فیلم‌های متخلخل پلی‌استیرنی تهیه‌شده با فرایند جدایی فاز القایی با ضدحلال: ارتباط ساختارپارامترهای ترمودینامیکی

فرضیه: تخلخل و اندازه منفذ فیلم‌های متخلخل پلی‌استیرنی (ps) تهیه‌شده با روش رسوب‌دهی ‌غوطه‌وری با تغییر ترکیب اجزا تنظیم‌پذیر است. اثر تغییر ترکیب اجزا بر خواص فیلم‌های متخلخل با مشخصه‌های ترمودینامیکی قابل تبیین است.روش‌ها: محلول psکلروفرم به‌همراه افزودنی‌های کوپلیمر قطعه‌ای (پلی‌استیرنپلی(آکریلیک اسید)، پلی‌(اتیلن‌گلیکول) و گلیسیرین) یا ضدحلال (2پروپانول) تهیه شد. سپس، محلول ریخته‌گری و در حمام انعقاد 2پروپانولکلروفرم غوطه‌ور شد. فیلم متخلخل حاصل با میکروسکوپی الکترونی پویشی (sem) تصویربرداری و با آزمون تصویری ارزیابی شد. نمودار فازی سامانه با اندازه‌گیری‌های تجربی (نقطه ابری‌شدن) و روش نظری رسم شد. خواص ترمودینامیکی محلول و حمام انعقاد با اختلاف فشار اسمزی ضدحلال (δπns) و اختلاف فشار اسمزی حلال (δπs) بین محلول و حمام انعقاد ارزیابی شد. افزون بر این، نسبت نزدیکی محلول (arsolution) و حمام (arbath) به منحنی دوگره‌ای (باینودال) نیز به‌دست آمد.یافته‌ها: تخلخل و اندازه منفذ فیلم‌ها با کاهش غلظت پلیمر محلول و اضافه‌کردن افزودنی‌ها به محلول ریخته‌گری افزایش یافت. با کاهش غلظت پلیمر از %17wt به 12wt% ساختار فیلم از چگال به متخلخل (تخلخل %35 و متوسط قطر منفذ  2.8) تغییر کرد. افزودن مقادیر نسبتاً کمی از peg400 و گلیسیرین به محلول ریخته‌گری (%20 وزنی نسبت به ps) موجب افزایش شایان توجه تخلخل فیلم‌ها از %35 به‌ترتیب به 54 و %66 شد. با افزودن ضدحلال به محلول، تخلخل و اندازه منفذ ابتدا کاهش و سپس افزایش یافت. افزودن حلال به حمام انعقاد به افزایش تخلخل فیلم‌ها کمک کرد. افزودن ضدحلال به محلول و حلال به حمام انعقاد به‌ترتیب با کاهش کیفیت حلال (افزایش arsolution) و کاهش قدرت رسوب‌دهی منعقدکننده (افزایش arbath) برای پلیمر همراه بودند. افزایش تخلخل و اندازه منفذهای فیلم به‌طورعمده با افزایش δπns و کاهش δπs همراه بودند.

Polystyrene Porous Films Prepared by Nonsolvent Induced Phase Separation Process: StructureThermodynamic Parameters Relationship”

Hypothesis: The porosity and pore size of polystyrene (PS) porous films prepared by immersion precipitation can be adjusted by varying the composition of the ingredients. The effect of composition variations on the characteristics of porous films can be elucidated by thermodynamic parameters.Methods: A PS/chloroform solution with additives (polystyreneblockpoly(acrylic acid), polyethylene glycol (PEG), and glycerol) and/or nonsolvent (2propanol) was prepared. Then, the solution was cast and immersed in a 2propanol/chloroform coagulation bath. The resultant porous film was imaged by scanning electron microscopy (SEM) and investigated by image analysis. The phase diagram of system was plotted through experimental measurements (cloud point) and theoretical method. The thermodynamic properties of the solution and coagulation bath were evaluated using nonsolvent osmotic pressure difference (ΔΠNS) and solvent osmotic pressure difference (ΔΠNS) between the solution and coagulation bath. Moreover, the approaching ratio of solution (ARSolution) and bath (ARBath) to the binodal curve was also obtained.Findings: The porosity and pore size of the films increased with decreasing the polymer concentration and adding the additives to the casting solution. By decreasing polymer concentration from 17% wt to 12% wt, the film structure changed from dense to porous (35% porosity and average pore diameter 2.8 μm). Addition of small amounts of PEG400 and glycerol to the solution (20% by weight relative to PS) significantly increased the porosity of the films from 35% to 54% and 66%, respectively. The porosity and pore size decreased first and then increased with adding nonsolvent to the solution. Adding solvent to the bath helps increase porosity. Addition of nonsolvent to the solution and addition of solvent to the bath were accompanied by decreasing solvent quality (ARSolution increase) and decreasing precipitation power of coagulant (ARBath increase) for the polymer, respectively. The increase in porosity and pore size was mainly associated with increasing ΔΠNS and decreasing ΔΠS.