اهميت و اثر خواص ريولوژي محلول هاي پليمري در فرايند جدايي فاز و شكل شناسي غشاهاي پليمري

The Importance and Influence of Rheological Properties of Polymer Solutions in Phase Inversion Process and Morphology of Polymeric Membranes

با توجه به توسعه روزافزون فناوري هاي غشايي در صنايع مختلف و نيز اهميت شك لشناسي غشاهاي نامتقارن در تعيين عملكرد فرايندهاي جداسازي غشايي، كنترل اين پارامتر موضوع مهمي در فرايند ساخت غشا به شمار مي آيد. از اين رو، در اين مقاله اثر خواص ريولوژيكي محلول هاي پليمري از جمله رفتار گرانروكشساني و ژل شدن بر شكل گيري )فرايند جدايي فاز( و شك لشناسي انواع غشاها )اعم از تخت و الياف توخالي( بررسي شده است. مطالعات انجام شده نشان داد، جدايي فاز، فرايندي شاخص در تشكيل غشاهاي نامتقارن است و دو سازوكار مهم جدايي مايع-مايع و جامد-مايع نيز عاملي موثر در تغيير شكل شناسي غشا به شمار مي آيد. بنابراين، با كنترل مرحل ه ابتدايي فرايند جدايي فاز، مي توان ريزساختار غشا را كنترل كرد و ساختاري مطلوب به دست آورد. افزون براين، رفتار ريولوژيكي محلول هاي پليمري حين ساخت غشا نيز عاملي اثرگذار بر ساختار شك لشناسي غشا به شمار مي آيد. بنابراين، مطالعه و بررسي اصول حاكم بر رفتار ريولوژيكي محلول هاي پليمري مانند گرانروكشساني و گرانروي هاي برشي و كششي نقش مهمي در تعيين شكل شناسي و عملكرد جداسازي غشا ايفا مي كند. در اين مقاله، با توجه به اثر متقابل ريولوژي محلول هاي پليمري و فرايند جدايي فاز، اثر تغيير ويژگي هاي ريولوژي محلول بر فرايند جدايي فاز و در نهايت تشكيل غشاهايي با شكل شناسي و ساختار متفاوت مطالعه شده است. همچنين، ضمن بررسي اثر مشخصه زمان استراحت محلول هاي پليمري كه در فرايند ساخت غشا قرار دارند و تحليل ژل شدن و سازوكار هاي آن، شكل شناسي نهايي غشا با توجه به رقابت ميان سرعت رشد نواحي )فرايند جدايي فاز( و سرعت ژل شدن )رفتار ريولوژي( بحث شده است.

Considering the rapid progress in applications of membrane separation technologies in various industries and the importance of morphologically asymmetrical membranes in governing the separation performance in membrane systems, control of this parameter in the membrane fabrication process is regarded as a prominent subject in this field. Hence, investigation on the rheological properties of polymer solutions, including viscoelasticity and gelation behavior and their influence on the membrane formation and morphological structure of the membranes including flat sheet and hollow fiber membranes is a prerequisite to produce asymmetric membranes with desirable characteristics. Phase inversion is the most widely used technique for the preparation of asymmetric membranes. The two major mechanisms of liquid-liquid and solid-liquid demixing in membrane fabrication process affect the morphology of the membranes. Therefore, controlling the phase inversion in the early stage can greatly influence the microstructure of the membrane. The rheological behavior of polymer solutions during the fabrication of membranes as well as other factors that influence the morphological structure of the membranes have been evaluated in the present study. In addition, the principles governing the rheology of polymer solutions such as viscoelasticity, shear and extensional viscosity play a crucial role in determining the membrane morphology and separation performance. Due to the interaction of the rheology of polymer solutions and phase inversion, the effects of changes in the rheological properties on the phase inversion and the formation of membranes with different structures and morphologies are studied. Furthermore, in addition to the analysis of the relaxation time and gelation mechanisms, discussions are provided on the determination of the final membrane morphology considering the competition between the domains growth and gelation rates.