Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
По мере того как возрастает стабильность полимеров, их, как правило, делается все труднее перерабатывать. Оба эффекта — стабильность и легкость переработки, т. е. способность к течению, — противоположны друг другу. Таким образом, например, очень стабильные лестничные полимеры нерастворимы и не могут перерабатываться из расплава, что характерно для ряда термически устойчивых полимеров. Применительно к проблемам формования мембраны это значит, что полимер должен быть растворим в более или менее доступных растворителях (а не только в концентрированных неорганических кислотах) для того, чтобы можно было применить те или иные методики
Фосфорсодержащие полимеры F F
I I
F F
Политетрафторэтилен Ароматические полимеры
он 9
°"3"
Полифенилен Полиэфир Полиамид Полиэфир
(простой) (сложный)
Гетероциклические полимеры
О о О
11 я L к Р>
0 0 О О
Полиимид Полиамидоимид
Неорганические полимеры R'v /R
R NiP'N R
+^">A-R-3- +sr0+
R R
Полифосфазены Полней л океаны
Рис. II-15. Различные термически и химически стабильные полимеры.
приготовления мембран. Некоторые термически стабильные полимеры представлены на рис. II-15.
II.9. Механические свойства
Под механическим поведением понимают деформацию материала под влиянием приложенной силы. В общем случае механические свойства не являются решающими в мембранных процессах, поскольку
Рис. 11-16. Диаграммы нагрузка — деформация для различных типов полимеров.
мембрана покоится на материале подложки. Однако полые волокна и капиллярные мембраны являются самоподцерживающимися, и в этих случаях механические свойства могут стать очень важными, особенно когда применяются высокие давления, как в газоразделе-нии. Например, если высокое давление (более 10 бар) приложить к капиллярам материала с низким модулем упругости (силиконовая резина), капилляры будут разрушены. Однако материал с высоким модулем упругости (например, полиимид) легко выдерживает такие и даже более высокие давления, если выбрать соответствующим образом диаметр волокна и толщину стенки. Модуль упругости Е уже обсуждался в разд. II-5, но кроме модуля упругости, важными параметрами являются также хрупкость (или прочность) материала. Информация о модуле упругости и прочности (или хрупкости) материала может быть извлечена из диаграмм нагрузка — деформация, полученных при приложении силы на единицу площади к данному материалу и измерении деформации (начальные наклоны кривых на рис. II-16 пропорциональны модулю упругости Е). Чтобы получить малую деформацию стеклообразного полимера, следует приложить относительно большую силу, в то время как в эластомерах малая сила вызывает относительно большие деформации. Соответствующее напряжение может разрушить материал. На рис. II-16 дано схематическое описание диаграммы нагрузка — деформация для полимеров с различными характеристиками. Если материал разрушается при малых деформациях (несколько %), материал считается хрупким. Многие стеклообразные полимеры, особенно термостабильные, проявляют такие свойства. Материал считается прочным, когда он
разрушается только при достаточно больших деформациях, как например, сложные эфиры целлюлозы и поликарбонаты. Эластомеры проявляют и пластичность (податливость), и прочность. Площадь под кривыми определяет прочность (или хрупкость) материала. Факторы, которые влияют на хрупкость, — это молекулярная масса, кристалличность и межмолекулярные силы.
11.10. Эластомеры
Температура стеклования Тст определяет, находится ли полимер в высокоэластическом или стеклообразном состоянии при рабочих условиях. Если экспериментальная температура ниже Тст, полимер находится в стеклообразном состоянии, если выше Тст — в высокоэластическом. Поскольку рабочая температура при применении многих мембран обычно в районе комнатной (или лишь немного ниже), эластомерные мембранные материалы остаются в высокоэластическом состоянии, потому что их Тст существенно ниже 20°С. Такие эластомеры являются очень важным классом материалов, и некоторые широко известные из них представлены в табл. II-7, где также указаны их температуры стеклования. Химические структуры некоторых из них даны на рис. II-17. Большинство полимеров, представленных в табл. II-7, имеют ненасыщенные связи — С=С— в основной цепи, соседствующие с насыщенными связями —С—С—. Это приводит к уменьшению гибкости, если сравнивать с системой полностью насыщенных связей —С—С—.
У сополимеров, таких, как бутадиенстирольный каучук, акрило-нитрилбутадиеновый каучук, этиленпропилендиеновый каучук, сополимеры акрилонитрил — бутадиен — стирол, температура стеклова-
Таблица II-7. Температуры стеклования некоторых эластомеров
