Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Поли( трет-бутилацетилен) 200,0 118,0 1J
Полиметилпентен 37,2 8,9 4,2
Поливинилтриметилсилан 36,0 8,0 4,5
Полиизопрен 23,7 8,7 2,7
Поли (фени л еноксид) 16,8 3,8 4,4
Этилцеллюлоза 11,2 3,3 3,4
Полистирол 7,5 2,5 2,9
Полиэтилен 6,6 2,1 3,2
Полиимид 2,5 0,49 5,1
Полипропилен 1,6 0,30 5,4
Поликарбонат 1,4 0,30 4,7
Бутилкаучук 1,3 0,30 4,3
Пол иэти л метакри л ат 1,2 0,22 5,2
Политриазол 1,1 0,13 8,4
Ацетат целлюлозы 0,7 0,25 3,0
Поли(винилиденфторид) 0,24 0,055 4,4
Полиамид (найлон-6) 0,093 0,025 2,8
Поливиниловый спирт 0,0019 0,00057 3,2
Полиимид (каптон) 0,001 0,00012 8,0
а1 баррер = Ю“10 см3 (н.у.) • см • см-2 • с"1 ¦ (см рт.ст.-1).
СН3
I
-Е-с=с-д- -Е-црсн-з-
HjC-Si-CH, H3C-S1-CH3
з | з !
сн3 сн3
ПТМСП пвтмс
Рис. II-13. Химические структуры политриметилсилилпропина (ПТМСП) и поливинилтриметилсилана (ПВТМС).
у него очень большой свободный объем, ПТМСП может быть фактически представлен в виде системы взаимопроникающих открытых пор, с размером пор около 5А [2,8* —10*]. Поли(трет-бутилацетилен) (ПТБА) является другим полимером из группы полиацетиленов, также проявляющим высокую проницаемость.
Из таблицы видно также влияние кристалличности. Температуры стеклования найлона-б и ацетата целлюлозы различаются мало, но из-за более высокой кристалличности проницаемость найлона-б значительно ниже. Поливиниловый спирт (ПВС) также имеет очень низкую проницаемость из-за высокой кристалличности.
Кроме проницаемости, термическая и химическая стабильность полимеров и/или мембран также определяется теми же структурными факторами, то есть гибкостью цепи, межцепными взаимодействиями и кристалличностью. Химическая стабильность включает в себя такие понятия, как гидролитическая стабильность, устойчивость к растворителям, pH и хлорированию. Чтобы получить высокоустойчивые мембраны, нужно избегать так называемых «слабых мест», таких, как ненасыщенные группы, — NH-группы, сложноэфирные группы.
II.8. Термическая и химическая стабильность
Керамики стали вызывать все возрастающий интерес как мембранные материалы, потому что известна их высокая химическая и термическая стабильность по сравнению с полимерами. При возрастании температуры физические и химические свойства полимеров изменяются и, в конце концов, полимеры вообще разлагаются. Степень таких изменений зависит от типа полимера, и, как говорилось ранее, для аморфных стеклообразных полимеров важным параметром является температура стеклования Тст, а для кристаллических полимеров — температура плавления Тпл. Выше этих критических температур свойства полимеров меняются очень резко.
В общем случае факторы, которые приводят к увеличению термической стабильности, также увеличивают и химическую стабильность; это факторы, которые увеличивают: 1) Тст и Тпл и 2) кристалличность. Принципиальным фактором, приводящим к кристалличности, является симметричная структура при отсутствии случайным образом распределенных боковых групп. В случае структуры ароматических колец пара-замещенные структуры больше склонны кристаллизоваться. Межцепные взаимодействия, особенно индуцированные водородными связями, также увеличивают кристалличность. Атактические полимеры (см. рис. II-4) некристалличны. Напротив, фактор, который особенно увеличивает Тст, — это жесткость
Полибензимидазол
о.
''yj- Полиоксадиазоп
—N
О
О
Полиимид
о
о
Рис. II-14. Резонансные структуры в полиимиде, полиоксадиазоле и по-либензимидазоле.
основной цепи, состоящей из ароматических и/или гетероциклических групп и не содержащей каких-либо других гибких (—С—С—) групп. В некоторых случаях возможно, что Тст оказывается столь высокой, что температура разложения будет ниже температуры стеклования, как, например, для полифенилена или полиоксадиазола, оба из которых содержат только ароматические и гетероциклические группы. Объемистые боковые группы также увеличивают Тст из-за уменьшения вращательной подвижности основной цепи. Кроме того, присутствие резонансных структур, как в случае полибензимидазо-лов, полиоксадиазолов и лестничных полимеров, увеличивает термическую стабильность. На рис. II-14 даны некоторые примеры резонансных структур, найденных в термически стабильных полимерах, используемых как мембранные материалы.
