پیش بینی مورفولوژی غشاء بر پایه ترمودینامیک از طریق ترسیم و تحلیل دیاگرام فازی سیستمهای پلیمر-حلال-غیرحلال (باینودال، اسپینودال)

مورفولوژی غشاء تاثیر بسزایی بر عملکرد آن دارد. از اینرو، علم شناخت مورفولوژی و آگاهی از ارتباط بین کارآیی و مورفولوژی بسیار حائز اهمیت است. اگر بتوان با کنترل شرایط محیطی حاکم بر فرآیند ساخت غشاء، به مورفولوژی مورد نظر و در نتیجه کارآیی مورد انتظار از آن رسید، گام بزرگی در این جهت برداشته می شود. در این تحقیق، هدف اصلی پیش بینی مورفولوژی غشاءهای پلیمری است که با روش تغییر فاز و تکنیک رسوب گذاری غوطه وری ساخته می شوند. بدین منظور، غشاء پلیمریِ پلی اتر سولفون جهت بررسی انتخاب شده که در ساخت آن از دی متیل سولفوکساید به عنوان حلال و آب دی یونیزه به عنوان غیر حلال استفاده شده است. با توجه به مطالعات صورت گرفته در زمین? پیش بینی مورفولوژی غشاء، مشهود است که جنب? ترمودینامیکی فرآیند ساخت این نوع غشاءها از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. لذا با استفاده از دو روش مجزا دیاگرام سه جزیی مربوطه ترسیم شده است. روش اول استفاده از تئوری فلوری – هاگینز می باشدکه دلیل انتخاب آن علاوه بر کاربردی بودن، تعدد استفاده در تحقیقات مشابه است. البته، وابسته بودن آن به داده های آزمایشگاهی جهت محاسب? پارامترهای برهمکنش بین اجزای سازنده- که انجام آنها غالباً مشکل و زمانبر است- استفاده از آن را محدود می کند. اخیراً، مدل محلول منظم تراکم پذیر (crs) نیز به این منظور به کار گرفته شده که از آن به عنوان روش دوم بهره گرفته شده است. این مدل، برخلاف روش اول نیازمند داده های آزمایشگاهی نمی باشد و با استفاده از خواص اجزاء خالص از جمله پارامتر حلالیت، ضریب انبساط حرارتی و غیره می توان معادلات غیر خطی مربوط به ترسیم منحنی باینودال ( مرز بین ناحی? تک فازی و ناحی? دو فازی) و اسپینودال( مرز بین ناحی? دو فازی پایدار و ناحی? دو فازی نیمه پایدار) و نقط? بحرانی را بدست آورد و با کمک روشهای حل عددی، این معادلات را حل و منحنیها را ترسیم نمود. با استفاده از این دو مدل تئوریکی، منحنیهای باینودال و اسپینودال ترسیم شده است. مطالعات انجام شده نشان می دهد که اندازه گیری نقاط ابری شدن با روش تیتراسیون روشی مناسب برای تعیین محل منحنی باینودال آزمایشگاهی می باشد؛ بدین جهت در این تحقیق از این روش استفاده شده و منحنیهای ترسیم شده از طریق دو روش تئوریکی مذکور با داده های آزمایشگاهی مربوطه، مقایسه شده است. منحنی باینودال ترسیم شده با استفاده از مدل crs نسبت به تئوری فلوری – هاگینز تطابق بیشتری با داده های آزمایشگاهی دارد. درنتیجه، مدل مناسبتری برای این منظور می باشد. سپس با توجه به محل قرار گیری منحنیهای باینودال و اسپینودال و نقط? بحرانی سیستم سه جزیی پلی اتر سولفون - دی متیل سولفوکساید – آب، مورفولوژی غشاء ها با ترکیب درصدهای مختلف پیش بینی شده است. به منظور بالا بردن دقت و صحت این پیش بینی، تجهیزاتی برای اندازه گیری میزان عبور نور طی فرآیند تشکیل غشاء ، طراحی شده و از نتایج آن ، نوع تشکیل غشاء(آنی - با تاخیر) مشخص شده است. همچنین، جهت بررسی صحت پیش بینی صورت گرفته، غشاءهایی با ترکیب درصد 8 ، 12 و20 درصد وزنی از پلیمر پلی اتر سولفون در حمام انعقاد حاوی غیر حلال آب با ترکیب در صدهای متفاوتی از حلال دی متیل سولفوکساید (0% ، 40% و 70%) ساخته شده و عکسبرداری از غشاءهای مورد نظر توسط میکروسکوپ الکترونی(sem) در دو وضعیت سطحی و برشهای مقطعی صورت پذیرفته است. مورفولوژی مشاهده شده در این عکسها تطابق بسیار خوبی با پیش بینی صورت گرفته با توجه به دیاگرام سه جزیی ترسیم شده و نتایج تستهای عبور نور دارد.