تهيه و شناسايي غشاهاي آميخته‌اي پلي‌يورتان - پلي‌دي‌متيل‌سيلوكسان/پلي‌آميد12 - قطعه - پلي‌تترا‌متيلن‌ گليكول براي جداسازي گاز‌

Preparation and Characterization of Polyurethane-Polydimethylsiloxane/Polyamide12-b-Polytetramethylene Glycol Blend Membranes for Gas Separation

در اين پژوهش، غشاهاي آميخته‌اي پلي‌يورتان (PU) سنتز شده بر پايه تولوين‌دي‌ايزوسيانات، پلي‌تترا‌متيلن گليكول (PTMG) و پلي‌دي‌متيل‌سيلوكسان (PDMS) به همراه پلي‌آميد12- قطعه- پلي‌تترا‌متيلن‌ گليكول (PA12-b-PTMG) با روش تبخير حلال تهيه شدند. پلي‌يورتان - پلي‌دي‌متيل‌ سيلوكسان سنتز شده و غشاهاي آميخته‌اي PU-PDMS/PA12-b-PTMG به كمك FTIR، وDSC و SEM شناسايي شدند. نتايج به‌دست آمده از FTIR براي پلي‌يورتان - پلي‌دي‌متيل‌‌سيلوكسان نشان داد، قله مربوط به ارتعاش كششي پيوند NCO در 1-cm 2270 كاملاً محو شده است كه اين موضوع نشان‌دهنده كامل‌شدن واكنش نهايي است. بر اساس نتايج DSC، با افزايش مقدار ‌‌‌‌PA12-b-PTMG در غشاهاي آميخته‌اي PU-PDMS/PA12-b-PTMG، سازگاري بين دو فاز بيشتر مي‌شود. در تصاوير SEM مشاهده شد، در غشاي آميخته‌اي با %20 وزني از PA12-b-PTMG، آميخته به‌طور قابل توجهي در مقياس بسيار ريز همگن است. خواص تراوايي گاز از غشاهاي آميخته‌اي به كمك گازهاي نيتروژن، كربن دي‌اكسيد و هليم بررسي شد و تراوايي‌ گازهاي نام برده با خواص آميخته ارتباط داده شد. مقايسه نتايج مقدار تراوايي غشاي پلي‌يورتان- پلي‌دي‌متيل‌‌سيلوكسان خالص و غشاهاي آميخته‌اي نشان داد، اين غشاها نسبت به گاز كربن دي‌اكسيد بيشترين مقدار تراوايي و نسبت به گاز نيتروژن كمترين مقدار تراوايي را دارند. غشاي آميخته‌اي با %20‌ وزني از PA12-b-PTMG داراي بيشترين تراوايي نسبت به گاز كربن دي‌اكسيد (Barrer 105?) بود. با اضافه‌شدن PA12-b-PTMG به ماتريس PU/PDMS، افزايش گزينش‌پذيري ايده‌آل گاز هليم در غشاهاي آميخته‌اي مشاهده شد. در ميان غشاهاي آميخته‌اي با %??-5 وزني از پلي‌آميد12- قطعه - پلي‌تترا‌متيلن‌ گليكول افزايش مقدار گزينش‌پذيري جفت گازهاي CO2/N2 تا حدود %244، He/N2 تا حدود %20 و CO2/He تا حدود % 103مشاهده شد. داده‌هاي تجربي تراوايي غشاهاي آميخته‌اي با داده‌هاي تراوايي محاسبه شده بر اساس مدل لگاريتمي افزايشي بهبود يافته، مقايسه شد.

Blend membranes of synthesized polyurethane based on toluene diisocyanate (TDI), polydimethylsiloxane (PDMS) and polytetramethylene glycol (PTMG) with polyamide12-b-PTMG were prepared by solution casting technique. The synthesized polyurethane-polydimethylsiloxane and PU-PDMS/polyamide12-b-PTMG blend membranes were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). In the FTIR spectrum of the synthesized PU-PDMS, the disappearance of NCO stretching vibration at 2270 cm?1 was used to confirm the completion of the reaction. According to our DSC results, the use of higher polyamide12-b-PTMG content in PU-PDMS/polyamide12-b-PTMG blends led to greater compatibility between the two phases. The SEM images showed that the blends with polyamide12-b-PTMG (20 wt%) were significantly more homogeneous in the micrometric scale compared to other samples. Gas transport properties have been determined for N2, CO2 and He gases and the obtained permeability values were correlated with the properties of the blends. The comparison of the results with that of the pure PU-PDMS membrane showed that the blend membranes had a higher permeability toward CO2 and lower toward N2 gas. The blend membrane with 20 wt% polyamide12-b-PTMG showed higher CO2 permeability (?105 Barrer) compared to PU-PDMS membrane. By introduction of polyamide12-b-PTMG into PU-PDMS matrix a perceptible rise in helium ideal selectivity of the blend membranes was observed. In blend membranes with 5-20 wt% polyamide12-b-PTMG contents, an enhancement of CO2/N2 (244%), He/N2 (20%) and CO2/He (103%) selectivity factor was observed. The experimental permeability values of the blend membranes were compared with the calculated permeability based on a modified additive logarithmic model.