1。介绍gydF4y2Ba
等离子体表面改性是一种高潜力的过程,可以用来提高膜材料的实用程序在不同的技术应用。辉光放电等离子体在低压力的几个物理技术利用修改聚合物膜表面的形态和性质(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba]。大多数辉光放电产生的等离子体用于这些目的是无线电频率(13.56兆赫)和微波(2.45 GHz)电源。然而,直流辉光放电是其中最简单的技术,不需要复杂的电子电路。已经提出了各种引用,聚合物膜改性是化学和物理技术的集成gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba]。添加有机或无机粒子作为第三铸造解决方案的组件是最重要的化学技术之一,而等离子体表面改性是一种物理(等离子治疗)和物理化学(等离子体聚合和接枝)技术。膜性能得到这两个技术的结合是相当高的(gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba]。通常情况下,不对称聚合物气体分离膜的渗透性由相位反转技术很低,不适合实际应用。为了提高气体的渗透性,亲水特性,选择层厚度和孔隙度的膜必须改善。一般来说,增加渗透速率、选择性应该薄层。的有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ CHgydF4y2Ba4gydF4y2Ba分离,膜表面的亲水特性的影响有限gydF4y2Ba2gydF4y2Ba渗透速率。因此,渗透速率有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba是增强通过增加膜表面的亲水性属性(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba]。然而,气体渗透速率的增加取决于许多参数,如动力学直径,四极矩,和极化率的气体,以及高分子膜表面的极性。一般来说,腐蚀和沉积过程发生在同一时间聚合膜处理从non-polymer形成气体放电等离子体gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba]。然而,这些过程都依赖于初始等离子体条件。gydF4y2Ba
在聚合物溶液中添加第三个组件,聚乙二醇(PEG)是一种最重要的添加剂使用。几个研究小组调查的效果挂钩,分子量和剂量,在形态、结构、机械性能和性能以及膜的形成。1998年,金正日和李gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba]研究了逆相挂钩对膜形成的影响。他们发现这种行为作为造孔剂挂钩。水通量增加,溶质排斥和聚沉值减少与增加盯住NMP比率。同时,孔隙度的子层底部增加挂钩添加剂的使用。除此之外,自由体积分数和玻璃化转变温度上升gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
挂钩后,模量和抗拉强度下降纳入铸造解决方案(gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba]。Shieh et al。gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba]发现,挂钩可以用来提高膜的选择性由于其亲水性自然。Chakrabarty et al。gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba)报道,高分子量的膜,把挂钩展示高于膜的纯水通量、孔隙度与低分子量挂钩。左et al。gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba]研究了PEG分子量的影响PVDF膜的形态和属性。他们发现与较低分子量挂钩作为造孔剂与高分子量挂钩时表现得像一个pore-suppressing代理。他们还发现,铸造解决方案的粘度随着PEG分子量的增加而增加。此外,Yunos et al。gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba]研究了PEG分子量和剂量的影响PSF膜的特性和性能。他们发现,膜纯水通量和平均孔隙半径增加而增加挂钩内容以及亲水组件出现在PSF / PEG混合膜。gydF4y2Ba
这项工作研究了聚乙二醇高分子添加剂的影响和较低的温度和压力直流辉光放电等离子体的形态结构和表面性质,聚砜/聚乙二醇(PSF / PEG)膜。此外,N的渗透gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba气体通过PSF / PEG膜等离子治疗前后测量和评价。gydF4y2Ba
2。实验方法gydF4y2Ba
2.1。材料gydF4y2Ba
聚砜(UDEL 3500 LCD MB)以颗粒形式从苏威提供,中国。溶剂,包括DMAC (99%,gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba
WgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
87.12gydF4y2Ba
克/摩尔),1-methyl-2-pyrrolidone (NMP),四氢呋喃(四氢呋喃)和丙酮(99.5%)、丙烯酰胺买来Riedel-deHaen, Sigma-Aldrich(泰国)有限公司有限公司,分别和Ajax Finechem Pty Ltd .。PSF丸被0.01克重秤(和gf - 3000)从A&D(泰国)有限公司有限公司热板电磁搅拌器的vs - 130 sh视觉科学(泰国)有限公司,有限公司,用于溶解PSF。热板温度设定在则高达55 -°C。挂钩(gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba
WgydF4y2Ba
= 1000克/摩尔)购买的丙烯酰胺Riedel-deHaen作为添加剂在这项研究。gydF4y2Ba
2.2。平板膜的制备gydF4y2Ba
聚砜/聚乙二醇(PSF / PEG)不对称膜是由干/湿阶段反演方法。丸的PSF被电子烤箱干24小时之前使用的85°C。所有原料都是对应于给定的公式。在铸造解决方案的准备,挂钩是首先溶解在溶剂。后来,PSF材料仔细涌入挂钩和溶剂的解决方案。去除气泡,溶解铸造解决方案受到超声波浴15分钟。然后,获得铸件的解决方案是雇一个清晰的和光滑的玻璃盘子。潮湿的铸膜厚度控制在150左右gydF4y2Ba
μgydF4y2Bam。获取不对称膜,新兴的膜被放置在正常的空气一分钟之前他们沉浸在凝固浴的离子水24小时。在那之后,膜在正常空气干燥24小时。gydF4y2Ba
2.3。等离子体处理PSF / PEG膜gydF4y2Ba
一个实验室规模的低压直流辉光放电等离子体系统被用于治疗PSF / PEG膜。这种等离子体系统的细节解释说在以前的工作gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba]。总之,等离子系统如图gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba包括真空室、电源、电极和旋转泵。之前生成等离子体放电,等离子反应堆内部的压力注入到约5.5×10gydF4y2Ba−2gydF4y2Bambar。在目前的工作,初始等离子体气体压力和放电功率控制在约2.5×10gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba分别mbar和15.0 W。PSF / PEG膜样品固定在一个丙烯酸1.5毫米厚度的板,然后放置在阳极电极。电极间的差距是在控制gydF4y2Ba
3.0gydF4y2Ba
±gydF4y2Ba
0.1gydF4y2Ba
厘米。研究表面辉光放电等离子体的影响和天然气PSF / PEG膜的渗透特性,等离子体处理时间是不同的。gydF4y2Ba
DC-plasma系统和组件。gydF4y2Ba
2.4。PSF / PEG膜的表征gydF4y2Ba
首先,PSF膜与不同PEG浓度检测他们的亲水属性被水接触角测量液滴模式使用基于视频光学接触角测量仪(模型亚奥理事会15 ec、DataPhysics仪器GmbH德国)。血浆样品处理PSF / PEG膜受到水接触角测量。聚合物膜的物理和机械性能进行了动态机械热分析(DMTA)技术在拉伸模式。DMTA测试期间,频率和温度控制在1赫兹和20 - 300°C,分别。形态学的观察模式和结构通过SEM, PSF / PEG膜样品在液氮浸泡5 - 10分钟,然后涂以黄金在低压力。此外,官能团的创建是验证了减反射傅里叶变换红外光谱学(ATR-FTIR)在400 - 4000厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba为波数分辨率为4厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
2.5。测量气体渗透gydF4y2Ba
纯O的渗透速率gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba气体通过PSF / PEG膜样品等离子治疗前后测量在不同压力水平,2,4,6,8条。渗透模块作为一个关键组件的测试设置呈现在图gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba。样品的膜切成圆形的直径5.7厘米和有效面积约17.36厘米gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。防止气体泄漏、橡胶o型环的厚度0.5厘米被利用。渗透利率从肥皂泡沫流速计,读取每个样本的五倍,平均价值计算。pressure-normalized通量或渗透率值单位的GPU (1 GPU = 10gydF4y2Ba−6gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(STP) /厘米gydF4y2Ba2gydF4y2Ba年代厘米Hg)是由使用(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba]。此外,理想气体分离系数或OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba选择性估计(gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
lgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
问gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba
pgydF4y2Ba
(2)gydF4y2Ba
∝gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
jgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
/gydF4y2Ba
lgydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
/gydF4y2Ba
lgydF4y2Ba
jgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
jgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba
问gydF4y2Ba
体积流率,gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
磁导率,gydF4y2Ba
lgydF4y2Ba
是皮肤层厚度,gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba
是膜有效面积,gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
/gydF4y2Ba
lgydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
是透过在GPU的单位,gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba
pgydF4y2Ba
是跨膜压力。gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
和gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba
jgydF4y2Ba
的渗透率gydF4y2Ba
我gydF4y2Ba
和gydF4y2Ba
jgydF4y2Ba
气体,分别。gydF4y2Ba
渗透模块的组件。gydF4y2Ba
3所示。结果与讨论gydF4y2Ba
3.1。PEG浓度的影响gydF4y2Ba
PSF膜的水接触角测量的结果在不同的挂钩剂量显示下降趋势,特别是当PEG浓度增加到30 wt %,如图gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba。从90.5到75.4的水接触角下降约17.0%,而盯住用量增加到大约30 wt %。这意味着挂钩的浓度会影响PSF膜的亲水特性。gydF4y2Ba
水接触角与PEG浓度的增加(wt %)。gydF4y2Ba
数据gydF4y2Ba
4(一)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
4 (c)gydF4y2Ba节目形态模式和结构的纯PSF, PSF /挂钩5 wt %,分别和PSF /挂钩10 wt %。可以看出,宏观孔隙消失当挂钩纳入PSF膜。在这项研究中,通过扫描电子显微镜照相术孔隙大小的估计。发现PSF膜的平均孔径近似Carnoy项目2.0®版本合并与SEM显微图倾向于减少增加剂量挂钩。纯PSF的平均孔隙大小(包括宏观孔隙),PSF /挂钩5 wt %,盯住和PSF / 10 wt %约为3.37,3.11和3.09gydF4y2Ba
μgydF4y2Bam,分别。进一步,可以看出小过渡层出现在纯PSF膜完全压制时成立挂钩。图gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba显示纯PSF膜的孔径分布和加载的PSF / PEG膜5和10 wt %。孔隙大小分布窄当挂钩(gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba
WgydF4y2Ba
= 1000道尔顿)成立于铸造解决方案。这意味着PSF / PEG膜的孔隙大小更均匀比纯粹的PSF。gydF4y2Ba
纯PSF的SEM显微图:横断面结构(a), PSF /挂钩5 wt % (b),和PSF /挂钩10 wt % (c)膜。gydF4y2Ba
比较纯粹的PSF膜之间的最大孔隙直径分布和PSF / PEG膜的加载5和10 wt %,分别。gydF4y2Ba
除了亲水特性和形态结构,机械的优点和玻璃化转变温度gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
PSF膜使用DMTA技术进行了研究。结果表明,机械强度的储能模量和损耗模量膜的样品往往减少而挂钩剂量增加10 wt %如图gydF4y2Ba
6(一)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba
6 (b)gydF4y2Ba,分别。图gydF4y2Ba
6 (c)gydF4y2Ba显示,gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
降低201.8°C的膜没有盯住143.7°C PSF / PEG膜10 wt %挂钩。减少机械优势和gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
可能反映了退化引起的膜结构的等离子体处理和消极的改变影响聚合的剂量挂钩。这些结果符合金正日和李gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba马,et al。gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba],Chakrabarty et al。gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
存储和损耗模量的变化,损耗角正切,gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
薄膜样品的浓度(wt %)挂钩。gydF4y2Ba
3.2。DC-Plasma治疗效果gydF4y2Ba
除了挂钩用量的影响,Ar-plasma也影响PSF /挂钩的物理性质。等离子体处理的存储和损耗模量PSF / PEG膜降低如图gydF4y2Ba
6(一)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba
6 (b)gydF4y2Ba。这表明Ar-plasma大约15 W膜可以降低PSF /挂钩。图gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba显示了修改的水接触角的PSF / PEG膜(PEG浓度5和10 wt %)前后血浆治疗大约15 W和在不同治疗时间。可以看出PSF / PEG膜表面的水接触角开始大幅减少治疗和分散的延长治疗时间。这些变化表明之间的竞争在等离子体刻蚀和沉积过程的治疗。延长治疗时间,蚀刻效果和沉积过程具有可比性。对于这个处理,优化等离子体处理时间是在1 - 3分钟。结果表明,低压直流Ar-plasma可以改善PSF / PEG膜表面的亲水特性。从文学、高分子膜表面的亲水属性的提高可以增加渗透速率和理想CO的选择性gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ CHgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
水接触角的PSF / PEG膜与低温直流Ar-plasma在接受治疗后治疗时间为0,1,3,5、10、15、20分钟。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba显示了PSF / PEG膜的红外光谱谱Ar-plasma之前和之后的治疗。PSF /挂钩未经处理的膜,可以看出挂钩的特征吸收峰在2885厘米左右gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(地)和1110厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(切断)不出现。这表明大多数的挂钩不明显的膜层。然而,较低的吸收峰出现在2872年左右,2920年,2965厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。Ar-plasma治疗后,新的低吸收峰出现在2357和2368厘米左右gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。同时,非常低的吸收峰在3140 - 4000厘米左右gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba在相反的方向与PSF /相比未经处理的膜挂钩。吸收峰的强度在2872和2965厘米左右gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba降低等离子体处理后而峰值在2920厘米左右gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba明显增加。吸收峰的减少可能反映官能团的分解或降解而吸收带的增加是由于官能团的沉积或创建。gydF4y2Ba
红外光谱谱PSF / PEG膜(黑)之前和之后(橙色)等离子体处理;(一)波数600 - 1800和1800 - 4000 (b)。gydF4y2Ba
新的吸收峰对应于碳氢键醛组的创建。等离子体处理后,膜样品暴露在空气中,甲基的氧化PSF随后发起的结构。甲基的氧化的位置产生一个醛可以进一步被氧化产生羧基极性基团。亲水属性的增加可能是由于这些极性基团。此外,地和碳氢键在3000 - 3900厘米左右gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba的等离子体处理膜比对照组更活跃。出于这个原因,提高了亲水属性根据上面提到的水接触角测量的结果。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba显示了皮肤表面的PSF /挂钩10 wt %膜。可以看出,毛孔降低等离子体处理后的数量。这可能由于沉积过程的作用比等离子体蚀刻过程占主导地位。这个结果是根据气体渗透测试结果,渗透的OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba气体通过PSF /挂钩后10 wt %减少被等离子体处理。这将导致增加的理想OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba选择性。gydF4y2Ba
SEM显微图的皮肤层的PSF /挂钩10 wt %膜,未经处理的(a)和Ar-plasma治疗15 W的放电功率和处理时间5分钟(b),分别。gydF4y2Ba
3.3。气体渗透性能gydF4y2Ba
O的渗透gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba气体通过PSF和PSF / PEG膜使用不同的跨膜气体压力测量。理想的啊gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba分离系数是评价。这些测量的实验结果如图所示gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba。可以看出,GPU的单位的透过OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba强烈分散。然而,透过倾向于减少随着等离子体处理时间。通过十分钟等离子气体渗透膜治疗明显增加。这可以解释等离子体蚀刻过程比沉积过程占主导地位。的变化啊gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba渗透率影响的理想分离因子或这两种气体的选择性。理想的啊gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba选择性增加到大约3如图gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba当PSF / PEG膜是基于“增大化现实”技术的气体的辉光放电等离子体处理20分钟。从这个研究结果还显示,PSF / PEG膜的气体渗透是明显高于PSF的纯膜。皮肤不对称聚合物膜的致密层,气体的渗透取决于皮肤层厚度。指的是SEM显微图如图gydF4y2Ba
4(一)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba
4 (c)gydF4y2Ba时,皮肤层厚度减少成立于PSF膜挂钩。通常,皮肤层厚度影响气体的渗透速率(gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba]。此外,公司挂钩的PSF铸造解决方案影响多孔层的形成,如图gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba。孔隙的形成导致皮肤层顶部增加气体渗透速率和减少O的选择性gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba气体。gydF4y2Ba
OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba理想气体透过和OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba选择性的压力3条等离子治疗PSF膜与不同的治疗时间。gydF4y2Ba
4所示。结论gydF4y2Ba
总之,PSF的形态结构和物理性质改变挂钩纳入铸造时的解决方案。孔隙大小分布进行优化。宏观孔隙被镇压,而不是像海绵结构出现了。亲水属性是挂钩的改进与整合。的亲水性增强,增加剂量挂钩。除了形态结构的变化,物理性质的玻璃化转变温度和粘弹性模量进行了修改。亲水属性进一步增加了辉光放电等离子体在低压力,因为极性基团(如地和碳氢键增加等离子体处理后。气体分离性能,结果表明,挂钩的合并可以增加O的渗透速率gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba气体。然而,阿gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ NgydF4y2Ba2gydF4y2Ba分离系数很低。这可能是由于偶联剂不纳入铸造解决方案。分离系数是增强PSF / PEG膜处理后直流辉光放电等离子体。gydF4y2Ba