Исследование влияния способа получения на свойства мембран на основе полиамидоимида

УДК 678

И. Ф. Сайфутдинова, И. Ш. Абдуллин

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА МЕМБРАН

НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДОИМИДА*

Ключевые слова: мембрана, полиамидоимид, паропроницаемость, структура.

В результате проведенных исследований установлено влияние способа получения мембран на их структуру и

свойства.

Keywords: membrane, polyamideimide, vapor permeability, structure. These studies established the influence of a process for producing the membranes on their structure and properties.

Полимерные мембраны получили широчайшее распространение в промышленности и для их получения и модификации разработан ряд методов [1-4]. Свойства мембран во многом зависят от способа получения. Широко известны два способа получения мембран: сухой и мокрый [5].

При получении мембраны мокрым формованием раствор, приготовленный из полимера и летучего растворителя, поливается тонким слоем на стеклянную пластину, подсушивается в течение нескольких минут и затем погружается в холодную воду, где выдерживается до отделения плёнки от подложки. За это время происходит почти полное образование мембраны. В ряде случаев, после описанного приёма, полученная плёнка является лишь заготовкой, а не полупроницаемой мембраной. Для закрепления полученной структуры, её обрабатывают водой при температуре, близкой к температуре стеклования данного полимера. При этом происходит некоторая усадка пористой структуры, что часто приводит к повышению селективности мембран. При получении полимерных мембран важным фактором в механизме формирования однородной пористой структуры является оптимально невысокая скорость испарения органического растворителя и осадителя из формовочного раствора, т.е. создание «мягких» условий, при которых происходит испарение. Подбор соотношений осадителя и органического растворителя является важной задачей при получении мембраны. Также известно, что в зависимости от природы осадителя происходит различное формование структуры мембраны, образуются поры разных размеров [6,7].

При получении мембраны сухим формованием раствор, приготовленный из полимера, летучего растворителя и порообразователя, поливается тонким слоем на стеклянную пластину и подвергается термообработке. В зависимости от режима сушки также определяются свойства мембран.

В работе исследовано влияние способов получения на структуру и свойства мембраны на основе полиамидоимида.

Полимерную мембрану формовали из композиционного раствора полиамидоимид-поливинилпирролидон (ПАИ-ПВП) в М-метил-пирролидоне в соотношении компонентов 1:1, 16 % раствор. Исследовали свойства мембран получен-

ных двумя сухим и мокрым способом. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели свойств пленки на основе полиамидоимида, полученного сухим и мокрым способами

Наименование показате- Пленка ПАИ-ПВП

ля Сухой способ Мокрый способ

Масса, г/м2 50 45

Толщина, мм 0,04 0,08

Относительное удлинение, % 30 14

Прочность при разрыве, Н/мм2 40 25

Паропроницаемость, г/м2 за 24 часа 4200 7840

Время защитного дейст-

вия по парам, ч

- спецвещества (концен- 20 3 мин

трация паров 0,05 мг/л)

Из таблицы видно, что паропроницаемость мембраны полученной мокрым способом на 86 % больше, чем у мембраны полученной сухим способом. Однако защитные свойства у мембраны, полученной мокрым формованием, отсутствуют. Данные показатели свойств обуславливаются структурой мембран (рисунок 1, 2).

При получении мембраны сухим формованием образуется непористая (диффузионная) пленка. Как видно из рисунка 1 поверхность и срез мембраны непористые. Благодаря чему и обеспечиваются высокие показатели защитных свойств.

б) Х5600

а) х140

Рис. 1 - Микрографии поверхности (а) и среза (б) мембраны на основе полиамидоимида полученного сухим методом

в) Х2000 г) х200

Рис. 2 - Микрографии поверхности (а,б,в) и среза (г) мембраны на основе полиамидоимида полученного мокрым методом

В случае же получения мембраны мокрым формованием образуется пористая структура (рисунок 2). Этим и объясняется высокие показатели па-ропроницаемости и отсутствие защитных свойств.

Механические свойства мембраны полученной сухим формованием обеспечиваются благодаря остаточному растворителю, который и обеспечивает эластичность композиционных пленок (рисунок 3).

Рис. 3 - Прочность мембраны на основе полиамидоимида полученной сухим формованием

сть: : Кг/см2 * 1 1 ГТЛ 1 1

| 500 £ 450 400 350 300 250 200 150 100 50 "1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 От нос iHflWflWP 9 10 тельное удл 11 12 нение % № WiW Ä 13 14 15 16 1 11 1 ^ 1 1 1И 1 17 18 19 20

б)

Рис. 4 - Прочность мембраны на основе поли-амидоимида полученной мокрым формованием

В случае же получения мокрым способом, растворитель вымывается осадителем, что и обуславливает низкие показатели механических свойств (рисунок 4).

Из полученных результатов следует, что для создания защитного мембранного материала выступает пленка полученная сухим формованием из полимерной композиции на основе полиамидоимида с по-ливинилпиролидоном в соотношении 1:1, т.к. образуется непористая (диффузионная) пленка, обладающая высокими показателями защитных свойств по токсичному веществу 20 часов, паропроницаемость 4200 г/м2 за 24 часа. Относительное удлинение мембраны полученной сухим методом в 2 раза больше, чем у мембраны полученной мокрым методом.

Литература

1 И.Ш. Абдуллин, Р.Г. Ибрагимов, О.В. Зайцева, Вестник Казанского технологического университета, 16, 17, 6062 (2013).

2 И.Ш. Абдуллин, Р.Г. Ибрагимов, В.В. Парошин, О.В. Зайцева, Вестник Казанского технологического университета, 15, 15, 76-84 (2012).

3 Пат. РФ 2303481 (2007).

4 Пат. РФ 2201257 (2003).

5 www.membrane.msk.ru

6 Пат. РФ 2373991 (2009).

7 Пат. РФ 2293094 (2007).

*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием Соглашения № 14.577.21.0019. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57714X0019.

© И. Ф. Сайфутдинова - асп. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, isayfutdinova@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, abdyllin_@ksty.ru.

© I. F. Sayfutdinova - graduate student of plasma-chemical and macromolecular nanotechnology materials KNITU, isayfutdinova@mail.ru; I. S. Abdullin - doctor of technical sciences, professor, head of plasma-chemical and macromolecular nanotechnology materials KNITU, abdyllin_@ksty.ru.