力工具。聚合物/溶

7、剂/非溶剂体系是在浸入沉淀相转化法制膜过程中常见的体系。不同聚合物/溶剂/非溶剂体系具有不同的热力学性质，可以通过相图反映出来。而聚合物/溶剂/非溶剂体系的不同热力学性质影响到最终形成膜的结构。低浓度区的相图可以通过浊点滴定等实验手段获取，但是要对高浓度区域的相图进行实验测定相当困难。通过聚合物溶液热力学方法，从理论上可以计算出整个相图区域。Flory－Huggins理论是经[2]典的高分子溶液理论，在各个方面得到了广泛应用。Alt