Skip to main content
SUPERVISOR
Roohollah Bagheri,Mortaza Sadeghi
روح اله باقری (استاد مشاور) مرتضی صادقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Shahrooz
مهدی شهروز

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Effect of Preparation Conditions on Gas Separation Properties of Polyurethane Membranes
: Polyurethanes like other block copolymers undergo phase separation and produce a microstructure consisted of hard and soft domains. Concerning the permeability of gases through polyurethanes, soft domains act as permeable regions and hard domains act as impermeable regions making the morphology of polyurethanes an important factor affecting the permeability of gases through these materials. In this study the effect of varying the preparation conditions was investigated on the morphology and permeability of polyurethane membranes. Two batches of polyurethane based on isophoron diisocyanate/butanediol/poly(tetramethylene glycol IPDI/BDO/PTMG were synthesized, each with 30 and 50 percent hard segment content. Prepolymer bulk polymerization method was used for the synthesis of the batches. Solution casting method was used for the fabrication of the membranes and dimethylformamide (DMF) was used as solvent for dissolution of the samples. Samples were cast at 60, 80 and 100 . Permeability of ، ، and through the samples was measured using constant-volume method. Small angle X-ray scattering (SAXS) was used for studying the morphology and IR-spectroscopy (ATR-FTIR) was used for studying the hydrogen bonding in the samples. For samples with 30% hard segment, increasing the casting temperature leads to a decrease in the extent of phase separation and permeability. This phenomenon may be due to the increase in mixing of the soft and hard domains with increasing temperature. Also, increasing the casting temperature leads to a faster evaporation of the solvent and thus reduces the time available for the system to phase separate. For the samples prepared with 50% hard segment, increasing the casting temperature leads to an increase in extent of phase separation but the permeability of the studied gases go through a maximum with increasing the casting temperature from 60 to 100 . Increasing the casting temperature leads to an increase in mobility of the chains and facilitates the phase separation, on the other hand it leads to faster solvent evaporation and prevents the domains from rearrangement leading to an interpenetrated morphology with lower mobility of the soft domains. This result can be deduced from the thermal density fluctuation background obtained from SAXS experiments for the samples. Results of IR-spectroscopy for the samples prepared from both batches, do not show a significant change in hydrogen bonding with casting temperature. It can be concluded that changes in morphology do not necessarily lead to changes in hydrogen bonding within the samples. Keywords: Polyurethanes, Membranes, Gas Separation, Block Copolymers, Small Angle X-ray Scattering.
: پلی یورتان ها مانند سایر کوپلیمرهای بلوکی دستخوش جدایش فازی می شوند و ریخت شناسی ایجاد می کنند که در آن دو منطقه ی سخت و نرم ایجاد می شود. ریزحوزه های نرم به عنوان مناطق عبورپذیر و ریزحوزه های سخت به عنوان مناطق مقاوم در مقابل عبورپذیری عمل می کنند، بنابراین ریخت شناسی این پلیمرها می تواند در عبورپذیری گازها از غشا موثر باشد. در این پژوهش اثر تغییر در شرایط ساخت غشا بر ریخت شناسی و عبورپذیری غشاهای پلی یورتانی مورد بررسی قرار گرفت. دو نمونه پلی یورتان بر پایه ی ایزوفوفرون دی ایزوسیانات/بوتان دی ال/پلی تترامتیلن گلایکل (IPDI/BDO/PTMG) با درصد قطعات سخت 30 و50 به روش پیش پلیمر و به صورت توده ای سنتز شد. برای ساخت غشا از روش ریخته گری حلال استفاده شد و از دی متیل فرم آمید (DMF) به عنوان حلال برای انحلال نمونه ها استفاده گردید. سه دمای مختلف 60، 80، و 100 درجه ی سانتیگراد برای تبخیر حلال از نمونه ها در نظر گرفته شد. عبورپذیری گازهای ، ، و از درون نمونه های تهیه شده با روش حجم ثابت مورد ارزیابی قرار گرفت. برای بررسی ریخت شناسی نمونه ها از پراش اشعه ی ایکس در زاویه ی کم (SAXS) استفاده گردید و برای بررسی پیوند هیدروژنی از طیف سنجی مادون قرمز (ATR-FTIR) استفاده گردید. نتایج نشان می دهند که برای نمونه های تهیه شده از پلی یورتان با 30 درصد قطعه ی سخت افزایش دمای ریخته گری منجر به کاهش در میزان جدایش فازی و عبورپذیری در نمونه های تهیه شده می گردد. این پدیده به دلیل افزایش اختلاط دو فاز نرم و سخت اتفاق می افتد. همچنین افزایش دمای ریخته گری باعث افزایش سرعت خروج حلال و کاهش زمان لازم برای جدایش فازی می گردد. برای نمونه های تهیه شده از پلی یورتان با50 درصد قطعه ی سخت افزایش در دمای ریخته گری منجر به افزایش میزان جدایش فازی می شود اما عبورپذیری از یک ماکزیمم عبور می کند. افزایش دمای ریخته گری باعث افزایش تحرک قطعات سخت و نرم می شود و منجر می شود که دو قطعه راحت تر بتوانند در دو فاز مجزا قرار گیرند، در نتیجه جدایش فازی افزایش می یابد. همچنین با افزایش دما فرصت جدایش فازی برای سامانه کاهش می یابد و باعث می شود تا دو فاز درگیری بیشتری یا یکدیگر داشته باشند. کاهش تحرک کلی نمونه های تهیه شده در دمای 100 نسبت به 80 را در تابش پس زمینه ی نمودارهای SAXS نیز می توان مشاهده نمود. نتایج طیف سنجی مادون قرمز برای نمونه های ریخته گری شده در دماهای مختلف و با درصد قطعه ی سخت متفاوت، تغییر محسوسی را در پیوند هیدروژنی نشان نمی دهند. این پدیده می تواند به دلیل عدم تغییر محسوس در پیوند هیدروژنی با تغییرات ریخت شناسی صورت گرفته باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی