Publication: Tekstil uygulamaları için seçici geçirgen polimer membran geliştirilmesi
Abstract
Genellikle ‘ikinci deri’ olarak adlandırılan su geçirmez ve nefes alabilen membranlar, su buharının kaçmasına izin verirken sıvı suyun geçişini engeller. Günümüzde bu membranlar hidrofobik mikro gözenekli ve hidrofilik gözeneksiz yapılar şeklinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, kuru/ ıslak faz ters çevirme tekniği kullanılarak nefes alabilen ancak suya dayanıklı PVDF bazlı karışım membranlar başarıyla üretilmiştir. Deneysel çalışmada, potansiyel olarak kullanılan polimerler polietersülfon (PES) ve selüloz asetat (CA), seçici geçirgenlik özellikleri ve uygulama avantajları açısından öne çıkmaktadır. Her iki polimer için kompozit membranlar hazırlamak amacıyla, toplam polimer konsantrasyonu %18 (a/ a) olacak şekilde 80:20 ve 90:10 PVDF: katkı polimeri oranı kullanılmıştır. Faz ters çevirme yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen membran üretiminde, polimer çözelti bileşimleri ve döküm parametreleri (sıcaklık ve kalınlık gibi) değiştirilmiş ve elde edilen membranların performansları karşılaştırılmıştır. Üretilen membranlar, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile morfolojik yapı incelemesine, su buharı geçirgenlik oranı (MVTR) testine, çekme testine ve ağırlık/ kalınlık ölçümlerine tabi tutulmuştur. PVDF/ PES karışımları üstün mekanik dayanım ve esneklik gösterirken, PVDF/ CA karışımları özellikle düşük döküm sıcaklıklarında ve ince film yapılarında daha yüksek su buharı geçirgenliği sunmuştur. 40 °C döküm sıcaklığı, 150 μm döküm kalınlığı ve PVDF ile %10 PES içeren karışım, daha sağlam bir yapı oluşturarak hem mekanik özellikleri hem de MVTR değerini iyileştirmiştir. Diğer formülasyonlarla karşılaştırıldığında, bu kombinasyon geçirgenlik ile mekanik performans arasındaki dengeyi en iyi şekilde sağlamıştır.
Commonly referred to as a ‘second skin’ waterproof and breathable membranes prevent the passage of liquid water while allowing vapor to escape. Today, these membranes are widely utilized in the form of hydrophobic microporous and hydrophilic non-porous structures. In this study, breathable yet water-resistant PVDF-based blend membranes were successfully fabricated using the dry/ wet phase inversion technique. In the experimental study, the potentially used polymers polyether sulfone (PES) and cellulose acetate (CA) stand out in terms of selective permeability properties and application advantages. To prepare composite polymer membranes for both polymers, PVDF: additive polymer ratios of 80:20 and 90:10 were used with a total polymer concentration of 18% (w/ w). Using the phase inversion method, membrane production was carried out by varying the polymer solution compositions and casting parameters (such as temperature and thickness), and the performance results were compared. The produced membranes were subjected to morphological structure examination via scanning electron microscopy (SEM), moisture vapor transmission ratio (MVTR) test, tensile test, and weight/ thickness measurements. PVDF/ PES blends demonstrated superior mechanical strength and flexibility, while PVDF/ CA blends offered enhanced moisture vapor permeability, particularly at lower casting temperatures and thinner film structures. The casting temperature of 40 °C, the casting thickness of 150 μm and the blend of PVDF with 10%PES led to the formation of a more robust structure, which improved both mechanical properties and MVTR. As compared to other formulation, this combination optimized the balance between permeability and mechanical performance.
Commonly referred to as a ‘second skin’ waterproof and breathable membranes prevent the passage of liquid water while allowing vapor to escape. Today, these membranes are widely utilized in the form of hydrophobic microporous and hydrophilic non-porous structures. In this study, breathable yet water-resistant PVDF-based blend membranes were successfully fabricated using the dry/ wet phase inversion technique. In the experimental study, the potentially used polymers polyether sulfone (PES) and cellulose acetate (CA) stand out in terms of selective permeability properties and application advantages. To prepare composite polymer membranes for both polymers, PVDF: additive polymer ratios of 80:20 and 90:10 were used with a total polymer concentration of 18% (w/ w). Using the phase inversion method, membrane production was carried out by varying the polymer solution compositions and casting parameters (such as temperature and thickness), and the performance results were compared. The produced membranes were subjected to morphological structure examination via scanning electron microscopy (SEM), moisture vapor transmission ratio (MVTR) test, tensile test, and weight/ thickness measurements. PVDF/ PES blends demonstrated superior mechanical strength and flexibility, while PVDF/ CA blends offered enhanced moisture vapor permeability, particularly at lower casting temperatures and thinner film structures. The casting temperature of 40 °C, the casting thickness of 150 μm and the blend of PVDF with 10%PES led to the formation of a more robust structure, which improved both mechanical properties and MVTR. As compared to other formulation, this combination optimized the balance between permeability and mechanical performance.