Поздравляем с Новым Годом!
   
Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: CXXXVIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 06 июня 2024 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Материаловедение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Еремеева А.А., Харкин Т.Р., Дводненко Д.С. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА РАСТВОРИТЕЛЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОРИСТЫХ ПВХ МЕМБРАН, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ИНВЕРСИИ ФАЗ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. CXXXVIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(136). URL: https://sibac.info/archive/technic/6(136).pdf (дата обращения: 28.12.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 1 голос
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА РАСТВОРИТЕЛЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОРИСТЫХ ПВХ МЕМБРАН, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ИНВЕРСИИ ФАЗ

Еремеева Анастасия Андреевна

студент, департамент нефтегазовых технологий и нефтехимии, Дальневосточный федеральный университет,

РФ, г. Владивосток

Харкин Тимофей Романович

студент, департамент нефтегазовых технологий и нефтехимии, Дальневосточный федеральный университет,

РФ, г. Владивосток

Дводненко Дмитрий Сергеевич

студент, департамент нефтегазовых технологий и нефтехимии, Дальневосточный федеральный университет,

РФ, г. Владивосток

Лим Любовь Андреевна

научный руководитель,

канд. хим. наук, доц., Дальневосточный федеральный университет,

РФ, г. Владивосток

INFLUENCE OF SOLVENT COMPOSITION ON STRUCTURE AND PROPERTIES OF POROUS PVC MEMBRANES PRODUCED BY PHASE INVERSION METHOD

 

Timofey Kharkin

student, Department of Oil and Gas Technologies and Petrochemistry, Far Eastern Federal University,

Russia, Vladivostok

Dmitry Dvodnenko

student, Department of Oil and Gas Technologies and Petrochemistry, Far Eastern Federal University,

 Russia, Vladivostok

Anastasia Eremeeva

Postgraduate student, Department of Oil and Gas Technologies and Petrochemistry, Far Eastern Federal University,

Russia, Vladivostok

Lyubov Lim

supervisor, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Far Eastern Federal University,

Russia, Vladivostok

 

«Высокая энергоэкономичность природных мембранных процессов разделения жидких и газовых смесей, а также высокая селективность проницаемости мембран служат предметом пристального внимания исследователей, побуждая их к созданию подобных материалов и процессов разделения» [1].

Известен простой способ получения объемной полимерной структуры – формование из раствора методом инверсии фаз (NIPS). Мембраны, полученные из поливинилхлорида данным способом, имеют своеобразную структуру: пальцеобразные или луковичные поры находятся между двумя губчатыми слоями. Причем, со стороны контакта осадителя и мембраны наблюдается более плотный губчатый пористый слой, со стороны подложки мембрана имеет более рыхлую, сетчатую структуру.

На формирование структуры полимера влияет множество факторов: вязкость раствора, сродство полимера и растворителя, температура и режим перемешивания раствора, наличие осаждающих добавок. «Исследователи считают, что добавление осадителя в раствор полимера должно привести к сокращению времени наступления инверсии фаз при погружении пленки в осадительную ванну, и, соответственно, обеспечить получение более выраженной открытопористой структуры» [2].

Представляет интерес введение в раствор полимера воды, как осаждающей добавки. Для определения предельного содержания воды в системе ПВХ-ДМФА- вода была взята тройная фазовая диаграмма, на основании которой был определен предел содержания воды в системе (см. рисунок 1).

 

   

Рисунок 1. Вид тройной фазовой диаграммы для системы ПВХ/ДМФА/вода для ПВХ с константами Фикентчера 60, 68 [3]

 

В ходе эксперимента была получена серия образцов без осадителя, с добавкой осадителя 0,68 и 1,36 масс. %, временем выдержки полимера на воздухе в 0, 30 и 60 секунд, с концентрациями полимера в 3, 5 и 7 масс. %. ПВХ растворяли в ДМФА (или ДМФА с добавкой воды 0,68 или 1,36 масс. %) на магнитной мешалке с частотой вращения 235 оборотов при комнатной температуре. Отливку производили на стеклянные подложки и осаждали в ванне с дистиллированной водой. Внешний вид мембран с содержанием ПВХ в 5 и 7 масс. % характеризуется относительно монолитной структурой. Мембраны с содержанием ПВХ в 3 масс. % были получены неоднородной структуры (см. рисунки 2, 3). Для удобства работы образцы были промаркированы следующим образом: обозначение «В» в маркировке соответствует массовой доле осадителя 0 %, «ВВ» – массовой доле осадителя 0,68 %, «ВВВ» – массовой доле осадителя 1,36 %. Численное значение после буквенного означает концентрацию полимера в отливочном растворе, а после тире – время предварительной выдержки на воздухе.

 

Рисунок 2. Вид мембраны ВВ3-30 (концентрация ПВХ 3 масс. %, концентрация H2O 0,68 масс. %, время выдержки на воздухе 30 с)

Рисунок 3. Вид мембраны ВВ7-30 (концентрация ПВХ 7 масс. %, концентрация H2O 0,68 масс. %, время выдержки на воздухе 30 с)

 

 

Образцы были исследованы методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Были измерены толщины, степени усадки, порозности, кажущейся плотности, гидродинамическое сопротивление, а также механические свойства.

Результаты сканирующей электронной микроскопии представлены на рисунках 4-9.

 

Рисунок 4. Поверхность,  образец В5-30

Рисунок 5. Срез, образец В5-30

Рисунок 6. Поверхность, образец ВВ5-30

Рисунок 7. Срез, образец ВВ5-30

Рисунок 8. Поверхность, образец ВВВ5-30

Рисунок 9. Срез, образец ВВВ5-30

 

Видно, что при увеличении количества осадителя в формовочном растворе уменьшается размер пор на поверхности мембраны, более тонкими становятся каналы в толще мембраны.

Усредненные результаты измерений параметров мембран представлены в таблицах 1-3, где FW – поток воды через мембрану, л/(м2 · ч); p1 – давление первой капли, бар. Обозначения остальных параметров общеупотребимы.

В измеренных толщинах образцов не прослеживается закономерности, что связано с особенностями технологии отлива мембран. Степень усадки закономерно падает с увеличением времени выдержки на воздухе для всех образцов без осадителя. Значения порозности закономерно уменьшаются с повышением концентрации раствора ПВХ.

Таблица 1.

Характеристики мембран без осадителя

 

В3-0

В3-30

В3-60

В5-0

В5-30

В5-60

В7-0

В7-30

В7-60

Толщина, мм

0,095

0,063

0,088

0,05

0,129

0,133

0,098

0,106

0,128

Степень усадки, %

89,01

86,23

81,56

89,69

72,32

71,02

79,26

77,36

72,87

Плотность, кг/м3

44,44

86,42

40,4

86,67

33,59

63,49

90,7

96,44

52,08

Порозность, %

96,87

93,92

97,16

93,9

97,64

95,53

93,62

93,22

96,34

Контактный угол, ° со стороны

осадителя

109,3

94,8

107,4

90

98,2

102

112,7

77,4

84,9

стекла

145,2

137,9

137,8

135

133,5

137,3

138,1

144,4

136,5

Модуль Юнга, МПа

-

-

-

16

5,2

5

12,7

23,8

9,4

p1, бар

-

-

-

0,75

0,5

0,5

1,6

1,8

1,6

FW, л/(м2 · ч)

-

-

-

130

97,2

147

11,3

15,8

14,1

 

Таблица 2.

Характеристики мембран с добавкой осадителя 0,68 масс. %

 

ВВ3-0

ВВ3-30

ВВ3-60

ВВ5-0

ВВ5-30

ВВ5-60

ВВ7-0

ВВ7-30

ВВ7-60

Толщина, мм

0,12

0,164

0,11

0,1

0,125

0,059

0,135

0,115

0,089

Степень усадки, %

87,54

74,28

65,21

78,28

73,39

87,47

71,34

75,61

81,21

Плотность, кг/м3

52,8

123,3

72,7

122,2

45,33

126,2

102,1

57,97

158,6

Порозность, %

96,29

91,33

94,88

91,4

96,81

91,12

92,82

95,92

88,85

Контактный угол, ° со стороны

осадителя

82,7

89,9

101,6

92

84,8

90,9

79

71,1

73,3

стекла

114

116,6

118,7

113,2

114,3

113,5

125,6

113,7

113,9

Модуль Юнга, МПа

-

-

-

4,8

3,8

25,7

5,3

7,1

9,6

p1, бар

-

-

-

0,5

0,5

0,75

1

1,2

1,2

FW, л/(м2 · ч)

-

-

-

67,8

57,7

24,9

46,4

33,9

14,7

 

Таблица 3.

Характеристики мембран с добавкой осадителя 1,36 масс. %

 

ВВВ3-0

ВВВ3-30

ВВВ3-60

ВВВ5-0

ВВВ5-30

ВВВ5-60

ВВВ7-0

ВВВ7-30

ВВВ7-60

Толщина, мм

0,121

0,084

0,109

0,118

0,244

0,16

0,663

0,282

0,416

Степень усадки, %

89,23

92,38

90,47

89,46

78,94

86,37

40,67

75,46

63,63

Плотность, кг/м3

127,8

201,8

146,8

527,2

220,6

429,7

292,9

563,2

418,4

Порозность, %

91,01

85,81

89,67

62,91

84,48

69,77

79,4

60,38

70,57

Контактный угол, ° со стороны

осадителя

81,7

80,2

76,9

77,5

80

72,9

72,3

75,7

77

стекла

90,6

96,5

93,2

98,4

107,6

113

84

99,6

102,8

Модуль Юнга, МПа

-

-

-

4

1,9

9,5

1,1

2,9

2,1

p1, бар

-

-

-

0,5

0,42

-

-

-

1,75

FW, л/(м2 · ч)

-

-

-

102,9

29,8

-

-

-

30,2

 

Во всех случаях аномальные результаты плотности и порозности показывают образцы серии ВВВ (с предельно высоким содержанием осадителя в отливочном растворе). Видно, что поверхность мембраны, контактировавшая с осадителем имеет меньший краевой угол, а значит, является более гидрофильной. При этом отчетливо прослеживается тенденция к уменьшению краевого угла при формовании мембран из растворов, содержащих осадитель. Как и следовало ожидать, мембраны из более концентрированных растворов имеют более высокие показатели давления первой капли и меньшую производительность соответственно по сериям.

Установлено, что добавление осадителя в концентрациях, не вызывающих расслоения отливочного раствора, действительно оказывает значительное влияние на морфологию и свойства полученных мембран. С увеличением концентрации осадителя в растворе ПВХ в диметилформамиде диаметр пальцеобразных пор уменьшается, что значительно изменяет характеристики мембраны.

 

Список литературы:

  1. Дубяга В. П., Перепечкин Л. П., Каталевский Е. Е.  Полимерные мембраны. – М.: Химия, 1981. – 232 с., ил.
  2. Мулдер, М. Введение в мембранную технологию / М. Мулдер. – Москва : Мир, 1999. – 513 с. – ISBN: 5-03-002953-4.
  3. Bodzek, M. The influence of molecular mass of poly (vinyl chloride) on the structure and transport characteristics of ultrafiltration membranes / M. Bodzek, K. Konieczny // Journal of Membrane Science. – 1991. – Vol. 61. – P. 131-156.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 1 голос
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий