4.5.3.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученные методом полива на подложку

Покрытия на пористую подложку наносят с помощью ракли, валиков, распылением полимера или погружением в него. Выбор метода определяется вязкостью раствора полимера, летучестью компонентов и толщиной необходимого покрытия.

Если поливочная масса имеет большую вязкость, используют ракли - ножи, установленные под определенным углом по всей ширине пористой подложки (рис.4.52.).

Рис.4.52. Схемы нанесения покрытий с помощью ракли

(а-в-варианты расположения ракли): 1-подложка; 2-покрывающий раствор; 3-ракля; 4-поддерживающий валик;

5-транспортирующая лента; 6-поддерживающий стол

Метод погружения применяют для формирования двухстороннего покрытия и для нанесения разделительного слоя на элементы сложной формы.

Распыление при изготовлении мембран используют редко, но делают это в электрическом поле, заземляя подложку и сообщая отрицательный заряд наносимой массе. Валковый способ нанесения разделительного слоя заключается в том, что валик, частично погруженный в ванну с раствором полимера, захватывает его и переносит на движущееся под ним по второму валику полотно пористой подложки (рис.4.53).

Рис.4.53. Схемы нанесения покрытий валковыми способами

(а-г - варианты расположения валиков): 1-подложка; 2 - нож, снимающий избыток формовочного раствора;

3-барка с формовочным раствором; 4-покрывающий валик; 5-прижимной валик;

6-калибрующий валик; 7-гладильные валики

Такая схема хорошо тогда, когда поливочный раствор сохраняет вязкотекучее состояние в течение времени, достаточного для сглаживания поверхности. Если такое сглаживание не достигается самопроизвольно, применяют различные сглаживающие устройства, обычно систему дополнительных валиков, вращающихся в различном направлении с разной скоростью.

Для получения УТС часто пользуются методом касающегося валика (рис.4.54). Постоянный уровень раствора в ванночке поддерживают за счет его перетока.

Рис.4.54.Схема нанесения покрытий

касающимся валиком: 1-подложка; 2-валик; 3-формовочный раствор.

 

 

 

 

 

 

Сформованный на пористой подложке УТС далее проходит обычные стадии получения полимерных мембран по мокрому, сухому или сухомокрому способам. На рис.4.55.представлена схема машины для получения мембран на бумажной основе. В ней использован способ касающегося валика и сухой метод формования мембраны.

Рис.4.55. Технологическая схема получения ультрафильтров на бумажной подложке: 1 - мерники исходных компонентов; 2 - рулон бумаги; 3 – формовочная машина;

4 - бобина с ультрафильтром; 5 - узел резки; 6 - бак с формовочным раствором;

7 - фильтр-пресс; 8 -растворитель; 9 – бункер с полимером для УТС

4.5.3.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученные методом межфазной поликонденсации

Сущность метода: на пористую подложку наносят раствор мономера или олигомера, в мономерных звеньях которых имеются две и более функциональные группы. Затем слой обрабатывают реагентом, который растворен в другом растворителе, не смешивающемся с первым. Реагент является инициатором реакции сшивки как молекул растворенного вещества между собой, так иногда и с полимером подложки. В процессе такой межфазной поликонденсации образуется нерастворимая пленка, которая и является разделительной в мембране.

Толщину пленки легко регулировать концентрацией раствора и в промышленности их получают толщиной 0,1-1 мкм. Благодаря объемной сшивке мембрана приобретает высокую химическую и термическую стойкость.

С целью предотвращения разрушения мембраны при ее эксплуатации за счет дефектов пористой подложки часто между подложкой и разделительным слоем формируют промежуточный слой (несущий, транспортный). Он должен служить опорой, дренажем и дополнительным скреплением разделительного слоя и подложки.

Промежуточный слой формируют из полимерных растворов. Благодаря низкой диффузии макромолекул сшивки в реакции поликонденсации образуются в первоначально сформировавшемся слое, который благодаря этому упрочняется и в дальнейшем служит прокладкой.

Как правило, одним из растворителей при межфазной поликонденсации является вода. В ней хорошо растворяются низкомолекулярные продукты. Вторым растворителем обычно бывают гексан, гептан или бензин.

Водорастворимым мономером чаще всего выбирают амины, содержащие не менее двух аминогрупп (этилендиамин, диаминоциклогексан, фенилендиамин, гидразин). Это объясняется хорошей устойчивостью полиаминов к действию окислителей, хлора, микрофлоры, а также гибкостью получаемой полиаминовой пленки. Множество работ опубликовано, где в раствор аминов добавляют модификаторы, которые способствуют интенсификации межфазного переноса, формируют заданную пористую структуру и т.п.

Второй компонент, называемый сшивающий агент, - это реакционные по отношению к аминогруппам органические соединения: ангидриды, хлорангидриды, карбоновые кислоты, изоцианаты.

В принципе выбор и мономера, и сшивающего агента очень широк, что расширяет и ассортимент мембран. Технология таких композитных мембран следующая: вначале водный раствор мономера наносят на подложку обычно погружением ее в раствор и выдерживанием. Можно это делать также намазыванием, поливом, напылением, валиковым нанесением.

Далее следует удаление избыточного количества раствора. Наиболее простой способ - подсушивание подложки в атмосфере инертного газа.

Второй компонент наносят погружением подложки в раствор сшивающего агента в органическом растворителе. Поскольку растворители не смешиваются, реакция проходит на поверхности подложки, а внутрь не распространяется.

Заключительной стадией является сушка мембраны. Ее проводят по специальной температурной программе: сначала при комнатной температуре, затем при повышенной, потом отжиг (150°С).

УТС на композитных мембранах защищают на период хранения и монтажа слоем водорастворимого полимера (ПВС). При контакте с водой он растворяется, открывая сохранившийся разделительный слой.