Synthesis, characterization and evaluation of membrane based on polyurethane for Contact Direct Membrane Distillation

Abstract

"El poliuretano (PU) es un material con baja conductividad térmica con un potencial aislante térmico interesante, además de ser hidrofóbico por lo tanto su potencial uso como membrana para un sistema destilación por membrana en purificación se ha evaluado. Es importante señalar que han sido muy escasos los trabajos publicados con este material para dicha aplicación. En este contexto, este trabajo tiene como objetivo el desarrollo de una membrana base poliuretano, ya sea como dispersión (PUD) o como termoplástico (TPU), obtenida mediante diferentes métodos de fabricación (electrohilado, inversión de fases y estiramiento) para su potencial uso en el sistema arriba indicado. En primer lugar, se sintetizaron dispersiones acuosas de poliuretano (PUD) a base de diol de policarbonato, ácido 2,2-bis(hidroximetil)propiónico, 1,6- diisocianotehexano y trietilamina, mediante la inversión de fase. Se obtuvieron películas de PUD con diferentes contenidos de nanopartículas de SiO2, notándose que la presencia de dichas nanopartículas modificaron el comportamiento mecánico de las membranas. Por ejemplo, la membrana con un 30 % en peso de sílice coloidal presentó el valor más alto de tenacidad y el segundo valor más alto de tensión de tracción. Asimismo, los estudios morfológicos de la película muestran que la superficie es diferente entre las películas de PU puro y las películas que contienen nanopartículas de sílice. El análisis FTIR indica una interacción significativa entre el polímero y el relleno. En cuanto a las propiedades térmicas (DSC, junto con DMTA), no hay diferencias entre el polímero puro y los compuestos poliméricos (que contienen el relleno). Además, las propiedades de transporte de gas revelaron específicamente que la permeabilidad al vapor de agua aumentó en presencia de sílice. Por otro lado, las membranas de TPU obtenidas por extrusión son permeables al vapor de agua e impermeables al agua, además de elásticas y mecánicamente resistentes. La modificación de porosidad el material mediante la perforación aumentó la permeabilidad al vapor de agua sin ir detrimento de las propiedades mecánicas. Por último, se obtuvieron películas de poliuretano termoplástico (TPU) mediante la técnica de electrohilado con modificación por solución piraña (PS). Dichas películas de TPU se caracterizaron mediante ángulo de contacto, porosidad, morfología y espesor con el fin de identificar la correlación entre los parámetros de síntesis y las propiedades. Los resultados indican que tiene un ángulo de contacto de 140°, una porosidad de 80% y al ser modificado a 30% SP el ángulo de contacto disminuye a 133° y su porosidad a 70%."

"Polyurethane (PU) is a low thermal conductivity material with an interesting insulating and hydrophobic potential as membrane for water purification using a direct contact membrane distillation system. It is worth to mention that even its interesting potential, membranes based on PU, few works have been published on this material for such application. This work aims to study a polyurethane-based membrane obtained by different fabrication methods (electrospinning, phase inversion and stretching) for their potential in the above mentioned system. First, waterborne polyurethane dispersions (PUD) based on polycarbonate diol, 2,2- bis(hydroxymethyl)propionic acid, 1,6-diisocyanotehexane and triethylamine, were synthetized by phase inversion method. Membranes with different SiO2 nanoparticles content were fabricated, and such nanoparticules modified the mechanical behavior of the membranes. For instance, the membrane with 30 wt % colloidal silica had the highest value of toughness and second highest value of tensile stress. In addition, the morphology studies of film show that the surface is different between the pure PU films and the films containing silica nanoparticles. The FTIR analysis indicates significant interaction between polymer and filler. Regarding thermal properties (DSC and DMTA), there is not differences between the pure polymer and the polymeric composites (containing the filler). In addition, gas transport properties revealed that the water vapor permeability increased in presence of silica. In addition, TPU membrane obtained by extrusion are water vapor permeable but waterproof, besides elastic and mechanically strength. The modification by drilling increased the mechanical properties as well as the permeation of water vapor. Finally, the Thermoplastic polyurethane (TPU) films were obtained by electrospinning technique with different thickness. TPU based polyether, N,N- Dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF) were used to obtain polymer solution at 18% wt and relation of solvent 70/30 respectively. TPU films have been characterized by tensile test, contact angle, porosity, morphology and thickness in order to identify correlation between synthesis parameter with properties."