Экспресс метод исследования процесса формования половолоконных мембран с внешним осаждением

Полимерные половолоконные мембраны впервые были описаны в патенте 1966 года, однако задачи совершенствования методов их формования остаются актуальными и в наше время. Половолоконная конфигурацию мембран обеспечивает наибольшую площадь поверхности разделения за счет высокой плотности упаковки мембраны в модуле (до 20000 м2/м3 в аппаратах «искусственная почка»). Оптимальная морфология мембран, определяющая их разделительные и эксплуатационные характеристики, закладывается на стадии их получения. Однако поиск оптимальных условий формования является трудоемким и длительным процессом, требующим большого расхода материалов. Для снижения затрат времени и требуемых реактивов (полимер, растворитель, осадитель и различные добавки), в рамках проекта предлагается разработать экспресс метод формования образцов половолоконных мембран в контролируемых условиях с использованием малого количества исходных материалов. Для решения поставленной задачи будет создана оригинальная установка (манипулятор) на основе 3D принтера, которая позволит получать до 30 мини-образцов половолоконных мембран. В состав манипулятора будет входить блок, двигающийся по координатам x, y, z, игла-носитель, благодаря последовательному опусканию которой в прядильный раствор и осадитель будут сформованы мини-образцы мембран, и полимерная платформа с отверстиями под емкости для растворов и осадителей. Для манипулятора будет разработано программное обеспечение, которое позволит задавать алгоритм движения иглы- носителя и платформы с бюксами для получения 30 мини-образцов половолоконных мембран. Программа будет задавать скорость движения иглы-носителя по координатам x, y, z и платформы с емкостями различного назначения (формовочные растворы, осадители и др.), а также время контакта иглы-носителя с формовочным раствором, воздухом и осадителем, моделируя тем самым режимы традиционного способа “сухо-мокрого” формования с воздушным зазором. Разработанный метод впервые позволит получать до 30 образцов половолоконных мембран за один формовочный цикл, одновременно варьируя условия формования в широком диапазоне (концентрация полимера, природа растворителя и осадителя, время экспозиции на воздухе и в среде осадителя, режимы постобработки и отмывки образцов, диаметр иглы-носителя). Это позволит существенно сократить время получения данных по влиянию условий формования половолоконных мембран на их морфологию и транспортные свойства, а также минимум на 2 порядка уменьшить требуемый объем формовочного раствора на один эксперимент (с 200-300 мл до 10 мл). В качестве мембранного материала будет взят хорошо изученный полимер полисульфон, что позволит соотнести полученные результаты с опубликованными данными. Таким образом, тематика проекта по разработке экспресс метода формования образцов половолоконных мембран в контролируемых условиях с использованием малого количества исходных материалов является весьма актуальной. Высокая научная значимость определяется тем, что разрабатываемый новый экспресс метод исследования процесса формования половолоконных мембран позволит перейти на принципиально более высокий уровень накопления экспериментальных данных о взаимосвязи «состав формовочного раствора – структура половолоконной мембраны – разделительные свойства мембраны» и вовлечь в эти исследования новые лабораторные образцы полимеров, объемы синтеза которых недостаточны для существующих методов получения лабораторных образцов половолоконных мембран.