Structura și tipuri de membrane polimerice

1. Introducere

În cursul evoluției civilizației umane, oamenii au folosit diferite tipuri de

material pentru diverse scopuri. Oamenii au utilizat polimerii naturali fără a realiza “natura”

polimerică a acestora; una dintre aceste substanțe polimerice fiind cauciucul natural

care provine de la arborele de cauciuc cunoscut sub numele de hevea brasiliensis.

La mijlocul secolului al XIX-lea, chimiștii au sintetizat substanțele polimerice,

dar lipsea o exactă înțelegere a structurii moleculare. În 1920, Staudinger a arătat că

polimerii sunt molecule care conțin unități elementare denumite „monomeri”, bazate

pe legături covalente. Ulterior, a reușit sinteza pentru o largă varietate de substanțe

polimerice. În scurt timp s-a dezvoltat rapid sinteza polimerilor, în special în perioada

aniilor 1930-1960. Kuhn, Flory, Huggins, Stockmayer și alții au dezvoltat teorii care

descriu dimensiunile macromoleculare, efecte de volum, soluții polimerice, etc. Rouse

și Zimm au dezvoltat teorii ale dinamicii moleculare.

Edwards, De Gennes, Cloizeaux și alții au dezvoltat principii moderne ale fizicii

polimerice – modelul lanțului polimeric și teoria semidiluției soluțiilor. Astăzi, fizica

polimerilor cuprinde o vastă arie de cunoștințe cu probleme teoretice și experimentale

încă nerezolvate.

La ora actuală multe substanțe farmaceutice au în componența lor materiale

polimerice (geli, membrane) folosiți drept suport pentru substanțe active, avantajul

folosirii acestora fiind posibilitatea controlării procesului de cedare a substanței active,

aplicarea și îndepărtarea ușoară de pe țesuturi, compatibilitatea cu țesuturile pe care

sunt aplicate.

Transformarea unui polimer într-o membrană implică cunoaşterea procesului de formare a membranei şi relaţia acestuia cu tehnicile de separare membranară. Scopul principal al ingineriilor membranare este acela de a proiecta materiale sintetice ieftine şi stabile. În vederea optimizării proceselor de separare, membranele trebuie să îndeplinească

anumite cerinţe cu privire la selectivitate, debit (permeabilitate), stabilitate chimică, termică şi

mecanică pentru diversele aplicaţii. Toate aceste proprietăţi nu pot fi îndeplinite simultan, de aceea, pentru separări în condiţii optime, „se proiectează” membranele şi tehnica corespunzătoare separării componenţilor dintr-un anumit amestec, plecând de la proprietăţile fizico-chimice ale acestuia şi de la cerinţele impuse. În contextul menţionat, „proiectarea” membranelor se face acţionând asupra materialului membranar, care trebuie să satisfacă cele mai multe dintre cerinţele impuse.

2. Clasificare

Membranele sunt elemente filtrante cu dimensiuni submicronice ale porilor,

care permit separarea componentelor din amestecuri complexe. În funcție de

dimensiunea porilor, membranele pot reține la suprafața lor atât particule aflate în

suspensie (prin microfiltrare), cât și compuși dizolvați (prin ultrafiltrare, nanofiltrare,

osmoză inversă).

Membranele cunoscute în prezent sunt diferențiate prin natura și tipul

materialului, structura și domeniul de aplicare. Pe baza acestor criterii de clasificare,

membranele sunt:

a) după natura materialului – naturale și sintetice;

b) după tipul materialului – polimerice și anorganice;

c) după structură – poroase și dense (neporoase);

d) după domeniul de aplicare – de microfiltrare (MF), ultrafiltrare (UF),

nanofiltrare (NF), osmoză inversă (OI), dializă (D), electrodializă (ED), distilare

membranară (DM), pervaporaţie (PV) și electroosmoză (EO).