CN114656662A - 溶液成膜干燥装置 - Google Patents

溶液成膜干燥装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114656662A
CN114656662A CN202210253874.2A CN202210253874A CN114656662A CN 114656662 A CN114656662 A CN 114656662A CN 202210253874 A CN202210253874 A CN 202210253874A CN 114656662 A CN114656662 A CN 114656662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
control chamber
volatilization control
film forming
volatilization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210253874.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114656662B (zh
Inventor
李良彬
吴同
安敏芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN202210253874.2A priority Critical patent/CN114656662B/zh
Publication of CN114656662A publication Critical patent/CN114656662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114656662B publication Critical patent/CN114656662B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/201—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials by measuring small-angle scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/04—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by removing a component, e.g. by evaporation, and weighing the remainder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种溶液成膜干燥装置，包括：支撑主体；挥发控制室，设置于支撑主体中，处于成膜过程中的样品放置在挥发控制室中；通风装置，与挥发控制室连接，用于提供成膜过程所需的热风；光学性能检测装置，包括：光源单元，设置于挥发控制室的下方，用于产生朝向样品发射的测量光束；检测单元，在挥发控制室的上方，设置在支撑主体上，用于检测测量光束穿过样品之后的偏振特性，以确定样品的光学信息。通过设置光学性能检测装置，对溶液加工成型过程中成膜状态进行实时检测，从而获得溶剂干燥挥发形成薄膜的中间变化过程，进而对溶液加工成型条件进行优化，提高薄膜的质量。

Description

溶液成膜干燥装置
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种溶液成膜干燥装置。
背景技术
高分子材料被广泛用于替代传统材料(无机非金属材料以及金属材料)以及不断拓展新用途。
高分子材料的薄膜成型方法主要有熔融加工成型和溶液加工成型两种，熔融加工成型是将材料加热到融化状态后赋予形状与相应性能的加工方法，一般适用于熔点和软化点比较低的材料，例如聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)，聚丁烯(PB)，聚苯乙烯(PS)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚碳酸酯(PC)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、尼龙(PA)等。
但是还有一些材料降解温度接近或者低于其熔融温度，就不适用熔融加工的方式，这时就要用溶液加工成型的方法。溶液加工成型利用极性与高分子相似的溶剂进行溶解，而后去除溶剂赋予形状与相应性能，例如聚丙烯腈(PAN)，聚乙烯醇(PVA)，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，纤维素(Cellulose)，纤维素酯(Cellulose ester)，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚苯并咪唑(PBI)，锂电池用聚合物电解质膜，聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)，聚醚砜(PES)，聚乳酸(PLA)，聚己内酯(PCL)，聚氨酯(TPU)，聚酰亚胺(PI)等等。在这一加工过程中，去除溶剂的过程跟溶解过程同样重要，目前一般是利用高温干燥使溶剂挥发的方法脱除溶剂，这个过程中可能会出现分相、结晶、空洞，致密性差以及溶剂残留等缺陷，而薄膜干燥过程又往往是一个黑箱过程，能够看到就是材料成型完成之后的状态，而对于中间过程到底是什么样的却没办法确定，而材料成型过程对于最终制品的性能有很大影响。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种溶液成膜干燥装置，能够对溶液加工成型的过程进行实时监测，能够提供不同干燥条件下成膜过程的信息。
有鉴于此，本发明提供了一种溶液成膜干燥装置，包括：
支撑主体；
挥发控制室，设置于支撑主体中，处于成膜过程中的样品放置在挥发控制室中；
通风装置，与挥发控制室连接，用于提供成膜过程所需的热风；
光学性能检测装置，包括：
光源单元，设置于挥发控制室的下方，用于产生朝向样品发射的测量光束；
检测单元，在挥发控制室的上方，设置在支撑主体上，用于检测测量光束穿过样品之后的偏振特性，以确定样品的光学信息。
根据本发明的实施例，光源单元包括：
光源，用于产生光束；
第一分束镜，用于将光源产生的光束分为第一测量光束和第二测量光束，并引导第一测量光束垂直射入样品；
第一起偏镜，用于将第一测量光束变为偏振光；
反射镜，用于引导第二测量光束呈45°夹角射入样品；
第二起偏镜，用于将第二测量光束变为偏振光。
根据本发明的实施例，检测单元包括：
第二分束镜，用于将射出样品的第二测量光束分为第一部分光束和第二部分光束；
第一检偏镜，用于检查第一部分光束的偏转；
第二检偏镜，用于检查第二部分光束的偏转；
第三分束镜，用于将射出样品的第一测量光束分为第三部分光束和第四部分光束；
第三检偏镜，用于检查第三部分光束的偏转；
第四检偏镜，用于检查第四部分光束的偏转；
光谱仪，用于获取第一部分光束、第二部分光束、第三部分光束、第四部分光束。
根据本发明的实施例，第一起偏镜的偏振方向与第三检偏镜的偏振方向垂直，第一起偏镜的偏振方向与第四检偏镜的偏振方向平行，第二起偏镜的偏振方向与第一检偏镜的偏振方向平行，第二起偏镜的偏振方向与第二检偏镜的偏振方向垂直。
根据本发明的实施例，溶液成膜干燥装置还包括：
凝聚态结构检测装置，包括：
发射单元，用于发射X射线至样品；
探测单元，用于接收X射线经样品后产生的散射信号，并根据散射信号确定样品的凝聚态结构。
根据本发明的实施例，探测单元包括至少三个探测器，分别用于探测X射线经样品后产生的宽角散射信号、小角散射信号、超小角散射信号。
根据本发明的实施例，溶液成膜干燥装置还包括：
厚度检测装置，位于支撑主体上部的支撑板，用于检测样品的厚度，
优选地，厚度检测装置包括共焦位移计。
根据本发明的实施例，溶液成膜干燥装置还包括：
质量检测装置，用于检测样品的质量，
优选地，质量检测装置包括：
天平，设置于支撑主体的下部；
样品台，设置于挥发控制室的内部，样品放置在样品台上；
支撑架，设置于天平上，对样品台进行支撑，使样品台深入到挥发控制室的内部。
根据本发明的实施例，挥发控制室的材料包括铝合金，外层包覆有云母板；挥发控制室的上壁和下壁均设有开口，开口处材料为石英玻璃；挥发控制室的前壁和后壁上均设有开孔，开孔处的材料为Kapton薄膜。
根据本发明的实施例，挥发控制室包括：
进风口，设置于挥发控制室的一侧，与通风装置相连；
出风口，设置于挥发控制室的另一侧；
风速风量仪，对挥发控制室的风速进行监测；
温度感应器，对挥发控制室的温度进行监测；以及
蜂窝铝，设置在进风口处，以对进入挥发控制室的风速进行均匀。
根据本发明的实施例，通风装置包括：
风道，与挥发控制室的一侧连接，用于均匀风速；
热风机，与风道连接，用于提供成膜过程中所需的热风。
根据本发明提供的溶液成膜干燥装置，通过设置光学性能检测装置，对溶液加工成型过程中成膜状态进行实时检测，从而获得溶剂干燥挥发形成薄膜的中间变化过程，进而对溶液加工成型条件进行优化，提高薄膜的质量。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置的立体示意图；
图2示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中光学性能检测装置的原理示意图；
图3示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中凝聚态结构检测装置的原理示意图；
图4示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中质量检测装置的立体示意图；
图5(A)示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中挥发控制室的立体示意图；
图5(B)示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中挥发控制室的开关门的立体示意图；
图6示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中风道的立体示意图；
图7示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中样品中溶剂含量随时间变化的曲线图；
图8示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中样品的厚度随时间变化的曲线图；
图9(A)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路三和光路四获得的光束的光信号强度与光束的波长关系的曲线图；
图9(B)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路三和光路四获得的TAC薄膜的光学延迟量与光束的波长关系的曲线图；
图9(C)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路一和光路二获得的光束的光信号强度与光束的波长关系的曲线图；
图9(D)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路一和光路二获得的TAC薄膜的光学延迟量与光束的波长关系的曲线图；
图10示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中凝聚态结构检测结果照片；
图11示意性示出了根据本发明实施例的PVA干燥过程中样品中的溶剂含量随时间变化的曲线图；
图12示意性示出了根据本发明实施例的PVA干燥过程中样品的厚度随时间变化的曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在高分子材料溶液成膜过程中，去除溶剂的过程往往是未知的，但是对于材料的最终制品性能影响极大的，因此获得在溶剂干燥挥发形成制品的中间变化过程十分重要。
基于以上发明构思，本发明提供了一种溶液成膜干燥装置，包括：支撑主体；挥发控制室，设置于支撑主体中，处于成膜过程中的样品放置在挥发控制室中；通风装置，与挥发控制室连接，用于提供成膜过程所需的热风；光学性能检测装置。光学性能检测装置又包括：光源单元，设置于挥发控制室的下方，用于产生朝向样品发射的测量光束；检测单元，在挥发控制室的上方，设置在支撑主体上，用于检测测量光束穿过样品之后的偏振特性，以确定样品的双折射参数。
根据本发明提供的溶液成膜干燥装置，通过设置光学性能检测装置，对溶液加工成型过程中成膜状态进行实时检测，从而获得溶剂干燥挥发形成薄膜的中间变化过程，进而对溶液加工成型条件进行优化，提高薄膜的质量。
图1示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置的立体示意图。
如图1所示，溶液成膜干燥装置包括：支撑主体1；挥发控制室2，设置于支撑主体1中，样品放置在挥发控制室2中；通风装置3，与挥发控制室2连接，用于提供成膜过程所需的热风；光学性能检测装置4(图中未示出)，用于对样品的光学信息进行检测。其中，光学性能检测装置4又包括：光源单元，在挥发控制室2的下方，用于产生朝向样品发射的测量光束；检测单元，在挥发控制室的上方，设置在支撑主体1上，用于检测测量光束穿过样品之后的偏振特性，以确定样品的双折射参数。
图2示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中光学性能检测装置的原理示意图。
如图2所示，光源单元包括：光源401，用于产生光束；第一分束镜402，用于将光源产生的光束分为第一测量光束和第二测量光束，并引导第一测量光束垂直射入样品；第一起偏镜403，用于将第一测量光束变为偏振光；反射镜404，用于引导第二测量光束呈45°夹角射入样品；第二起偏镜405，用于将第二测量光束变为偏振光。
检测单元包括：第二分束镜406，用于将射出样品的第二测量光束分为第一部分光束和第二部分光束；第一检偏镜407，用于检查第一部分光束的偏转；第二检偏镜408，用于检查第二部分光束的偏转；第三分束镜409，用于将射出样品的第一测量光束分为第三部分光束和第四部分光束；第三检偏镜410，用于检查第三部分光束的偏转；第四检偏镜411，用于检查第四部分光束的偏转；光谱仪412，用于获取第一部分光束、第二部分光束、第三部分光束、第四部分光束。
根据本发明的实施例，第一起偏镜403的偏振方向与第三检偏镜410的偏振方向垂直，第一起偏镜403的偏振方向与第四检偏镜411的偏振方向平行，第二起偏镜405的偏振方向与第一检偏镜407的偏振方向平行，第二起偏镜405的偏振方向与第二检偏镜408的偏振方向垂直。
根据本发明的实施例，检测单元的所有光学元件可直接固定在支撑主体1上的支撑板5。
根据本发明的实施例，起偏镜和检偏镜的消光比在100：1以上，优选的，消光比在1000：1以上。
根据本发明的实施例，分束镜的分光比大于49.5％，反射镜的效率大于98％。
根据本发明的实施例，光源401发射的光束为白光，覆盖波段400～800纳米，通过分束镜形成四条光路，每条光路都由两个偏光场组成。
根据本发明的实施例，第二测量光束和第一部分光束形成光路一，第二测量光束和第二部分光束形成光路二，第一测量光束和第三部分光束形成光路三，第一测量光束和第四部分光束形成光路四。
根据本发明的实施例，光谱仪412获取第一部分光束、第二部分光束、第三部分光束、第四部分光束，同时采集四条光路的光谱信号，从而得到样品的光学信息。
根据本发明的实施例，利用偏振光场的基本原理对光学信号进行处理，根据起偏镜和检偏镜的偏振方向平行和垂直时的光谱强度，平行光谱强度I||、垂直光谱强度I⊥与样品的双折射Δn、厚度d以及光源发射的光束的波长λ有关，并且样品的光学延迟量R与双折射Δn和厚度d有关，根据以上信息对垂直光谱强度和平行光谱强度进行归一化处理：
Figure BDA0003547757000000071
Figure BDA0003547757000000072
R＝Δn*d (3)
由公式(1)、(2)和(3)可获得光学延迟量计算公式：
Figure BDA0003547757000000073
根据公式(4)，可由平行光谱强度I||和垂直光谱强度I⊥计算出样品的光学延迟量。
根据本发明的实施例，光学延迟量指的是光学相位延迟量。
根据本发明的实施例，通过设置光学性能检测装置，对溶液加工成型过程中成膜状态进行实时检测，从而获得溶剂干燥挥发形成薄膜的中间变化过程，进而对溶液加工成型条件进行优化，提高薄膜的质量。
根据本发明的实施例，溶液成膜干燥装置还包括：凝聚态结构检测装置，用于对样品的凝聚态结构进行检测。凝聚态结构检测装置包括：发射单元，用于发射X射线至样品；探测单元，用于接收X射线经样品后产生的散射信号，并根据散射信号确定样品的凝聚态结构。
根据本发明的实施例，探测单元包括至少三个探测器，分别用于探测X射线经样品后产生的宽角散射信号、小角散射信号、超小角散射信号。
图3示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中凝聚态结构检测装置的原理示意图。
如图3所示，发射单元601发射X射线，样品倾斜保证X射线通过，经过样品后X射线产生散射信号，通过设置于不同位置的探测器602、603、604，可以接收X射线宽角散射信号、小角散射信号、超小角散射信号，其中，2θ为散射角。
根据本发明的实施例，进行凝聚态结构检测时，样品涂敷于开了孔的玻璃板，玻璃板开孔处覆以Kapton薄膜，并将玻璃板倾斜保证X射线通过，对样品的凝聚态进行检测。
根据本发明的实施例，X射线散射是探究高分子材料内部微结构最有效的方式，2θ是散射角，λ是X射线波长，q是散射矢量，
Figure BDA0003547757000000081
根据公式(5)，散射角不同，可以得到不同的散射矢量区间，可以覆盖不同的结构尺度，从结晶的纳米级晶体结构到大尺度的微米级相分离都可以被探测到。
根据本发明的实施例，通过X射线宽角散射信号、小角散射信号、超小角散射信号能够覆盖0.1～1000纳米结构尺度的微观结构探测。
根据本发明的实施例，通过X射线散射技术对高分子薄膜在干燥成型过程中的内部微观结构进行探测，利用X射线探测器的时间分辨，获得不同干燥条件下，高分子溶液或者含溶剂的湿膜在干燥过程中的凝聚态结构变化，结合不同的挥发干燥条件，可以得到薄膜挥发干燥过程中随溶剂浓度或者溶质含量的结构变化，对溶液加工成型过程中成膜状态进行实时检测，从而获得溶剂干燥挥发形成薄膜的中间变化过程，进而对溶液加工成型条件进行优化，提高薄膜的质量。
根据本发明的实施例，溶液成膜干燥装置还包括厚度检测装置，位于所述支撑主体上部的支撑板5，用于检测所述样品的厚度。
根据本发明的实施例，厚度检测装置包括共焦位移计。
根据本发明的实施例，通过厚度检测装置能够实时记录样品的厚度变化信息。
根据本发明的实施例，根据公式(3)，可由样品的厚度和光学延迟量得到样品的双折射信息。
根据本发明的实施例，通过设置厚度检测装置，结合光学性能检测装置，能够对溶液加工成型过程中成膜状态进行实时检测，从而获得溶剂干燥挥发形成薄膜的中间变化过程，进而对溶液加工成型条件进行优化，提高薄膜的质量。
根据本发明的实施例，溶液成膜干燥装置还包括质量检测装置，用于检测所述样品的质量。
图4示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中质量检测装置的结构图。
如图4所示，质量检测装置包括：天平701，设置于支撑主体1的下部；样品台702，设置于挥发控制室2的内部，样品放置在样品台702上；支撑架703，设置于天平701上，对样品台702进行支撑，使样品台702深入到挥发控制室2的内部。
根据本发明的实施例，天平701具有时间采集功能，最小采集时间为5秒以下，优选为2秒以下，最优选为1秒以下；最大称量质量为200克以上，优选为300克以上；最小的质量分辨为0.05克以下，优选为0.01克以下。
根据本发明的实施例，支撑架703的材料为耐高温聚酰亚胺，支撑架703对样品台702进行支撑和加高，使样品台702深入到挥发控制室2的内部。
根据本发明的实施例，样品台702上可直接涂敷样品，也可将涂敷样品的玻璃板放置于样品台702。
根据本发明的实施例，质量检测装置可以实时对样品干燥成膜过程中的质量进行检测，从而得到干燥成膜过程中的样品中溶剂含量、固体含量变化，从而得知样品干燥成膜过程中的变化。
根据本发明的实施例，整个装置可全部置于经过水平调整之后的桌面和光学平台上，以保证整个装置进行质量检测、光学信号检测以及凝聚态结构检测时的稳定性。
根据本发明的实施例，挥发控制室的材料包括铝合金，挥发控制室的外层包覆有云母板。
根据本发明的实施例，云母板的厚度为3毫米以上，优选为5毫米以上。
图5(a)示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中挥发控制室的结构图。
如图5(a)所示，挥发控制室包括：进风口22，设置于挥发控制室的一侧，与通风装置相连；出风口23，设置于挥发控制室的另一侧；
根据本发明的实施例，挥发控制室还包括：蜂窝铝，设置在进风口22处，以对进入挥发控制室的风速进行均匀。
根据本发明的实施例，出风口23也与通风装置相连，出风口23处也设置有蜂窝铝。
根据本发明的实施例，蜂窝铝的有效通过面积为90％以上，优选为95％以上。
根据本发明的实施例，挥发控制室还包括多个样品支架24，样品支架的高度可以调节。
根据本发明的实施例，挥发控制室内设置样品支架24，涂敷样品后的玻璃板可直接放置于样品支架上，且多个样品支架可放置多层样品进行干燥。
根据本发明的实施例，挥发控制室的上壁和下壁均设有开口21，开口处材料为石英玻璃。
根据本发明的实施例，石英玻璃耐高温高透明无双折射，最高耐热温度为800摄氏度以上，优选为1000摄氏度以上。
根据本发明的实施例，在进行光学信号检测时，石英玻璃不会对光信号产生干扰，保证了光学信号检测的准确性。
根据本发明的实施例，挥发控制室还包括：风速风量仪，对挥发控制室的风速进行监测；温度感应器，对挥发控制室的温度进行监测；蜂窝铝，设置在进风口处，以对进入挥发控制室的风速进行均匀。
根据本发明的实施例，风速风量仪实时监测挥发控制室内的风速，与通风装置连接从而控制挥发控制室的进风量和风速，保证挥发控制室的风速稳定。
根据本发明的实施例，温度感应器置于挥发控制腔室中，并接入通风装置中，设定程序使通风装置自动反馈挥发控制室的温度，保证挥发控制室的温度稳定。
根据本发明的实施例，挥发控制室的前壁和后壁上均设有开孔，开孔处的材料为Kapton薄膜。
根据本发明的实施例，在进行凝聚态结构检测时，Kapton薄膜保证了X射线穿过后不产生额外散射信号，同时能够保证挥发控制室的密封性。
根据本发明的实施例，挥发控制腔室用于对样品施加均匀气氛，保证样品在整个干燥过程中保持均一的气氛，样品为溶液加工成型过程中任一时刻的物态。
根据本发明的实施例，挥发控制腔室包括滑动开关门，对挥发控制腔室进行控制，并且保证挥发控制腔室的完全密封。
图5(b)示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中挥发控制室的开关门结构图。
如图5(b)所示，开关门25设置在挥发控制室2的前端，包括：把手252，对开关门25的开关进行控制；开孔252，用于使X射线穿过。
根据本发明的实施例，挥发控制室2前壁的开孔即为开孔252，开孔252处的材料为Kapton薄膜。
根据本发明的实施例，通风装置包括：风道32，与挥发控制室2的一侧连接，用于均匀风速；热风机31，与风道32连接，用于提供成膜过程中所需的热风。
根据本发明的实施例，风道32面积较小的一端与热风机31相连，面积较大的一端与挥发控制室2相连。
根据本发明的实施例，热风机通过风道与挥发控制室连接，风道将热风机出口处的热风面积逐渐扩大到与挥发控制室进风口面积同样大小，并通过进风口处的蜂窝铝对热风进行进一步均匀，使挥发控制室内的气氛十分均匀，保证了样品干燥过程中均匀的气氛。
根据本发明的实施例，风道采用超薄钢板加工而成，保证从热风机出来的热风均匀分散到挥发控制室的每一处，同时保证挥发控制室每一处的风速都是相同的。
根据本发明的实施例，挥发控制室内部不同位置的风速差小于0.2米/秒，优选小于0.1米/秒。
根据本发明的实施例，热风机出口风温在500摄氏度以上，优选在700摄氏度以上；热风机出口风速大于5立方米/分，优选大于8立方米/分，更宽的参数范围能够保证此装置适用范围更广。
图6示意性示出了根据本发明实施例的溶液成膜干燥装置中风道的内部结构图。
如图6所示，风道包括：表面321；多个子风道322。多个子风道322对热风机31出口处的热风面积进行均匀扩大，扩大到与挥发控制室2进风口面积同样大小，保证挥发控制室内气氛均匀。
下面通过具体实施例说明上述溶液成膜干燥装置的使用。需要说明的是，该举例仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。
实例1：
首先将三醋酸纤维素酯(TAC)在真空烘箱中120摄氏度干燥24小时，然后配制混合溶液用于溶解固体三醋酸纤维素酯(TAC)，使用二氯甲烷主溶剂，甲醇为助溶剂制作混合溶剂。
二氯甲烷和甲醇的重量比为9：1，增塑剂含量8％，固体物质TAC含量占比20％，将混合溶剂、增塑剂和TAC混合均匀，一起放置在玻璃瓶中使用机械搅拌5小时使TAC溶解，搅拌转速100转/分，随后静置两小时脱除气泡。
将溶液成膜干燥装置主体水平调试好，将质量检测装置调试准备完成，数据采集电脑连接，开启数据采集模式，然后用薄膜涂布机将三醋酸纤维素酯溶液涂在石英玻璃板上，快速转移至挥发控制室中，热风机温度设置60摄氏度，风速设置1.5米每秒，监测整个干燥过程。
干燥过程溶剂质量曲线如图7所示，在前期质量下降很快，后期几乎区域平缓。干燥过程厚度变化曲线如图8所示，在前期厚度下降很快，后期几乎区域平缓。在60摄氏度挥发之后会有残留溶剂，这时因为温度还没有达到混合溶剂中甲醇的沸点(64.7摄氏度)。
图9(A)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路三和光路四获得的光束的光信号强度与光束的波长关系的曲线图；图9(B)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路三和光路四获得的TAC膜的光学延迟量与光束的波长关系的曲线图；图9(C)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路一和光路二获得的光束的光信号强度与光束的波长关系的曲线图；图9(D)示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中由图2所示的光路一和光路二获得的TAC膜的光学延迟量与光束的波长关系的曲线图。
图9(A)-9(D)示出了干燥后期对样品的光学信号进行检测的检测及处理结果，通过对四条光路的信号进行处理，能够得到样品在两个方向上的光学延迟量，加上样品的厚度信息，从而能够得到样品的双折射信息。
图10示意性示出了根据本发明实施例的TAC干燥过程中凝聚态结构检测结果照片。
参见图3和图10，通过样品干燥过程中的宽角散射(WAXS)信号、小角散射(SAXS)信号和超小角散射(USAXS)信号，可以反映成膜过程种样品内部不同尺度结构的凝聚态结构变化。
根据本发明的实施例，溶剂包括主溶剂和助溶剂。主溶剂包括卤代烃、醚类、酮类和酯类四大类。除了主溶剂以外，通常还会加入甲醇作为助溶剂，甲醇并不能溶解TAC原料，主要起膨润的作用。另外还加入少量增塑剂。
根据本发明的实施例，常用的醚类有二异丙基醚、二甲基甲烷、1，4-二烷、1，3-二氧戊烷、四氢呋喃、苯甲醚和苯乙醚；常用的酮类溶剂有丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、二异丁基酮、环己酮和甲基环己酮。常用的酯类有甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸戊酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸戊酯。
根据本发明的实施例，增塑剂种类主要包括磷酸酯型、邻苯二甲酸酯型、多元醇酯型、多元羧酸酯型、乙醇酸酯型、柠檬酸酯型、脂族酸酯型、羧酸酯型、聚酯低聚物型、糖酯型、含氮芳族化合物型以及烯键式不饱和单体共聚物型等。
实例2：
首先将聚乙烯醇(PVA)在真空烘箱中120摄氏度干燥24小时，然后配制水溶液用于溶解固体聚乙烯醇，使用作为聚乙烯醇的溶剂，固体物质聚乙烯醇含量占比30％，增塑剂含量5％，增塑剂主要包括甘油、低分子量的聚乙二醇或多元醇酯类、酰胺类试剂的复合物。将聚乙烯醇加入到按比例准备好的水中，一起放置在高温高压反应釜中150摄氏度，0.5兆帕、使用机械搅拌5小时使聚乙烯醇溶解，搅拌转速100转/分，随后静置两小时脱除气泡。
将溶液成膜干燥装置主体水平调试好，将质量检测装置调试准备完成，数据采集电脑连接，开启数据采集模式，然后用薄膜涂布机将聚乙烯醇溶液涂在石英玻璃板上，快速转移至挥发控制腔室中，热风机温度设置105摄氏度，风速设置1.5米每秒，监测整个干燥过程。
图11示意性示出了根据本发明实施例的PVA干燥过程中样品中的溶剂含量随时间变化的曲线图；图12示意性示出了根据本发明实施例的PVA干燥过程中样品的厚度随时间变化的曲线图。
如图11所示，样品干燥过程中挥发的主要为溶剂，样品中溶剂的质量在前期下降很快，后期几乎区域平缓。如图12所示，样品干燥过程中，样品的厚度在前期下降很快，后期几乎区域平缓。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种溶液成膜干燥装置，包括：
支撑主体(1)；
挥发控制室(2)，设置于所述支撑主体中，处于成膜过程中的样品放置在所述挥发控制室中；
通风装置(3)，与所述挥发控制室连接，用于提供成膜过程所需的热风；
光学性能检测装置，包括：
光源单元，在所述挥发控制室的下方，用于产生朝向所述样品发射的测量光束；
检测单元，在所述挥发控制室的上方，设置在所述支撑主体上，用于检测所述测量光束穿过所述样品之后的偏振特性，以确定所述样品的光学信息。
2.根据权利要求1所述的干燥装置，其中，
所述光源单元包括：
光源(401)，用于产生光束；
第一分束镜(402)，用于将所述光源产生的光束分为第一测量光束和第二测量光束，并引导所述第一测量光束垂直射入所述样品；
第一起偏镜(403)，用于将所述第一测量光束变为偏振光；
反射镜(404)，用于引导所述第二测量光束呈45°夹角射入所述样品；以及
第二起偏镜(405)，用于将所述第二测量光束变为偏振光；和/或
所述检测单元包括：
第二分束镜(406)，用于将射出所述样品的所述第二测量光束分为第一部分光束和第二部分光束；
第一检偏镜(407)，用于检查第一部分光束的偏转；
第二检偏镜(408)，用于检查第二部分光束的偏转；
第三分束镜(409)，用于将射出所述样品的所述第一测量光束分为第三部分光束和第四部分光束；
第三检偏镜(410)，用于检查第三部分光束的偏转；
第四检偏镜(411)，用于检查第四部分光束的偏转；
光谱仪(412)，用于获取所述第一部分光束、所述第二部分光束、所述第三部分光束、所述第四部分光束。
3.根据权利要求2所述的干燥装置，其中，所述第一起偏镜(403)的偏振方向与所述第三检偏镜(410)的偏振方向垂直，所述第一起偏镜(403)的偏振方向与所述第四检偏镜(411)的偏振方向平行，所述第二起偏镜(405)的偏振方向与所述第一检偏镜(407)的偏振方向平行，所述第二起偏镜(405)的偏振方向与所述第二检偏镜(408)的偏振方向垂直。
4.根据权利要求1所述的干燥装置，还包括：
凝聚态结构检测装置，包括：
发射单元，用于发射X射线至所述样品；
探测单元，用于接收X射线经所述样品后产生的散射信号，并根据所述散射信号确定所述样品的凝聚态结构。
5.根据权利要求4所述的干燥装置，其中，所述探测单元包括至少三个探测器，分别用于探测X射线经所述样品后产生的宽角散射信号、小角散射信号、超小角散射信号。
6.根据权利要求1所述的干燥装置，还包括：
厚度检测装置，位于所述支撑主体上部的支撑板(5)，用于检测所述样品的厚度，
优选地，所述厚度检测装置包括共焦位移计。
7.根据权利要求1所述的干燥装置，还包括：
质量检测装置(7)，用于检测所述样品的质量，
优选地，所述质量检测装置包括：
天平(701)，设置于所述支撑主体的下部；
样品台(702)，设置于所述挥发控制室的内部，所述样品放置在所述样品台上；
支撑架(703)，设置于所述天平上，对所述样品台进行支撑，使所述样品台深入到所述挥发控制室的内部。
8.根据权利要求1所述的干燥装置，其中，所述挥发控制室的材料包括铝合金，外层包覆有云母板；所述挥发控制室的上壁和下壁均设有开口(21)，开口处材料为石英玻璃；所述挥发控制室的前壁和后壁上均设有开孔，所述开孔处的材料为Kapton薄膜。
9.根据权利要求1所述的干燥装置，其中，所述挥发控制室包括：
进风口(22)，设置于所述挥发控制室的一侧，与所述通风装置相连；
出风口(23)，设置于所述挥发控制室的另一侧；
风速风量仪，对所述挥发控制室的风速进行监测；
温度感应器，对所述挥发控制室的温度进行监测；以及
蜂窝铝，设置在所述进风口处，以对进入所述挥发控制室的风速进行均匀。
10.根据权利要求1所述的干燥装置，其中，所述通风装置包括：
风道(32)，与所述挥发控制室的一侧连接，用于均匀风速；
热风机(31)，与所述风道连接，用于提供成膜过程中所需的热风。
CN202210253874.2A 2022-03-15 2022-03-15 溶液成膜干燥装置 Active CN114656662B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210253874.2A CN114656662B (zh) 2022-03-15 2022-03-15 溶液成膜干燥装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210253874.2A CN114656662B (zh) 2022-03-15 2022-03-15 溶液成膜干燥装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114656662A true CN114656662A (zh) 2022-06-24
CN114656662B CN114656662B (zh) 2023-03-10

Family

ID=82029814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210253874.2A Active CN114656662B (zh) 2022-03-15 2022-03-15 溶液成膜干燥装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114656662B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1475818A (zh) * 2002-07-08 2004-02-18 �ն��繤��ʽ���� 制造涂层薄板的方法、光学功能层、光学元件及图象显示设备
CN1569436A (zh) * 2003-04-25 2005-01-26 富士胶片株式会社 由聚合物溶液制备薄膜的方法
JP2006224430A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Nitto Denko Corp 微小領域分散型ポリビニルアルコール系フィルムの製造方法、微小領域分散型ポリビニルアルコール系フィルム、偏光子の製造方法、偏光子、偏光板、光学フィルムおよび画像表示装置
CN101248116A (zh) * 2005-08-26 2008-08-20 富士胶片株式会社 聚合物薄膜、环状聚烯烃薄膜、其制备方法、光学补偿薄膜、偏振器和液晶显示装置
CN101610892A (zh) * 2007-02-08 2009-12-23 柯尼卡美能达精密光学株式会社 纤维素酯膜、其制造方法、使用了纤维素酯膜的偏振片和显示装置
CN104169342A (zh) * 2012-03-30 2014-11-26 株式会社可乐丽 聚乙烯醇系聚合物膜及其制造方法
CN107383402A (zh) * 2017-08-04 2017-11-24 张家港海纳至精新材料科技有限公司 一种钙钛矿量子点复合偏振发光薄膜的制备方法
CN111799189A (zh) * 2020-07-11 2020-10-20 天津大学 旋转离心量对旋涂薄膜晶态影响在线光学测量系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1475818A (zh) * 2002-07-08 2004-02-18 �ն��繤��ʽ���� 制造涂层薄板的方法、光学功能层、光学元件及图象显示设备
CN1569436A (zh) * 2003-04-25 2005-01-26 富士胶片株式会社 由聚合物溶液制备薄膜的方法
JP2006224430A (ja) * 2005-02-17 2006-08-31 Nitto Denko Corp 微小領域分散型ポリビニルアルコール系フィルムの製造方法、微小領域分散型ポリビニルアルコール系フィルム、偏光子の製造方法、偏光子、偏光板、光学フィルムおよび画像表示装置
CN101248116A (zh) * 2005-08-26 2008-08-20 富士胶片株式会社 聚合物薄膜、环状聚烯烃薄膜、其制备方法、光学补偿薄膜、偏振器和液晶显示装置
CN101610892A (zh) * 2007-02-08 2009-12-23 柯尼卡美能达精密光学株式会社 纤维素酯膜、其制造方法、使用了纤维素酯膜的偏振片和显示装置
CN104169342A (zh) * 2012-03-30 2014-11-26 株式会社可乐丽 聚乙烯醇系聚合物膜及其制造方法
CN107383402A (zh) * 2017-08-04 2017-11-24 张家港海纳至精新材料科技有限公司 一种钙钛矿量子点复合偏振发光薄膜的制备方法
CN111799189A (zh) * 2020-07-11 2020-10-20 天津大学 旋转离心量对旋涂薄膜晶态影响在线光学测量系统及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孔祥明 等: "基板界面对PS/PMMA溶液共混物溶剂挥发成膜相结构的影响", 《高分子学报》 *
崔宝凤 等: "聚酰胺胺类树枝形聚合物(PAMAM)插入式自组装膜的制备与摩擦学性能:小分子链长的影响", 《摩擦学学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114656662B (zh) 2023-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107315217B (zh) 聚乙烯醇系聚合物膜及其制造方法
KR100611244B1 (ko) 폴리비닐알코올계 중합체 필름 및 그 제조 방법
Riaz et al. Characterization of polymer blends with FTIR spectroscopy
US20090096962A1 (en) Cellulose Esters with High Hyrdoxyl Content and Their Use in Liquid Crystal Displays
JP2016151562A (ja) 測定装置および測定方法
CN114656662B (zh) 溶液成膜干燥装置
US11919244B2 (en) System and method for in situ volumetric sensing of 3D cure state of resin being used in an additive manufacturing system
Furchner et al. Broadband infrared Mueller-matrix ellipsometry for studies of structured surfaces and thin films
WO2013094563A1 (ja) 樹脂組成物およびその製造方法
US9539774B2 (en) Method for producing resin film, casting die, device for producing resin film, resin film, polarizing plate, and liquid crystal display device
WO2018038051A1 (ja) セルロースアセテート及びその製造方法
CN203116699U (zh) 用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统
Cui et al. A novel apparatus combining polymer extrusion processing and x-ray scattering
CN107636498B (zh) 偏光膜制造用聚乙烯醇系树脂颗粒、和其制造方法、聚乙烯醇系薄膜和其制造方法、偏光膜、聚乙烯醇系树脂颗粒
Stamm et al. The use of X-ray and neutron reflectometry for the investigation of polymeric thin films
Schiavone et al. Structure and morphology of model polymer electrolyte membranes based on sulfonated syndiotactic-polystyrene in the δ co-crystalline phase resolved by small-angle neutron scattering
Kazarian et al. FTIR Imaging of polymeric materials
TWI824645B (zh) 聚乙烯醇膜、由其製造之光學膜及其製法
US2923198A (en) Method and apparatus for examining sheet materials
Zheng et al. Segmental dynamics near the chain end of polystyrene in its ultrathin films: A study by single-molecule fluorescence de-focus microscopy
Shimokita et al. Development of a simultaneous measurement system for SAXS–WAXD and the thickness of coating films during film formation by solvent evaporation
JP2023123194A (ja) 分析装置および分析方法
JP2008080736A (ja) 溶液製膜設備及び方法
JPH11287767A (ja) フィルムの中の欠点分析方法
Kim et al. Construction of mono-and multilayer colloidal crystals with self-assembled nanospheres

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant