高分子膜製造における不純物除去促進を目的とした多成分溶液乾燥のモデリング

本研究では、高分子-揮発性溶媒-不純物の3成分高分子溶液のモデルとしてポリスチレン-エチルベンゼン-トルエン系を使用し、乾燥実験を行った。実験では試料質量の経時変化より溶液全体の乾燥速度を求め、さらにガスクロマトグラフィーにより溶液中の各成分の濃度の経時変化を測定し、各成分の乾燥速度を求めた。この結果より膜厚、および初期組成が乾燥速度などに及ぼす影響を検討し、以下の知見を得た。膜厚5mmの場合、初期組成の違いによらず乾燥速度は乾燥開始後しばらくして急激な低下を示し、乾燥速度曲線に折れ曲がりが生じる。折れ曲がりが起こる時刻は溶媒の表面濃度が零となる時点と一致することが数値計算により判明し、この時点で乾燥速度を支配する因子が境膜抵抗から内部拡散抵抗へと移行していることが明らかとなった。膜厚1mmの場合もそれほど顕著ではないが同様の傾向が見られた。また溶媒(エチルベンゼン-トルエン)の初期組成を変化させた場合、膜厚によらず、境膜抵抗支配期間の乾燥速度はFlory-Huggins式より求めた初期蒸気圧との間に相関があるが、全体の乾燥時間を決定づける内部抵抗支配期間の乾燥速度に対しては初期蒸気圧の間に何ら相関性は見いだせない。このことから一概に初期組成における溶媒の蒸気圧を高くすることが乾燥時間の短縮につながるとは言えないことが明らかとなった。さらに高分子溶液の組成変化よりエチルベンゼンとトルエンの乾燥選択性を検討したところ、ポリスチレンを含まない場合と大略類似した傾向を示すものの、乾燥が境膜抵抗支配から内部抵抗支配へ移行する前後で選択性に変化の生じることが判明した。

本研究では、高分子-揮発性溶媒-不純物の3成分高分子溶液のモデルとしてポリスチレン-エチルベンゼン-トルエン系を使用し、乾燥実験を行った。実験では試料質量の経時変化より溶液全体の乾燥速度を求め、さらにガスクロマトグラフィーにより溶液中の各成分の濃度の経時変化を測定し、各成分の乾燥速度を求めた。この結果より膜厚、および初期組成が乾燥速度などに及ぼす影響を検討し、以下の知見を得た。膜厚5mmの場合、初期組成の違いによらず乾燥速度は乾燥開始後しばらくして急激な低下を示し、乾燥速度曲線に折れ曲がりが生じる。折れ曲がりが起こる時刻は溶媒の表面濃度が零となる時点と一致することが数値計算により判明し、この時点で乾燥速度を支配する因子が境膜抵抗から内部拡散抵抗へと移行していることが明らかとなった。膜厚1mmの場合もそれほど顕著ではないが同様の傾向が見られた。また溶媒(エチルベンゼン-トルエン)の初期組成を変化させた場合、膜厚によらず、境膜抵抗支配期間の乾燥速度はFlory-Huggins式より求めた初期蒸気圧との間に相関があるが、全体の乾燥時間を決定づける内部抵抗支配期間の乾燥速度に対しては初期蒸気圧の間に何ら相関性は見いだせない。このことから一概に初期組成における溶媒の蒸気圧を高くすることが乾燥時間の短縮につながるとは言えないことが明らかとなった。さらに高分子溶液の組成変化よりエチルベンゼンとトルエンの乾燥選択性を検討したところ、ポリスチレンを含まない場合と大略類似した傾向を示すものの、乾燥が境膜抵抗支配から内部抵抗支配へ移行する前後で選択性に変化の生じることが判明した。