水蒸气在膜中的渗透行为——塑化和溶胀

    上面介绍的渗透组分成簇迁移主要在渗透分子之间的相互作用力大于渗透组分与聚合物之间的相互作用力时发生。当渗透组分与聚合物之间相互作用较强时，渗透组分在聚合物中的存在可能会对聚合物产生塑化作用。

    聚醚砜是一种亲水性聚合物材料，水蒸气在聚醚砜膜中渗透时，会对膜产生塑化现象，增大了聚合物链段之间的空隙，从而使其扩散系数随原料水含量的增加而增加。对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)／聚砜共混聚合物膜的水蒸气渗透行为研究发现，水蒸气在膜中的平衡吸附曲线表现为两段。当低原料活度时，符合双吸收模型；而在高活度时，符合溶胀模型。当PVP含量小于20％时，吸附动力学表现为一般的Fiek行为；当PVP含量大于40％时，不同原料活度下表现为两段行为：活度趋于零时，随PVP含量增加扩散系数降低，归因于自由体积的减小；高活度时，由于材料被大量吸附水所塑化和溶胀，随原料水活度增加，扩散系数显著增加。对上面提到的水蒸气在一些聚酰亚胺材料中渗透、阻塞存在成簇迁移外，也存在塑化现象，水蒸气在膜中的溶解度可用Flow—Huggins理论描述。

    对水分子与聚合物作用不是很强的体系，成簇和塑化往往是同时存在，在不同体系中所起的作用大小不同。成簇与塑化现象都使溶解度随活度增大而增大。若扩散系数随活度增大而增大，则认为是塑化或溶胀起支配作用；反之，成簇迁移的作用明显。

    对于强亲水性聚合物材料，水蒸气在膜中产生的溶胀现象更为明显。研究用醋酸纤维(CA)中空纤维膜分离器从N：中脱除水蒸气的过程发现，水蒸气通过膜的渗透速率受原料侧水蒸气分压(相对湿度)影响很大。水蒸气渗透速率随相对湿度的提高呈指数提高，H2O／N。分离系数从低湿度到高湿度在20～250范围内变化。有文献认为，引起这种扩散系数变化的主要原因是CA膜是一种强亲水性材料，水蒸气一旦与膜接触，就在膜内产生毛细管凝聚，液态水与膜形成水凝胶，聚合物链段之间的空隙被水充满，使聚合物溶胀，大大提高了水蒸气渗透速率。

    聚合物发生塑化或溶胀作用的结果，使渗透物质扩散系数增加，气体渗透速率提高。