Các bước chuẩn bị màng:
Các bước chuẩn bị màng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất vật lý của màng như độ xốp, tỷ lệ hấp thụ nước (WUR), và góc tiếp xúc với nước (WCA). Đây là các yếu tố thiết yếu trong các ứng dụng như lọc, xử lý nước, và các thiết bị y tế, nơi màng hoạt động phụ thuộc nhiều vào cách chúng tương tác với nước.
Để đánh giá các tính chất này, màng được chuẩn bị bằng cách phủ một dung dịch polymer lên một đế và sau đó làm khô hoặc xử lý màng. Trong ngữ cảnh này, các biến đổi về độ xốp và tỷ lệ hấp thụ nước của màng được sản xuất đã được phân tích sau khi ngâm trong nước cất và sấy khô trong lò có lưu thông không khí ở 80°C trong 24 giờ.
Tính toán độ xốp và tỷ lệ hấp thụ nước (WUR) của màng:
Độ xốp và tỷ lệ hấp thụ nước được tính toán bằng các phép đo trọng lượng đơn giản dựa trên khả năng màng hấp thụ và giữ nước.
Độ xốp của màng (ε)
Độ xốp của màng phản ánh tỷ lệ thể tích lỗ rỗng trong cấu trúc màng. Tính chất này rất quan trọng vì nó quyết định khả năng màng lọc hoặc giữ lại chất lỏng.
Phương trình tính độ xốp (Zhang et al. 2021):
ϵ(%)=[Trọng lượng màng ướt (g) - Trọng lượng màng khô (g)] / [Diện tích màng (cm^2) x Độ dày màng (cm))]×100%
Phương trình này đo lường tỷ lệ phần trăm thể tích màng là rỗng hoặc có khả năng hấp thụ nước. Độ xốp cao hơn cho thấy màng có khả năng lọc tốt hơn và giữ nước nhiều hơn, điều này rất quan trọng cho các ứng dụng mà tính thấm của màng là yếu tố then chốt.
Tỷ lệ hấp thụ nước (WUR hoặc WH2O%W_{\text{H}_2O}\%WH2O%)
Tỷ lệ hấp thụ nước xác định khả năng màng hấp thụ bao nhiêu nước, điều này quan trọng đối với các màng sử dụng trong quá trình phân tách hoặc các ứng dụng y sinh. Tỷ lệ hấp thụ nước càng cao, màng càng ưa nước, cho thấy nó có thể giữ nhiều nước trong các lỗ rỗng.
Phương trình tính WUR:
WH2O%= [Trọng lượng màng ướt (g) - Trọng lượng màng khô (g)]/ Trọng lượng màng khô (g) x 100%
Công thức này đo lường sự gia tăng phần trăm trọng lượng màng do hấp thụ nước, cho thấy khả năng tương tác với các phân tử nước của nó.
Đo góc tiếp xúc với nước (WCA):
Độ ưa nước của bề mặt màng được đo bằng cách tính góc tiếp xúc với nước (WCA). Góc tiếp xúc thấp cho thấy bề mặt màng có tính ưa nước cao (tức là hấp dẫn nước), trong khi góc tiếp xúc cao cho thấy tính kỵ nước.
Phương pháp đo WCA: Góc tiếp xúc với nước được đánh giá bằng thiết bị Drop Master 300, Kyowa Kaiwenkagaku, Saitama, Nhật Bản (CA-A). Một mẫu màng khô có kích thước 2 × 0,5 cm được cố định chắc chắn vào một tấm kính bằng băng keo hai mặt. Một microneedle được sử dụng để thả chính xác 1 microlít nước lên bề mặt màng, và thiết bị tự động ghi lại góc tiếp xúc của giọt nước.
Nhiều phép đo để đảm bảo độ chính xác: Để đảm bảo độ tin cậy, 10 phép đo được thực hiện tại các điểm khác nhau trên màng, và góc tiếp xúc trung bình được tính cho mỗi mẫu. Quá trình này giúp loại trừ các biến thể bề mặt có thể tồn tại trên các vùng khác nhau của màng.
Ý nghĩa của WCA, độ xốp và WUR:
Độ xốp quyết định hiệu quả của màng trong các quá trình phân tách. Các màng có độ xốp cao cho phép tính thấm chất lỏng tốt hơn, cần thiết cho các ứng dụng như lọc nước, phân tách khí, và hệ thống dẫn truyền thuốc.
Tỷ lệ hấp thụ nước (WUR) chỉ ra khả năng màng hấp thụ và giữ nước. Các màng có WUR cao thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu màng duy trì độ ẩm, như trong lớp phủ ưa nước và các thiết bị y sinh.
Góc tiếp xúc với nước (WCA) đo lường tính ưa nước hoặc kỵ nước của bề mặt màng. Màng ưa nước (WCA thấp) có lợi trong các quá trình lọc mà độ ẩm là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất. Ngược lại, màng kỵ nước (WCA cao) hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chống nước, chẳng hạn như trong các bề mặt chống bám bẩn hoặc phân tách dầu-nước.
Kết luận:
Trong công nghệ màng, khả năng kiểm soát các tính chất như độ xốp, tỷ lệ hấp thụ nước, và góc tiếp xúc với nước là yếu tố quan trọng để nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Thông qua việc chuẩn bị và thử nghiệm màng một cách cẩn thận, các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh các tính chất này để phát triển các màng với chức năng phù hợp. Các phương trình do Zhang và cộng sự (2021) cung cấp mang lại phương pháp chuẩn hóa để định lượng các tính chất này, cho phép so sánh đáng tin cậy giữa các vật liệu màng và kỹ thuật chế tạo khác nhau.
Bằng cách hiểu rõ ảnh hưởng của các thông số này, các kỹ sư và nhà khoa học có thể tạo ra màng được tối ưu hóa cho nhiều ứng dụng, từ lọc công nghiệp đến thiết bị y tế.