论文标题：A Novel Green Diluent for the Preparation of Poly(4-methyl-1-pentene) Membranes via a Thermally-Induced Phase Separation Method

期刊：Membranes

作者：Yuanhui Tang, Mufei Li, Yakai Lin, Lin Wang, Fangyu Wu and Xiaolin Wang

发表时间：13 August 2021

DOI：10.3390/membranes11080622

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期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/membranes

作者介绍

唐元晖 副教授

中国矿业大学（北京）

研究方向：主要从事有机膜形成过程的机理、制备与应用，化工、矿井水处理与资源化。

林亚凯 博士, 助理研究员

清华大学

研究方向：高分子材料科学与膜分离技术交叉融合的高分子膜材料与工程领域，致力于新型分离膜的创新与制备工艺研究

王晓琳 教授

清华大学

研究方向：分离膜材料；水处理膜技术；膜法水净化与废水资源化。

研究背景

聚 (4-甲基-1-戊烯) (PMP) 是一种半结晶型聚烯烃材料，具有热稳定性高、耐化学性好、气体渗透性优异和生物安全等特点，因此PMP膜在医用材料和气体分离等方面备受关注，特别是在体外膜肺氧合 (ECMO) 系统中，PMP膜作为这种重要医用体外装置的核心材料，为那些无法进行充足气体交换的心肺器官提供长期呼吸支持。目前，应用于ECMO系统的PMP膜主要是通过热致相分离 (TIPS) 法制备而成。其中，合适的稀释剂是控制TIPS法制备PMP膜结构和性能的决定性因素。但目前文献中已报道的大多数稀释剂，如己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等，普遍具有弱毒性甚至致癌，导致相应PMP膜的生产和应用都可能对人类健康和环境产生负面的影响。

因此，为了响应全球“绿色生产”的号召，来自中国矿业大学 (北京) 唐元晖研究团队和清华大学王晓琳/林亚凯研究团队合作在Membranes期刊上发表了题为"A Novel Green Diluent for the Preparation of Poly(4-methyl-1-pentene) Membranes via a Thermally-Induced Phase Separation Method"的文章，试图在自然界广泛存在的四种无毒脂肪酸 (包括月桂酸 (LA)、肉豆蔻酸 (MA)、棕榈酸 (PA) 和硬脂酸 (SA) )中寻找一种绿色安全的稀释剂来制备可用于ECMO系统的PMP膜。通过对溶度参数距离的分析和膜结构的研究，发现以PMP-MA二元体系热力学相图具有34.89%偏晶点，在30%PMP质量浓度条件下，PMP-MA二元体系在降温中能发生液-液 (L-L) 相分离得到具有主体双连续通透且表层致密结构的膜，所制得的PMP中空纤维膜的拉伸强度、孔隙率和氮气通量等性能均已达到国际先进水平。

实验过程

本文作者首先以Hansen溶度参数距离为指标筛选了四种无毒脂肪酸与PMP的相互作用并研究了它们作为单一稀释剂对PMP膜结构的影响，从中确定了最佳稀释剂MA，绘制了PMP-MA体系的热力学相图，并研究了PMP质量浓度对膜结构和结晶行为的影响，确定30%可以作为最佳的PMP质量浓度且以此制备了中空纤维膜，如图1所示，全面地表征了膜的表面结构、断面结构、机械性能和透气性能等。

图1. TIPS法制备PMP中空纤维膜过程示意图

实验结果

结合Hansen溶度参数距离和膜断面结构，在系列天然无毒脂肪酸中选择MA作为最优稀释剂。然后针对PMP-MA体系，绘制了二元热力学相图并考察了PMP浓度对系统结晶行为和膜结构的影响，证明在PMP质量浓度在34.89%的偏晶点以下，降温后体系可以发生L-L相分离，得到具备双连续结构的PMP膜。随后以30%的PMP质量浓度制备了具有主体双连续通透且表层致密的PMP中空纤维膜 (如图2所示)，其孔隙率可达到70%，拉伸强度为96cN，同时氮气通量为8.20 ± 0.10 mL•(bar•cm²•min)⁻¹。本研究选用无毒绿色稀释剂-MA并成功制备出PMP中空纤维膜，为今后面向ECMO等医用PMP膜制备及应用提供了一种成功的方法。

图2. PMP中空纤维膜形态：(a) 膜整体断面结构；(b) 接近外表面的膜断面结构；(c) 局部的膜断面结构；(d) 膜的外表面；(e) 膜的表面粗糙度。

Membranes 期刊介绍

主编：Spas D. Kolev, The University of Melbourne, Australia

期刊研究范围涵盖非生物膜和生物膜科学和技术，包括膜动力学，膜的制备和表征及其在化工、环境、能源、医学和食品工业中的应用等方向，包括膜化学、物理、工程和生物学等研究领域。

*MPT: Median Publication Time; APT: Average Publication Time