Separação de fases de sistemas multicomponentes para preparação de membranas microporosas

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DATA DE PUBLICAÇÃO

1999

RESUMO

A poli (éter imida) (PEI) tem sido usada com sucesso na preparação de membranas assimétricas porosas para separação de gases. Para este objetivo, membranas de PEI podem ser preparadas com uma mistura de solventes, tetraidrofurano e g-butirolactona (THF, g-BL). Ambos os líquidos orgânicos são não solventes para o PEI, mas algumas das suas misturas apresentam um conveniente co-solvente e são completamente miscíveis com o polímero. O objetivo deste trabalho é fornecer informações termodinâmicas e cinéticas para compreender a formação de membranas microporosas a partir do sistema PEI/g-BL/THF. Os estudos de microscopia eletrônica das membranas de PEI preparadas através da mistura de solventes (THF, g-BL) por inversão de fases (banho coagulante de água), apresentou duas diferentes camadas na membrana, uma camada densa no topo e uma camada porosa. A camada densa apresenta uma espessura muito fina (0.5 mm) com altas quantidades de g-BL ou quando butanol era também adicionado a solução inicial. Resultando em altos valores de permeabilidade. A cinética e o mecanismo de formação das membranas foram estudados por experimentos de difração da luz (com dependência angular). Para o sistema com composição conveniente para a formação da membrana, a decomposição spinodal (SD) seguiu a teoria linear de Cahn quando a separação de fases era causada por evaporação do solvente. O mecanismo de nucleação e crescimento (NG) predominou nos mesmos sistemas quando a separação era provocada por imersão no banho coagulante de água. Os tempos necessários para separação e gelificação foram obtidos e ambos foram curtos em soluções que continham altas quantidades de g-BL. O parâmetro de interação, cTHF/g-BL, foi determinada por pressão de vapor e os ajustes dos diagramas de fases calculados com os dados experimentais deram acesso aos parâmetros cTHF/PEI e cg-BL/PEI. As duas soluções poliméricas binarias THF/PEI e g-BL/PEI exibiram duas regiões de duas fases, já no centro do diagrama de fases ternário as misturas se tornam homogêneas. Co-solvência pode ser observada em sistemas onde existe uma interação não favorável entre os dois solventes (cTHF/g-BL >0) e a diferença entre ambos os valores de c para as interações entre o polímero e os solventes não são tão grandes. Sobre estas condições o sistema é homogêneo no centro do diagrama de fases ternário e a separação estará associada com mais contatos não favoráveis entre os dois solventes. Os coeficientes de virial obtidos por espalhamento de luz (soluções diluídas) e osmometria mostram a fraca interação das soluções em composições próximas as regiões ricas em um dos solventes. Para composições no centro do diagrama de fases ternário os valores dos coeficientes de virial mostram interações favoráveis entre os solventes e o polímero. A viscosidade estudada para amostras contendo 15.5 % m/m de PEI mostrou uma clara dependência sobre composição da mistura dos solventes. A viscosidade aumenta próxima da região de duas fases em ambos os lados do diagrama de fases, embora o efeito seja mais pronunciado no lado rico em g-BL. Isto pode se explicado pelo fato que em bons solventes a interação entre segmentos do polímero e moléculas do solvente são favorecidos pela energia livre de mistura. Em solventes ruins o atrito entre os segmentos de polímero-polímero aumentam, causando também um aumento da viscosidade.

ASSUNTO(S)

membranas (tecnologia) decomposição quimica diagramas de fase

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