Preparação de membranas de poli(tereftalato de etileno) (PET) pela técnica de inversão de fases

Abstract

As membranas comerciais disponíveis são, em sua maioria, produzidas através da técnica de inversão de fases e utilizam polímeros de alto desempenho, mas que possuem alto custo, como polissulfonas e poli-imidas. O poli(tereftalato de etileno) (PET) é um polímero mundialmente conhecido que vem emergindo como alternativa de matéria-prima na produção de membranas devido à excelente relação que possui entre suas propriedades e seu custo de produção. Entretanto, encontram-se poucos estudos que exploram o potencial do PET para essa aplicação. O objetivo geral deste trabalho é preparar membranas de PET virgem pela técnica de inversão de fases utilizando como solvente misturas de ácido trifluoracético (TFA) e diclorometano (DCM) em diferentes proporções volumétricas e relacionar as características das membranas produzidas às características termodinâmicas do sistema. Os resultados do estudo termodinâmico mostraram que o sistema PET/(TFA+DCM)/água possui as características necessárias de um sistema formador de membranas e que o aumento da proporção volumétrica de DCM no solvente causou maior instabilidade no sistema. A estrutura química e a hidrofilicidade das membranas não foram afetadas pela adição de DCM. As membranas apresentaram comportamento hidrofílico e, pelas micrografias, observa-se a formação de membranas porosas com estrutura esponja, fina camada de topo e alguns macrovazios, os quais parecem ser suprimidos com o aumento da concentração de DCM na solução inicial. A tensão de ruptura das membranas aumentou com a adição de DCM e com o aumento da concentração polimérica, sendo possível obter membranas de PET com boa resistência mecânica e sem o uso de aditivos. Os experimentos de filtração resultaram em fluxos permeados na faixa de micro e ultrafiltração, além de que o aumento de DCM melhorou a permeância hidráulica das membranas, embora tenha se observado uma tendência de diminuição da seletividade.

Most commercial membranes are produced by the phase inversion technique using expensive high performance polymers such as polysulfones and polyimides. Poly (ethylene terephthalate) (PET) is a worldwide commercialized polymer that has been emerging as a raw material for membrane production due to the excellent balance between its properties and cost of production. However, there are few studies that explore the potential of PET for this application. The main objective of this work is to prepare virgin PET membranes by the phase inversion technique using as solvent mixtures of trifluoroacetic acid (TFA) and dichloromethane (DCM) in different volumetric proportions and to relate the characteristics of the prepared membranes to the system thermodynamics. The thermodynamic study showed that the PET / (TFA + DCM) / water system has the necessary characteristics of a membrane forming system and the DCM caused greater system instability. The chemical structure and hydrophilicity of the membranes were not affected by the addition of DCM. The membranes showed hydrophilic behavior and, by micrographs, the formation of sponge-like porous membranes with thin top layer and some tear-like macrovoids that appear to be suppressed with the increase of DCM in the initial solution. The tensile strength of the membranes increased with the addition of DCM and with the increasing of the polymeric concentration. It was possible to obtain PET membranes with good mechanical resistance without the incorporation of additives. The filtration experiments resulted in permeate fluxes between the micro and ultrafiltration range, and the increase of DCM improved the hydraulic permeability of the membranes, although a tendency of decreasing selectivity was observed.