Введение к работе
Актуальность проблемы. Последнее десятилетие отмечено повышенным гересом к новым, специально созданным полимерных, материалам ораэделительных мембран. Разнообразие потенциальных задач газоразделения гает крайне желательным изучение транспортных характеристик материалов в грокоы интервале давлений и температур в различных газовых средах.
Как известно, в проницаемости и селективности мембранных материалов деляют кинетическую и термодинамическую составляющие. Изучение >модннамнки сорбции газов является необходимым этапом для понимания ведения полимерных материалов мембран, контактирующих с газовым» щами. Между тем к началу выполнения данной работы в середине 80-х голов нашей стране не уделялось достаточного внимания систематическим следованиям сорбции газов при высоких давлениях, особенно в жяообразных полимерах, каковыми являются большинство современных териалов газоразделительных мембран.
Для полимерных стекол характерен ряд особенностей: нелинейность отерм сорбции, * явление гистерезиса, широкий диапазон изменения рбционных параметров. Однако в литературе за редким исключением сутствовали работы, в которых роль этих факторов была бы адекватно учтена, s следования сорбции проведены для рядов полимеров с систематически рьирусмой химической структурой * свойствами. Особый интерес прелсга&іялс следование кремнийсодержащих стеклообразных полимеров, отличающихся ісокимн параметрами массопереноса и свободного объема. Эти соображения [ределили цель и задачи настоящей работы.
Цель работы,
L Исследование сорбции газов в расширенном интервале давлений для шимеров. с высоким свободным объемом - перспективных материалов зрраздеяительных мембран.
2. Анализ термодинамики сорбции и определение параметров изотерм ірбшга в зависимости от.
физического состояния полимера;
химической природы мономерного звена;
интервала изученных давлений (концентраций сорбата).
1. На примере полимеров норборнена, виниловых и ацетиленов:
полимеров с кремний- и фторсодержащими боковыми группами установлен
взаимосвязь строения мономерного звена, температуры стеклования, свободней
объема и сорбционных езойств полимера: коэффициентов растворимости
параметров модели двойной сорбции.
2. Введение F-содержащих боковых групп в состав изучении
стеклообразных полимеров приводит к возрастанию неравновесно
составляющей свободного объема и понижению энергии когезии полимера, что
сочетании со специфическим (диполь-дипольным) взаимодействием сорбат
полимер приводит к увеличению коэффициентов растворимости газов.
3. Для широкого ряда изученных полимеров и сорбатов (ССЬ, С2Н6, CjHf
QHio) продемонстрирован универсальный характер S-образных изотерм сорбци
низкомолекулярных веществ в стеклообразных полимерах Комплексны
исследования сорбции, набухания, диффузионных и механических свойсп
различных систем полимер-газ позволили обобщить на широко»
экспериментальном материале представления о переходе полимера и
стеклообразного в высокоэластическое состояние в точке перегиба изотермь
сорбции вследствие его пластификации сорбатом при температуре эксперимента
т.е. значительно ниже его температуры стеклования в вакууме. Установлеї
характер зависимо ли координат точек перегиба (Pg, С от свойств полимер:
(ТД газа (Тс) и условий проведения эксперимента (температуры).
Практическая значимость. Накоплен большой экспериментальны!: материал по сорбции газов при высоких давлениях в различных полимерах, который может быть полезен при поиске мембранных материалов* с улучшенными газоразделительными свойствами, а также для включения в базы данных по свойствам полимерных материалов. Предложенный в работе подход для анализа поведения систем газ-полимер в широком диапазоне температур, давлений и концентраций сорбата позволяет на основе построения пространственных диаграмм равновесия очертить области существования материала в стеклообразном и высокоэластическом состоянии. Таким образом, установление диапазонов давлений и температур, соответствующих переходу полимера из стекла в каучук, вследствие пластификации сорбатом, открывает ' - возможность предсказывать рабочие режимы эксплуатации мембран в различных
'; газовых средах.
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись, экладывались и обсуждались на Международном симпозиуме по мембранам для аро- и газоразделения (Суздаль, 1989), Международной школе Европейского [ембранного Общества (Звенигород, 1991), Всесоюзной конференции по ембранньш методам разделения смесей (Суздаль, 1991), 5-м Международном Симпозиуме по явлениям растворимости (Москва, 1992), Международных онгрессах по мембранам и чембраиным процессам (ICOM, Чикаго, США, 1990 Гейдельберг, Германия, 1993).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 6 статьях и яде тезисов научных докладов. Список публикаций приведен в конце реферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех лав, выводов и списка цитируемой литературы.
