文章重要内容

     四川大学吴桐团队对基于非溶剂诱导相分离法制备聚合物微孔膜的研究进展进行了综述。文章总结了非溶剂诱导相分离法的成型原理以及相分离过程中热力学驱动力和动力学能垒对其微孔结构的影响，并对三种非溶剂诱导相分离法制备聚合物微孔膜的结构特征与影响因素进行了详细探讨与展望，以期推动高性能聚合物微孔膜的基础研究和产业化应用。

文章背景

       非溶剂诱导相分离法(NIPS)是工业上制备聚合物微孔膜的最常用方法，具有操作简单、微孔结构可控等多种优势。非溶剂诱导相分离可进一步划分为浸没沉淀相分离或液致相分离(LIPS)、蒸气诱导相分离(VIPS)与挥发诱导相分离(EIPS)，由于铸膜液厚度方向的传质动力学对聚合物膜的微孔结构起到决定性作用，三种方法制得的微孔膜具有不同的微孔结构特征及应用领域。在非溶剂诱导相分离过程中，相分离行为直接决定微孔膜的微孔结构与使用性能，因此相分离成膜机理的研究对聚合物微孔膜的加工、微孔结构调控与应用具有重大意义。

文章概述

本篇综述主要对NIPS法的成膜机理研究、热力学驱动力与动力学能垒对微孔结构的影响以及三种NIPS法制备的微孔膜的微孔结构特征及精准调控方法进行了总结，以期为从事相关领域的工作者提供启发借鉴。

自1960年加州大学的Leob和Sourirajan首次采用浸没沉淀相分离法制备了全球第一张具有工业应用价值的醋酸纤维素反渗透膜以来，NIPS法逐渐成为了工业中制备聚合物微孔膜的主要方法。NIPS法是通过溶剂与非溶剂的相互扩散使均相聚合物铸膜液的热力学性质发生改变，相分离成为聚合物浓相和聚合物稀相。聚合物浓相进一步固化形成骨架结构，聚合物稀相脱除溶剂后形成微孔。在NIPS工艺中，铸膜液配方是基础与核心：铸膜液中的溶剂/非溶剂配比直接决定相分离的热力学驱动力：初始配方离相分离临界点越远，成型过程中的均相浓缩时间就越长，越易形成致密皮层；而聚合物分子量和浓度会显著影响相分离的动力学能垒：铸膜液粘度越大，凝胶化速率就越快，其会抑制相分离的充分发展，从而降低孔隙率、孔径和微孔对称性(图 1)。

图1 (a)聚合物/溶剂/非溶剂的三元相图和不同相分离路径制得的凝聚态结构；(b) 不同NIPS成型工艺的相分离原理和微孔结构特点。

 相分离过程中，厚度方向的传质动力学对不同NIPS法制备的微孔膜结构起到决定性作用（图 1）。通过LIPS法制备的微孔膜通常具有致密皮层与疏松多孔亚层的非对称结构，并已广泛应用于水处理膜领域，如醋酸纤维素反渗透膜、聚偏二氟乙烯中空纤维膜和聚醚砜血液透析膜等。在VIPS法中，靠近铸膜液-空气界面处非溶剂的吸附速率越大、聚合物浓度越低，铸膜液内部因此形成浓度梯度。通过该工艺制备的微孔膜通常具有上大下小的非对称结构。在EIPS法中，溶剂快速挥发导致铸膜液-空气界面温度迅速下降，同时聚合物浓度的迅速升高导致铸膜液上表面粘度上升而抑制相分离，易制得皮层致密、内部大孔的非对称结构，因此该工艺常用于制备皮层致密、芯层多孔的气体分离膜。随后，对三种NIPS方法成膜过程中的影响因素及微孔结构调控研究进行了详细总结，并对最新研究进展进行了综述。

未来，相分离研究可将不同成型方法的优势有机结合，在高效率制备聚合物微孔膜的同时实现对微孔结构的精准调控。

本文为“聚合物膜”专辑特约稿件，论文第一作者为四川大学高分子研究所博士生彭琬馨，通讯作者为吴桐副研究员。

吴桐，男，1985年生，博士，现任四川大学高分子研究所副研究员/博士生导师，高分子材料工程国家重点实验室固定成员，主要从事高性能聚合物薄膜的加工成型原理研究与工业化应用。以一作/通讯作者身份在Science China Chemistry、Polymer、Materials and Design等期刊发表30余篇论文；以负责人身份主持国家自然科学基金青年项目、面上项目及国家重点研发计划子任务等项目；并荣获2023年度国家科技进步一等奖（第三完成人）、2022年度教育部科技进步一等奖（第三完成人）和2017年度贵州省科技进步一等奖（第三完成人）。

引用本文：

彭琬馨,张道鑫, 杨锋,曹亚, 向明,吴桐..基于非溶剂诱导相分离原理制备聚合物微孔膜的研究进展.高分子通报, doi: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2024.24.164Peng, W. X.; Zhang, D. X.; Yang, F.; Cao, Y.; Xiang, M.; Wu, T.polymeric membranes based on non-solvent induced phase separation. Polym. Bull. (in Chinese), doi: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2024.24.164

原文链接：

http://www.gfztb.com/thesisDetails#10.14028/j.cnki.1003-3726.2024.24.164&lang=zh