Production and characterization of microfiltration and ultrafiltration membranes via phase inversion process employing polysulfone as raw material.

A presente pesquisa consistiu em produzir membranas sintéticas pelo processo de inversão de fases via precipitação por imersão e levantar dados operacionais relativos ao preparo das soluções poliméricas e respectivos espalhamentos sobre um suporte inerte, de forma a obter-se membranas uniformes, livres de imperfeições que possam afetar seu desempenho. Tal uniformidade requer a produção de soluções poliméricas homogêneas, sem a presença de bolhas, isentas de sólidos em suspensão e com viscosidade adequada, para que o filme espalhado com espessura controlada se mantenha íntegro até o momento da solidificação do polímero, que formará as membranas propriamente ditas. Para condução dos experimentos utilizou-se a polisulfona como polímero, a N-metil- 2 pirrolidona como solvente, não-tecido em poliéster como suporte inerte e água desmineralizada como não-solvente. As soluções foram preparadas com concentrações de cerca de 15 %, 20 % e 25 % em massa de polímero e imersas em banhos de coagulação contendo água desmineralizada a temperaturas de aproximadamente 23°C, 40°C e 50°C. As membranas obtidas após precipitação foram enxaguadas em água desmineralizada morna e então avaliadas morfologicamente através de microscopia eletrônica de varredura, bem como submetidas a alguns outros testes como o ensaio de permeabilidade e o ensaio de tração e de ângulo de contato. Partindo-se de alguns poucos parâmetros encontrados em literatura, procurou-se obter um maior número de dados que permitam definir um procedimento de preparação de membranas através do processo mencionado. Os ensaios indicaram que a utilização de matérias-primas com um grau de pureza elevado, preparo da solução em temperatura, velocidade de rotação, umidade relativa e tempo de agitação adequados, além de filtração, se necessário, são condições muito importantes para a obtenção de soluções homogêneas. A utilização de equipamento aplicador de filme com ajuste de espessura, controles de velocidade de espalhamento e temperatura, e o controle da umidade da atmosfera são essenciais para a obtenção de um filme bem definido, garantindo a reprodutibilidade da síntese de membranas com a qualidade desejada. A utilização de não-tecido adequado como suporte inerte, de superfície lisa e homogênea é de fundamental importância para se obter uma camada polimérica bem homogênea e com espessura uniforme, garantindo condições morfológicas adequadas para a obtenção de níveis de produtividade e seletividade, compatíveis com os processos onde tipicamente se empregam membranas.The proposal of this research is to produce synthetic membranes through the process of phase inversion via immersion precipitation, and obtain some operational data relating to the preparation of the polymeric solution and its casting on an inert support layer, in order to obtain uniform membranes, free from flaws which might affect its performance. Such uniformity requires the production of homogeneous polymer solutions, free from bubbles or suspended solids and with a suitable viscosity, in order to avoid loss of thickness until the solidification of polymer occurs. Polysulfone was employed as polymer, N-methyl-2 pyrrolidone as a solvent, nonwoven polyester as inert support and demineralized water as non-solvent. The solutions were prepared with concentrations of polymer of approximately 15%, 20% and 25% and, after casting, immersed in a coagulation bath containing demineralized water at approximately 23°C, 40°C and 50°C. The membranes obtained after precipitation were rinsed in demineralized water and evaluated through scanning electron microscopy, and some other tests, as the permeability, the mechanical and contact angle tests. Taking a few parameters found in the literature, we intended to obtain additional data to define a procedure for the preparation of membranes using the afore mentioned process. The tests indicated that the use of high purity raw materials and proper solution preparation parameters as temperature, speed, relative humidity and stirring time are very important to obtain an homogeneous solution. Besides, the use of motorized film application equipment with adjustments for film thickness, casting speed, temperature, and controlled water content in air are essential in obtaining a good film definition, and ensuring the reproducibility in the synthesis of membranes with a desired quality. The use of suitable non-woven fabric as a inert support with smooth and homogeneous surface is very important in order to obtain uniform polymer layers, ensuring morphological conditions suitable for achieving levels of productivity and selectivity, compatible with processes where typically membranes are employed