三元体系完整的相图如图所示,它可细分为四个区域,图中I是单相溶液区,由聚合物一溶剂轴和浊点线或称双节线构成;浊点线右边Ⅱ是液一液两相区。在两相区,旋节线又划出亚稳区和非稳区,在各区域相分离机制是不同的。浊点线与旋节线之间是亚稳区,相分离是成核一生长机制,即当组分进人B时,在稀相产生核,其中超过临界尺寸的核将不断成长直到核聚结而形成膜结构;旋节线右边是非稳区,相分离是增幅分解机制。即膜液中浓度波动在非稳区将持续增长,最后形成网络结构膜。Ⅲ是聚合物富相达到玻璃转变区,Ⅳ是单相玻璃态区。连接线表示富相与贫相对应的平衡浓度。玻璃化转变线以上区域是固态单相区,当铸膜液组分进入该区形成固态。
C是临界点浓度,它决定液一液相分离时是稀相成膜还是富相成核。如果膜液在C,点下相分离,初生核在富相产生,连续相是稀相,最终形成的膜结构将是松散的,没有机械强度的膜是不能使用的。因此实用的膜均要求在ff点以上发生相分离,使最终膜结构中富相是连续相,并具备一定的机械性能。
在成膜过程中,当铸膜液沿路径AB变化直接达到玻璃化转变线,产生玻璃化转变,形成均质、致密玻璃态膜;当铸膜液沿路径Ac改变时,膜液组成将穿过浊点线进入亚稳区,这时在稀相产生初始核,大于临界核的初始核快速增长,导致液一液相分离,随着溶剂与非溶剂的不断交换,富相组分浓度c7将沿着浊点线上升,当穿过玻璃化转变线进入固相区D而被固化成膜。前者对应着皮层形成,后者对应着支撑层形成,从而来解释非对称膜结构的形成机理。
铸膜液所选用组分不同,相图也随之改变,根据分离对象要求,选定成膜聚合物材料,膜结构可以通过改变溶剂/非溶剂配对来调整。
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