Estudo da rugosidade superficial em membranas poliméricas preparadas pela técnica de inversão de fases

Abstract

O processo de inversão de fases possibilita a fabricação de membranas com diferentes características, o que as tornam adequadas para inúmeras aplicações industriais. As propriedades estruturais e de desempenho das membranas formadas por inversão de fases são dependentes de parâmetros de preparação envolvidos neste processo, como concentração do polímero empregado, escolha do solvente, temperatura e composição do banho de coagulação, entre outros. A rugosidade superficial consiste em uma importante propriedade morfológica das membranas, porém é pouco estudada e caracterizada em trabalhos deste tipo. Além disso, a literatura carece de estudos que investiguem de que forma as condições de preparação afetam a rugosidade superficial. Neste sentido, o presente trabalho visa avaliar como os parâmetros de preparação de membranas poliméricas por inversão de fases podem influenciar na rugosidade superficial. A partir de uma análise dos resultados (não publicados) de perfilometria provenientes de um trabalho tomado como referência, foi observado que o aumento na concentração de poli(tereftalato de etileno) (PET) resultou em membranas menos rugosas, e que formulações contendo menores proporções de ácido trifluoracético (TFA) (solvente) contribuíram para obtenção de superfícies mais suaves. Após a avaliação dos resultados do trabalho referência, foi realizada uma seleção de trabalhos da literatura que apresentassem dados de rugosidade das membranas poliméricas preparadas pelo processo de inversão de fases. Através de comparações qualitativas entre os resultados de rugosidade encontrados no trabalho referência com os artigos selecionados, verificou-se que, geralmente, existe uma tendência de diminuição da rugosidade com o aumento da concentração de polímero utilizado na preparação das membranas, e que a escolha do solvente na inversão de fases tem impacto sobre as características estruturais destes materiais. A influência da massa molar do polímero na rugosidade superficial da membrana foi inconclusiva. A temperatura do banho de coagulação possui influência sobre a rugosidade e seus efeitos dependem de outros parâmetros, como massa molar e afinidade entre os componentes do sistema (polímero/solvente/não-solvente). A partir deste trabalho verificou-se que a rugosidade é um parâmetro que depende de muitos fatores e que esses fatores podem estar interligados. Desta forma, estudos específicos são necessários para um maior entendimento do efeito dos parâmetros de preparação de membranas poliméricas pelo processo de inversão de fases sobre a rugosidade superficial.

The phase inversion process allows the fabrication of membranes with different characteristics, making them suitable for numerous industrial applications. Structural and performance properties of phase inversion membranes are conditioned by preparation process parameters, such as the polymer concentration, type of solvent, temperature, and composition of the coagulation bath, among others. Surface roughness constitutes an important morphological property of membranes but is barely studied and characterized in this kind of studies. Furthermore, the literature lacks articles that investigate how preparation conditions may influence this property. Therefore, this present work aims to evaluate how preparation parameters of polymeric membranes made by phase inversion can influence surface roughness. Based on an analysis of (unpublished) profilometry results from a reference work, it was observed that an increase in the concentration of poly (ethylene terephthalate) (PET) resulted in less rough membranes and formulations containing lower proportions of trifluoracetic acid (TFA) (solvent) contributed to achieving smoother surfaces. Following the evaluation of the results from the reference work, a selection of articles in the literature presenting roughness data of polymeric membranes (prepared by the phase inversion process) was performed. Through qualitative comparisons between roughness results found by the reference work and selected papers, it was verified that, usually, there is a tendency for the roughness to decrease when increasing polymer concentration. Also, the choice of solvent in phase inversion has an impact on the structural characteristics of membranes. The influence of polymeric molar mass on surface roughness was inconclusive. The coagulation bath temperature influences the roughness and its effects depend on other parameters such as molar mass and the affinity between components of the system (polymer/solvent/non-solvent). This work found that roughness is a parameter that depends on many factors, and such factors may be correlated. Thus, further studies are necessary to understand better how preparation parameters of polymeric membranes made by the phase inversion process affect surface roughness.