Environmental fracture of polypropylene membranes used in membrane distillation process

The thermal and mechanical stability of different capillary polypropylene (PP) membranes used in the membrane distillation (MD) process were investigated. Membranes differed in storage time from the manufacturing (from 1 to 8 years). Small changes in polymers crystallinity, melting temperature (Tm) and crystallization temperature (Tc) were detected as the storage time of membranes increased. This can be assigned to the crystal growth in amorphous phase of PP. However, independently on the storage time the brand-new membranes were found to be flexible and elastic and capable to bending without fracture. The MD process was carried out either continuously or continuously/periodically. Distilled water and NaCl solutions were used as feeds in MD process. It was found that PP membranes are loosing their flexibility and become brittle during long-term usage in MD modules, and as a consequence, they show susceptibility to cracking and fracture. These effects were more significant when NaCl solutions were used as feeds.

---

W pracy przedstawiono wyniki badań stabilności mechanicznej i termicznej (rys. 3) kapilarnych membran polipropylenowych Accurel PP S6/2, które zastosowano w procesie destylacji membranowej (MD) (rys. 1 i 2). Badane membrany różniły się czasem przechowywania od momentu ich produkcji (od rocznych do ośmioletnich). Nowe membrany przed zastosowaniem w procesie MD były elastyczne i giętkie, co pozwalało je odkształcać bez zniszczenia. Stwierdzono, że wraz z czasem przechowywania membran zmienia się krystaliczność polimerów oraz ich temperatury topnienia (Tm) i temperatury krystalizacji (Tc) (rys. 4, tabela 1). Może to być związane ze wzrostem krystalitów w fazie amorficznej polipropylenu. Proces destylacji membranowej prowadzono w sposób ciągły lub ciągły/okresowy. Do zasilania instalacji MD zastosowano różne media (wodę destylowaną i roztwory NaCl). Stwierdzono, że podczas długotrwałej eksploatacji modułów MD zamontowane w nich membrany polipropylenowe tracą swoją pierwotną elastyczność, stają się sztywne i w efekcie są bardzo podatne na pękanie i zniszczenie (rys. 5). Zmiany właściwości polimerów były wyraźniejsze, gdy jako nadawę zastosowano roztwory NaCl (rys. 7, tabele 2 i 3). Częste zmiany temperatury membran kapilarnych spowodowały powstanie naprężeń termicznych, czego efektem było powstawanie szczelin na powierzchni membran (rys. 6).