Введение к работе
Актуальность работы Методы модификации структуры и свойств трековых мембран (ТМ) с целью улучшения таких их характеристик, как производительность и селективность, широко развиваются в настоящее время. В литературе опубликованы результаты исследований о влиянии различных добавок к травящему раствору на процесс химического травления латентных треков (ЛТ) и на свойства поверхности и форму образующихся пор. При этом, чаще других встречаются исследования о влиянии таких веществ, как поверхностно-активные вещества (ПАВ), многоатомные спирты, а также соли щелочных и щелочноземельных металлов. Однако, информация о влиянии добавок катионов этих металлов не систематизирована, и практически отсутсвуют детальные исследования процессов, объясняющих механизм, лежащий в основе изменения кинетических характеристик. Кроме того, практически полностью отсутсвует информация о влиянии ориентационной вытяжки, кристалличности и других структурных изменений плёнок на свойства мембран на различных стадиях их приготовления.
Из литературы известно, что одним из основных методов модификации структуры полимерных плёнок, повышающим их прочностные характеристики, а также химическую стойкость, плотность, является ориентационная вытяжка. В этом случае можно ожидать, что вытяжка плёнок на различных стадиях процесса формирования ТМ может существенно влиять на форму мембран, скорость травления и т.д.
Перечисленный круг проблем и необходимость их решения определяют актуальность этой работы. Представленная диссертация является частью плановых исследований, проводимых в Институте кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН в отделе мембранных технологий.
Цель диссертационной работы состоит в получении асимметричных ТМ на основе ПЭТФ плёнок с помощью воздействия на них на различных стадиях сочетанием ориентационной вытяжки, облучением тяжёлыми высокоэнергетическими
ионами и выбора, оптимального состава травящего электролита.
3 \d
Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:
-
Подготовка экспериментальных образцов мембран, полученных на основе облучённых ориентированных с последующей вытяжкой ПЭТФ плёнок. Изучение деформационной способности в режиме ориентационной вытяжки плёнок на различных этапах: готовая мембрана, плёнка до и после облучения.
-
Оценка производительности и селективности ТМ с порами вытянутой формы; сравнение этих характеристик для мембран с порами круглого входного сечения.
-
Изучение влияния режимов ориентационной вытяжки на устойчивость ЛТ в, условиях воздействия повышенных температур и различных степеней вытяжки. Оценка кристалличности, плотности, физико-механических и оптических характеристик облучённой доориентированной плёнки.
-
Для ТМ с порами эллиптического входного сечения определение их электро-по-верхностных свойств и сравнение их с ТМ с порами круглого входного сечения.
-
Изучение кинетических особенностей процесса химического травления облучённых полимерных плёнок, подвергнутых дополнительной ориентации.
-
Разработка технологической схемы и технологических режимов получения ТМ с эллиптической формой пор.
Научная новизна
-
Установлено, что получение асимметричных пор возможно лишь при ориента-ционной вытяжки предварительно облучённых плёнок.
-
Обнаружено, что ЛТ ионов Кг сохраняются в изотропных плёнках до 90-95сС, а в двухосноориентированных ПЭТФ плёнках до ~ 110С.
-
Установлено, что структурные изменения в области ЛТ сохраняют свои свойства (не "залечиваются") после ориентации плёнок и становятся растянутыми в направлении вытяжки, что подтверждается образованием асимметричных пор после травления.
-
Показано, что увеличение ионной силы травящего агента путём добавления к нему катионов Ва и К приводит к увеличению скорости травления ПЭТФ. Такой характер травления объясняется экранированием отрицательного заряда поверхности ПЭТФ за счёт сорбции на ней ионов Ва+ и К+, что приводит к снижению потенциального барьера реакции гидролиза в щелочных растворах.
5. Обнаружено, что с ростом диаметра пор увеличивается величина (-потенциала.
Добавление в электролит KCI не приводит к заметному изменению заряда по
верхности, в то время как добавка BaCI заметно уменьшает абсолютную вели
чину С-потенциала.
Полученные результаты вносят вклад в понимание химических превращений полимеров в области ЛТ и их изменений в результате ориентационной вытяжки, термообработки и деформации.
Практическая значимость
Предложена технологическая схема получения ТМ с асимметричными (в плоскости плёнки) порами, включаяющая в себя следующую последовательность: облучение плёнок (неориентированных, двухосноориентированных), доориентация плёнок, воздействие химическим агентом (травление). Полученные по такой схеме мембраны обладают вытянутой формой входного сечения пор, т.е. создана асимметрия в
плоскости плёнки. Свойства полученных ТМ существенно улучшаются: повышается производительность по чистой воде и удерживающая способность при фильтрации сферических частиц. Установлен оптимальный состав раствора для травления. Показано, что изменением химического состава можно значительно увеличивать скорость травления ПЭТФ. Обнаруженные закономерности использованы для получения ТМ с конической формой пор, т. е. создана асимметрия по толщине мембраны. Предло-женый способ получения мембран позволяет получать ТМ с тонким селективным слоем, обеспечивающим высокую производительность. Выявленные закономерности позволили оптимизировать технологический процесс получения ТМ с заданными физико-химическими характеристиками и геометрией пор.
Получено подтверждение о практической значимости ТМ с заданной структурой (асимметричностью).
Апробация работы Материалы диссертации доложены на международных и национальных конференциях и симпозиумах:
Российской конференции с международным участием "Ионный перенос в органических и неорганических мембранах" (Краснодар, 2007, 2008, 2009, 2010), Международной конференции "PERMEA 2009" (Прага, 2009), Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Звенигород, 2007, 2009).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 14 печатных работах,
из них 5 статей в рецензируемых журналах, соответсвующих спискам ВАК РФ [1-5]
и 9 тезисов докладов [6-14].
Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав основного содержания, заключения и библиографии. Общий объём диссертации ИЗ страниц, из них 107 страницы текста, включая 39 рисунка. Библиография включает 189 наименований.
