论文标题：Preparation of Thermoplastic Polyurethane (TPU) Perforated Membrane via CO2 Foaming and Its Particle Separation Performance（通过二氧化碳发泡技术制备热塑性聚氨酯通孔薄膜并对其颗粒分离性能进行研究）

期刊：Polymers

作者：Chengbiao Ge,Wentao Zhai , and Chul B. Park

发表时间：10 May 2019

DOI：10.3390/polym11050847

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期刊链接：

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原文通讯作者简介

翟文涛

中山大学

翟文涛教授，IUPAC东亚高分子学会会员、中国塑料加工工业协会专家委员会副秘书长。翟教授主要研究领域包括多相多组分聚合物微孔材料加工、成型和性能研究，聚合物热塑弹性体发泡材料、有机/无机杂化气凝胶材料，多孔碳材料。

文章导读

通孔结构可赋予薄膜抗污染能力，同时可促使膜组件在操作过程中使用较低的操作压力，这些优势致使这种薄膜在微生物纯化以及分离等领域展示出良好的应用前景。但目前报道的制备方法所涉及的工艺路线繁琐且制备成本高昂，最为重要的是采用目前工艺路线制备出的通孔薄膜不具有足够的强度去作为自支撑材料使用。因此，探索出一条低成本、高效且环保的工艺路线对于推广通孔结构膜的应用具有重要意义。值得注意的是由于环境友好、节约成本以及工艺简单的特点，物理发泡技术是一种高效制备多孔材料的技术手段。但是在发泡剂于聚合物表面快速逸散行为的影响下，导致现有物理发泡技术还不能够实现通孔结构膜材料的制备。本文中翟教授首次提出于材料表面构建大量异相成核位点可于物理发泡工艺中实现通孔薄膜的制备，同时这些薄膜在自支撑的状态下展示出优异的颗粒富集与分离表现 (图1)。

图1.通过表面构建成核位点于物理发泡工艺中实现通孔结构薄膜制备。

图2为2.0MPa饱和压力下，120 °C发泡温度下制备的通孔TPU薄膜材料。这突出证明了本文构建的物理发泡技术在制备通孔薄膜方面的可行性。

图2. 2.0MPa饱和压力下，120 °C发泡温度下制备的通孔TPU薄膜材料。(a) 断面形貌，(b) 表面形貌，(c) 表面上泡孔的平均尺寸。

力学性能表征验证了这些通孔薄膜具有足够的强度去应对变形。同时，通孔结构尺寸与薄膜的变形程度间存在明显的关联性 (图3)，可实现薄膜构效关系的调控。

图3.通孔薄膜的拉伸力性能：(a) 应力应变曲线和 (b) 拉伸强度。

将制备的通孔薄膜置于图4a中的过滤装置。过滤前后滤液颜色证明了这些通孔薄膜于自支撑状态下可实现颗粒的富集与分离。图4b更有力证明了通孔结构膜在颗粒富集与分离领域的突出表现。

图4.(a) 过滤装置照片。(b) 悬浮液、滤液以及通孔膜的光学以及电镜照片。

结论

借助于材料表面的异相成核作用，翟教授首次于物理发泡过程中制备出通孔结构膜。通过调节饱和压力、发泡温度以及薄膜的厚度可实现通孔结构膜形貌调控。得到的通孔薄膜具有优异的力学表现，能够作为自支撑膜组件。而且，这些通孔膜能够有效地分离和富集颗粒。

期刊简介

Polymers (ISSN 2073-4360, IF 3.426) 是一个国际型开放获取英文学术期刊，研究范围涵盖与聚合物研究相关的各个方面。Polymers目前已被SCIE、Scopus、PubMed等重要数据库收录。期刊采用单盲高标准同行评审制，一审周期平均为13天，文章从接收到发表平均仅4天。