Введение к работе
ктуалыгость проблемы.
К настоящему времени разработана технология получения трековых мембран "М) на основе нескольких полимеров. Мембраны данного типа получают облучением мшмерных плёнок тяжёлыми заряженными частицами и последующей химической іработкой. Отличительными свойствами ТМ являются узкое распределение размеров' )р и низкая сорбционная способность, что обеспечивает ситовый механизм їзделения при фильтрации дисперсных систем. Благодаря этим свойствам ТМ находят ирокое применение в процессах разделения и очистки жидких и газообразных сред, а ікже в аналитических работах. Физико-химические свойства ТМ определяются їтериалом матрицы, т. е. видом полимера, из которого изготовлена мембрана.
Ряд практических задач требует направленного изменения свойств мембран, а денно, увеличения гидрофильное поверхности с целью повышения смачиваемости и щопроницаемости, изменения электроповерхностных свойств, придания способности VI реагировать заданным образом на изменение условий окружающей среды емпература, рН, электрическое поле, ионная сила, состав раствора и т. д.).
Актуальность работы состоит в том, что модифицирование трековых мембран эжет значительно расширить сферу их возможного применения, благодаря тцественному изменению поверхностных характеристик мембран, гидрофильных юйств и возможности изменения размеров пор под действием внешних условий.
Разработка методов гидрофилизации полиэтилентерефталатных (ПЭТФ) :мбран особенно актуальна, когда речь идёт о малых (<0.1 мкм) размерах пор. В гучае полипропиленовых (ПП) мембран, материал которых гидрофобен, их пользование для фильтрации водных растворов требует гидрофилизации мембраны зависимо от диаметра пор.
В последние годы большое внимание исследователей привлекают так ізьіваемьіе "умные" материалы (smart or intelligent materials) - водорастворимые )лимеры и гидрогели, способные реагировать на небольшие изменения во внешней >еде заранее запрограммированным образом. Представляется интересным пользование таких полимеров для создания ТМ с регулируемой проницаемостью.
В данной работе в качестве способа модифицирования свойств ТМ был выбран угод радиационной прививочной полимеризации (РПП). Мировой опыт
использования радиационной прививочной 'полимеризации для модифицировани поверхности полимерных материалов указывает на следующие преимущества это! метода:
-
Высокая универсальность метода, поскольку активные центры полимеризации пс действием излучения возникают в полимерах практически любой химическо природы.
-
Возможность модифицировать полимерные изделия любой конфигурации и форм (плёнки, волокна, порошки и т.п.).
-
Высокие скорости инициирования по сравнению с обычным, химически инициированием, что даёт возможность проводить процессы модифицирования большими скоростями.
-
Возможность проведения процессов в широком диапазоне температур. В ряд случаев существенно важным моментом является возможность проведения прививк при пониженных температурах.
-
Сравнительно простое регулирование скоростей процессов полимеризации путё изменения мощности дозы.
-
Радиационная прививочная полимеризация не требует использования вещественны инициаторов, что обеспечивает чистоту продукта. В ряде случаев это имеет важно значение (медицинские полимеры и др.).
Необходимо отметить, что радиационная прививочная полимеризаци применяется для модифицирования не только радиационно стойких материалов, таки как ПЭТФ, по и материалов с ограниченной радиационной стойкостью ПП, благодар возможности простого варьирования дозы облучения. Дозы облучения, используемы для проведения прививочной полимеризации, как правило, не превышают 50-100 кГ; Во многих случаях радиационная прививочная полимеризация требует доз не более 2 ЮкГр. РПП может осуществляться различными методами из жидкой, паровой газообразной среды. Выбор того или иного метода зависит от конкретных услови (природы полимера, мономера и т. д.).
Цель работы: получение и исследование свойств полиэтилентерефталатных полипропиленовых трековых мембран, модифицированных радиационной прививочно полимеризацией различных мономеров для придания мембранам качественно новы
войств и функций, а также изучение влияния пористой структуры мембран на процесс адиационной прививочной полимеризации.
[аучная новизна работы.
1. Впервые установлены кинетические закономерности процесса радиационной
рививочной полимеризации 2-метил-5-винилпиридина (2М5ВП) и N-
юнропилакриламида (НИПАА) прямым методом, методом предварительного
Злучений в вакууме (прививка па свободных радикалах) и в кислородсодержащей
мосферс (псроксидпый метод) на ПЭТФ и ПП ТМ. Показаны зависимости скорости
предельной величины прививки П2М5ВП и ПНИПАА от параметров трековых
гмбран.
2. Впервые определены условия радиационной прививки термочувствительного
умно»)") полимера поли-М-изопропилакриламида, имеющего нижнюю критическую
:мпературу смешения (НКТС).
3. Определены закономерности формирования привитого полимера па
эверхности и стенках пор мембраны, и характер его распределения по сечению ТМ
;тодом электронной микроскопии.
4. Показано, что прививка П2М5ВП на ПЭТФ И ПП ТМ позволяет
іцественно снизить контактный угол смачивания поверхности.
5. Определены транспортные характеристики (изменение удельной
юизводителыюсти по газу и воде) привитых ПЭТФ и ПП ТМ. Получена зависимость
ідоироницасмости модифицированных мембран от величины прививки гидрофильного
шимера П2М5ВП. Установлены зависимости газо- и гидродинамического диаметров
величины прививки.
6. Методом кондуктометрии получены температурные отклики ТМ, привитых
рмочувствитсльным ПНИПАА. Определен температурный диапазон (32-34"С)
«свого перехода для привитого ПНИПАА. Для мембран, модифицированных
НИПАА, получена зависимость водопроницаемости от температуры.
рактическая ценность работы. Найдены оптимальные условия проведения процесса Ш с целью получения ПЭТФ и ПП мембран с гидрофильной поверхностью и рмочувствительных ТМ. Разработанная на основе проведенных исследований
методика прививочной полимеризации позволяет получить ПП трековые мембрань (размер пор 0.3 мкм) с высокой удельной производительностью по воде - Д( 5.5 мл/мин/см2 при перепаде давления 0.07 МПа при оптимальных степенях прививкі 4-5% и улучшенными механическими свойствами (разрывная прочность), а такж< ионообменные мембраны, используемые в процессах фильтрации вирусов и длз уменьшения адсорбции положительно заряженных частиц поверхностью мембраны Мембраны с исходным размером пор 1 мкм, модифицированные термочувствительны!* полимером ПНИПАА, способны обратимо реагировать на изменение температуры і интервале 32-34С, увеличивая или уменьшая размер пор от 0 до 0.6 мкм. Для таки; мембран достигнута регулируемая температурой проницаемость по воде. Метод РПГ позволяет существенно расширить область применения ТМ.
Автор выносит на зашиту:
-
Кинетические закономерности процесса РПП 2М5ВП пероксидным методом і методом предварительного облучения в вакууме на ПЭТФ и ПП ТМ с различньїмі параметрами (диаметр и плотность пор).
-
Результаты изучения микроструктуры привитых мембран и объёмной распределения привитого П2М5ВП и его влияние на изменение пористої структуры ТМ. Обнаружение образования в порах тонких перегородок толщиноі 40+20 нм в процессе РПП 2М5ВП на ПЭТФ и ПП мембранах.
-
Результаты исследования гидрофильных и электроповерхностных свойств привиты; ТМ, влияния природы прививаемого полимера на транспортные свойства мембран их химическую стойкость в агрессивных средах и механическую прочность.
-
Зависимость водопроницаемости модифицированных ТМ от степени прививкі П2М5ВП.
-
Обнаруженные особенности радиационной прививки термочувствительной ПНИПАА на ТМ, осуществлённой прямым методом и методом предварительной облучения мембран на воздухе.
-
Результаты исследования водопроницаемости и электрической проводимости ТМ і привитым ПНИПАА, регулируемых температурой.
пробаїїия работы. Основные результаты и отдельные полбжения работы экладывались на рабочем совещании 'Твердотельные трековые детекторы ядер и их рименение" (Дубна, 1990 г.), на 17-й международной конференции 'ТЧисІеаг tracks in )lids" (Дубна, 1994), на Российской конференции по мембранам и мембранным :хнологиям "Мембраны-95" (Москва, 1995), на 12-ом международном конгрессе по «мическим и технологическим процессам "Chisa-96" (Прага, 1996), на 18-й' еждународной конференции "Nuclear tracks in solids" (Египет, 1996), на 4-ой еждународной школе-семинаре по физике тяжёлых ионов (Дубна, 1997), на 13-ом еждународной конгрессе по химическим и технологическим процессам "Chisa-98" Ірага, 1998), на 3-ем международном симпозиуме по ионизирующей радиации и злимерам (Дрезден, 1998), на Российской конференции по мембранам и мембранным :хнологиям "Мембраны-98" (Москва, 1998).
убликапии. Материал диссертации изложен в б статьях в научных журналах и в 8 жладах и тезисах в сборниках материалов совещаний и конференций.
бъём работы. Работа состоит из введения, четырех глав, приложения, выводов и ключения и изложена на ПО страницах машинописного текста, включая 27 ісунков, 4 таблицы и список литературы из 126 наименований.
