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第26卷第11期高分子材料科学与工程Vol.26,N o.112010年11月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGNo v.2010光固化水性聚氨酯/SiO 2纳米复合乳液的合成和膜性能张胜文,姜思思,沈利亚,江金强,刘晓亚(江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214122)摘要:以异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇、2,2 双羟甲基丙酸、甲基丙烯酸 2 羟基乙酯(HEM A)为主要原料,通过丙酮法合成光固化水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体,三乙胺中和后原位引入纳米二氧化硅水溶胶制备光固化水性聚氨酯/二氧化硅纳米复合乳液(WP U/SiO 2)。
研究了纳米二氧化硅对复合乳液粒径、黏度以及复合膜微观结构和力学性能的影响。
经X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM )和原子力显微镜(AFM )对复合膜微观结构分析表明,纳米二氧化硅与聚氨酯之间存在很好的相互作用,纳米二氧化硅均匀分散在聚氨酯基体中。
动态力学分析表明纳米二氧化硅可提高复合膜的储能模量。
关键词:紫外光固化;水性聚氨酯;纳米二氧化硅;膜性能中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1000 7555(2010)11 0009 04收稿日期:2010 07 05基金项目:国家自然科学基金资助项目(51003041),中央高校基本科研业务费专项资金资助(JUS RP11004)通讯联系人:张胜文,主要从事聚合物乳液及涂料研究, E mai l:zsw 0825@近年来,紫外光固化水性聚氨酯乳液(WPU )因具有综合性能好、高效、环保等优点而受到国内外研究人员的广泛关注[1~3]。
但是光交联聚氨酯乳胶膜的力学性能还不能与传统交联聚氨酯膜性能相媲美,从而限制了该乳液在涂层材料领域的广泛应用。
纳米二氧化硅具有高硬度、低折光指数等优点,被广泛用于增强聚合物体系。
Kim H K [4],Wang D N [5],Shu K D [6]在WPU 中引入气相二氧化硅或二氧化硅水溶胶使其与光固化水性聚氨酯乳液进行物理共混,但是由于纳米二氧化硅很难在复合体系中达到纳米级分散,且两者之间缺乏很好相互作用,故聚氨酯复合膜力学性能提高有限。
复合材料学报第24卷 第6期 12月 2007年A cta M ateriae Co mpo sitae SinicaV o l 124N o 16December2007文章编号:1000-3851(2007)06-0019-07收稿日期:2007-03-27;收修改稿日期:2007-06-15基金项目:北京市教育委员会共建项目建设计划资助项目(JD100060518)通讯作者:沈志刚,教授,主要研究方向为微纳米颗粒的制备与应用研究 E -mail:s hen zhg@微纳米SiO 2/PP 复合材料增强增韧的实验研究郑艳红,蔡楚江,沈志刚*,麻树林,邢玉山(北京航空航天大学北京市粉体技术研究开发重点实验室,北京100083)摘 要: 为了研究无机刚性颗粒对通用塑料聚丙烯(P P)的力学性能的影响,采用熔融共混方法制备了经硅烷偶联剂A-151处理的SiO 2/PP 复合材料,并通过其缺口冲击、拉伸、弯曲试验和冲击断面的形貌观察,分析研究了微纳米SiO 2颗粒大小、填充量、表面改性以及不同颗粒大小SiO 2混合物对PP 复合材料增韧、增强效果的影响。
实验结果表明:纳米SiO 2的加入可以同时改善其韧性、刚性和强度;填充量相同,颗粒越细,SiO 2/P P 复合材料的力学性能越好。
SiO 2经改性后填充到PP 基体中,明显改善了颗粒在基体中的分散性及基体与颗粒之间界面结合性能,使复合材料的综合力学性能得到提高。
不同颗粒大小的SiO 2混合后填充到PP 基体中,混合SiO 2的协同效应使复合材料拉伸、弯曲性能进一步提高,对P P 基体具有更好的增强效果,但其冲击性能下降。
关键词: SiO 2;PP;力学性能;复合材料中图分类号: T B332;T Q325.1+4 文献标志码:AToughening and strengthening of micro -and nano -S iO 2/PP compositesZH ENG Yanho ng ,CAI Chujiang,SH EN Zhigang *,M A Shulin,XING Yushan(Beijing K ey L abo rato ry for Pow der T echno log y R esear ch and D ev elo pment,Beijing U niver sity o f Aer onaut ics and Astr onaut ics,Beijing 100083,China)Abstract: In o rder to investig ate the mechanical pr operties of co mmercial plastic polypro py lene (PP )r einforced wit h ino rg anic rig id particles,t he PP com posite mater ial filled w ith the surface-mo dified silica par ticles by silane co upling ag ent A-151was prepared by the melt blending method.T he effects of the par ticle size,mass f raction o f silica,sur face mo dificatio n of silica and mix ture of the silica par ticles w ith different sizes o n the toug hening and st reng thening of PP matr ix w ere inv est igated based on the r esults of mechanical pro per ties testing and the obser vation of the impact f racture sur face mo rpholog y of the composites.T he r esults show that the toughness,st reng th and rigidit y of the composites can be impro ved simultaneously by f illing nano silica particles into po ly pr opylene.T he finer the size of the part icles is,the hig her the mechanical pro per ties of the composit es are.When the modified silica pa rticles ar e filled into PP,the disper sion o f the silica in P P mat rix and the compatibility betw een the silica and matr ix are impro ved,and the mechanical pr operties o f the com posites ar e impro ved.T he co mpo sites reinfor ced w ith the mix tur e of the silica par ticles w ith different sizes have hig her tensile and flex ural pr operties.T he mix tur e has a better reinfor cing effect on PP matr ix ,but t he impact propert y of the co mpo sites decreases.Keywords: silica;P P;mechanical pro per ties;composites聚合物材料的增强增韧一直是高分子材料领域备受关注的一个重要问题。
收稿日期：2014－06－13作者简介：焦剑，1970年出生，博士，副教授，主要从事功能高分子和聚合物基复合材料的研究。
E-mail ：jjiao@nwpu．edu．cn 不同介孔结构的SiO 2对PMMA 性能的影响焦剑汪雷吕盼盼崔永红赵莉珍（西北工业大学理学院应用化学系，西安710129）文摘分别采用二维六方孔结构SiO 2(SBA －15)和蠕虫状孔结构SiO 2(MSU －J )与MMA 原位聚合制备介孔SiO 2/PMMA 杂化材料。
采用XＲD 、N 2吸附－脱附、SEM 、DSC 和TGA 等方法研究了材料的微观结构、力学性能、热性能和介电性能。
结果表明:介孔SiO 2对PMMA 有增强增韧作用，同时也有利于杂化材料热性能和介电性能的提高。
杂化材料的热稳定性和耐热性均高于PMMA ，含4wt%的SBA －15/PMMA 和7wt%的MSU －J /PMMA 杂化材料的介电常数由2．91分别降至最低2．73和2．64。
关键词介孔二氧化硅，聚甲基丙烯酸甲酯，杂化材料结构，性能中图分类号:TB332DOI :10．3969/j．issn．1007－2330．2014．06．013Effects of Framework Structure on the Properties of SiO 2/PMMA HybridsJIAO JianWANG LeiLV PanpanCUI YonghongZHAO Lizhen(Department of Applied Chemistry ，School of Science ，Northwestern Polytechnical University ，Xi ’an 710129)Abstract Mesoporous silica with two-dimensional (2D )hexagonal framework (SBA-15)and worm-hole frame-work (MSU-J )were synthesized with different silica precursors and it was further employed to modify poly (methyl methacrylate )(PMMA )to form novel SiO 2/PMMA hybrids with lower dielectric constant ，higher thermal and me-chanical properties．The structural feature and physical properties of these materials were studied by XＲD ，SEM ，DSC and TGA．The results manifested that introduction of SiO 2into PMMA exhibited toughening and reinforcing effect on the hybrid materials．The dielectric constants of the hybrid materials can be reduced from 2．91of the pure PMMA to 2．73and 2．64by incorporating 4wt%SBA-15and 7wt%MSU-J ，respectively．Key words Mesoporous silica ，Polymethyl methacrylate ，Hybrid materials ，Structures ，Properties引言聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）具有优异的透光性能和可加工性能等特点，已成为科研工作者广泛研究的一种高性能树脂基体，但其力学性能尤其是强度和韧性较低，热稳定性低等缺点，局限了其在更多领域的应用。
文章编号:1007-8924(2007)03-0021-04SiO 2对PVDF 超滤膜性能的影响陈 娜,彭跃莲3,纪树兰(北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系,膜技术研究室,北京100022)摘 要:把SiO 2纳米颗粒加入到聚偏氟乙烯(PVDF )铸膜液中能配成稳定、均匀、透明的溶液,同时会使铸膜液黏度增大.采用相转化法和溶剂浇铸法制成两类有机-无机杂化膜.实验结果表明,亲水型SiO 2能增强膜的亲水性,减慢膜的凝胶速度,并使膜的纯水通量、截留率、孔隙率和结构发生显著的改变.关键词:SiO 2纳米颗粒;聚偏氟乙烯;有机-无机杂化膜中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 向有机材料中添加无机组分制成同时具有有机/无机两种组分的杂化膜,近年来引起人们的广泛关注.无机纳米粒子可以填充、吸附、沉积而负载于聚合物膜上或包裹在聚合物基体中,它的组成、性能、工艺条件等参数的变化都对复合膜的性能有显著的影响,因此可以在较多自由度的情况下控制纳米复合膜的特性[1].基于复合材料的制备原理,制备有机-无机杂化膜的方法有:溶胶-凝胶法,原位聚合法,纳米微粒与高分子直接共混法等[2].制备方法不同,所得的有机-无机杂化膜性能不同,用途也不同.它既可保留传统有机膜韧性好、透气性高、密度低的优点,又拥有无机膜的强度高、化学稳定性好的特点,并且有可能产生特殊的综合性能,满足特定的需要.杂化膜可以应用在许多领域,如气体分离、微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗透汽化、质子交换膜、燃烧电池等.大部分报道也认为少量的无机填料有利于在成膜时抑制大孔的生长,增加孔间的相互贯通性和表面孔的数量,在保持截留率的情况下,提高了膜的渗透性,另外,还可以增加膜的机械强度和使用寿命,降低成本[3].目前,在进行PVDF 分离膜改性以提高膜性能的研究中,改善聚偏氟乙烯(PVDF )膜亲水性,提高膜的抗污染性和强度处于重要的地位[4].本研究室采用纳米粒子与高分子直接共混法制备有机-无机杂化膜,研究了SiO 2纳米粒子对聚偏氟乙烯超滤膜的膜性能和结构的影响,希望能改善膜的亲水性和强度.1 实验部分1.1 实验原料及设备聚偏氟乙烯(PVDF ),FR904-1,上海三爱富新材料股份有限公司;溶剂二甲基乙酰胺(DMAc )和N ,N -二甲基甲酰胺(DMF ),工业级,北京化工厂;聚乙烯吡咯烷酮(PVP )K30,M r ～30000,德国进口分装,北京化学试剂公司;无水LiCl ,分析纯,北京化工厂;气相法SiO 2,德国Degussa ;牛血清白蛋白,生化试剂BR ,M w =67000,上海市国药集团化学试剂有限公司.超声波发生器,中国科学院声波研究所;旋转黏度计,6L 型,德国Haake ;膜凝胶动力学观测装置,奥林巴斯BX51T -32P01;接触角测量仪,JJ 0-2,中国长春第五光学仪器厂;杯式超滤器,上海亚东核级树脂有限公司;紫外-可见分光光度计,UV -2550,SHIMADZU ,日本岛津;扫描电镜,FEI Quan 2ta 200-EDAX G enesis 2000.收稿日期:2005-08-02;修改稿收到日期:2006-01-11基金项目:国家自然科学基金资助项目(20306001)作者简介:陈 娜(1981-),女,河南省清丰县人,硕士生,从事纳米S iO 2增强聚偏氟乙烯超滤膜的研究.3通讯联系人第27卷 第3期膜 科 学 与 技 术Vol.27 No.32007年6月MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY J un.20071.2 铸膜液的配制配制4种不同的铸膜液:1)P+S;2)P+S+SiO2;3)P+T+S;4)P+ T+S+SiO2.其中P代表PVDF,T代表添加剂,S 代表溶剂.1#铸膜液是将PVDF、DMAc、DMF按一定比例混合,搅拌溶解均匀后,放入45℃烘箱中熟化2～3天,静置,脱泡.2#铸膜液是先将一定比例的SiO2分散在混合溶剂中,超声波分散1.2h,形成稳定、澄清、透明的SiO2-DMAc/DMF溶液,然后在该溶液中加入聚合物PVDF,其余步骤同上.3#和4#铸膜液分别是在1#和2#的基础上加入了添加剂无水LiCl和PVP.1.3 膜的制备将上述配好的4种铸膜液分别采用以下两种方法制膜:1)溶胶凝胶相转化法制备多孔膜将铸膜液流延在抛光玻璃板上,用特制刮刀使之铺展成具有一定厚度的均匀薄层,立即将玻璃板放入自来水中,铸膜液凝胶、固化,置于水中24h以上,放入纯水中浸泡48h以上,测定膜的纯水通量、截留率、孔隙率,并作SEM分析.2)溶液浇铸法制备致密膜将铸膜液流延在抛光玻璃板上,用刮刀使之铺展成一定厚度的均匀薄层,将玻璃板放到60℃烘箱中,恒温约5h,再在45℃真空烘箱中放置2h,确保膜液中溶剂完全挥发,形成一层厚度均匀的固体薄膜,取出使薄膜剥离玻璃板.此法制得的致密膜用于膜的接触角测定.1.4 膜凝胶动力学过程的观测及凝胶速度的测定将一滴铸膜液滴于绑有细铜丝载玻片上,盖上盖玻片,此时两玻片之间的溶液形成一定厚度的薄膜.用针管在两玻片的缝隙处滴加一滴非溶剂,此时非溶剂沿着两玻片之间的缝隙扩散与铸膜液接触凝胶,用凝胶动力学感测装置奥林帕斯光学显微镜观察凝胶动力学过程,并记录凝胶前沿的行进距离和相应的时间,绘出凝胶速度曲线.1.5 膜性能测试及表征1.5.1 纯水通量膜的纯水通量指在一定操作压力、一定操作温度下,单位时间内透过单位面积膜的纯水体积.采用杯式超滤器来测定,有效膜面积为32cm2.测定前,先使膜在测试条件下过滤纯水0.5h,然后记录水通量为10mL所需要的时间,计算出膜的纯水通量.1.5.2 截留率测定PVDF-SiO2及PVDF多孔膜对牛血清白蛋白的截留率.牛血清白蛋白溶液的配制:准确称取牛血清白蛋白0.25g,然后用0.03%的NaOH溶液溶解,将配好的溶液转移到500mL容量瓶中定容,振荡摇匀直到光照下已看不到任何絮状不溶物为止[5].实验中用本实验室的NaOH配制的溶液用p H试纸测得p H值为9左右.用UV-2550紫外-可见分光光度计测定原料液和透过液的吸光度,并在所作的牛血清白蛋白溶液浓度———吸光度标准曲线上读取浓度值,按下式计算截留率R:R=C F-C PC F=A0-A稀A0×100%式中,C F为原始料液中被分离物质的浓度,mol/L;C P为透过液中被分离物质的浓度,mol/L.1.5.3 孔隙率膜样品在水中充分浸泡后,取膜面积A为32 cm2大小的膜片,擦干表面水,放在密闭称量瓶中称重,得到膜片质量W1,而后于真空干燥箱内干燥至恒重,得到膜片质量W2,膜的孔隙率V r可按下式计算:V r=(W1-W2)/ρH2OV=W1-W2A×δ×ρH2O×100%式中,δ为膜厚度,m;ρH2O为水的密度,kg/m3;V为膜的表观体积,m3.1.5.4 扫描电镜观察成膜结构实验前,先将样品在纯水中浸泡一定时间,采用水-甘油体系对膜进行逐级脱水,以使膜样品在保持结构不变的情况下干燥.将样品浸渍在液氮中,使样品迅速变脆,取出后立即脆断,选取包含自然断裂面的部分样品,固定在样品台上,喷涂镀金后用于SEM观察.2 结果与讨论2.1 SiO2对PV DF铸膜液稳定性的影响将4#铸膜液密闭静置,观察铸膜液的变化.结果发现经过充分分散混合的PVDF-SiO2铸膜液,一直均匀透明,放置10天后仍不分层,说明添加了 ・22 ・膜 科 学 与 技 术第27卷 SiO 2的PVDF 铸膜液具有很好的稳定性,且流动性也很好,可以刮膜.2.2 SiO 2对铸膜液黏度的影响膜结构和机械性能与铸膜液的黏度有着很重要的关系.图1是45℃下、4种铸膜液在SPL4转子,转速为6r/min 时的黏度变化.比较2#与1#、4#与3#铸膜液,发现不管是否有添加剂,只要加入SiO 2,铸膜液的黏度就增加;且添加剂存在时,铸膜液的黏度增加幅度更大.比较3#与1#、4#比2#后发现,添加剂具有显著的增稠作用.铸膜液黏度增大,使成膜更容易,膜的机械性能可能会提高.图1 4种铸膜液45℃时的黏度变化Fig.1 Viscosity of the different casting suspensions in the same condition2.3 SiO 2对膜凝胶速度的影响孙本惠教授[6]认为每条凝胶速度曲线是由不同速度常数K i (线段的斜率)的线段组成的,每一段速度常数大小都是和膜横截面上的不同结构层相对应的.在多数情况下,每条凝胶速度曲线包含有4个速度常数:K 1对应于皮层和起始过渡层的形成过程,K 2对应于过渡层的增长过程,K 3对应于指状(或针状)层的形成过程,K 4对应于最后形成的海绵状底层的形成过程.凝胶速度随K 值的增高而增大.因此,膜凝胶速度常数 K 可用来表征凝胶速度.本研究分别测定添加2%SiO 2颗粒前后3#,4#PVDF 制膜液的凝胶速度曲线,根据曲线形状和测定的速度值可将凝胶过程大致分为四个阶段.对于每个阶段的数据用最小二乘法算出曲线斜率K i ,即为凝胶速度常数,数值见表1.可见在铸膜液中加入SiO 2,每个阶段的凝胶速度常数均变小,总凝胶速度常数也变小,平均凝胶速度减慢.图2为凝胶1min 后用光学显微镜观察到的膜横截面结构对比图.其中左图为未加入SiO 2的PVDF 膜,右图为加入SiO 2的PVDF 膜.从图2可以看出,加入SiO 2后PVDF 膜的表层 表1 添加SiO 2前后PVDF 膜的凝胶速度常数Table 1 G el velocity of the casting solutionwith/without SiO 2项 目K 1K 2K 3K 4 K平均凝胶速度/(μm ・s -1)PVDF16.45 3.63 1.98 1.33 5.84 1.08PVDF +SiO 213.90 3.051.551.074.891.00(a )未加入SiO 2的PVDF 膜 (b )加入SiO 2的PVDF 膜图2 添加SiO 2前后膜横截面的光学显微镜结果Fig.2 Cross section of PVDF membrane by optics microscope增厚,支撑层的指状孔变小,变短.其原因是SiO 2显著增大了铸膜液的黏度,使得凝胶时铸膜液中的溶剂和凝胶浴中的水交换阻力增大,凝胶速度减慢.增厚的表层进一步阻碍了表层下部的溶剂与水的交换,使得支撑层的指状孔变短,朝海绵状结构转化,使支撑层更致密.2.4 扫描电镜结果实验中用扫描电镜观察不同条件下制备的PVDF 相转化膜表面、断面和大孔壁结构.实验结果如图3所示.从断面可以发现,1#膜中PVDF 聚集体结构致密,之间也存在一些很小的孔穴,但孔隙率非常低.2#膜是在1#膜配方的基础上添加了SiO 2,仔细观察发现膜中PVDF 网络聚集体似乎尺寸略小,局部甚至有大孔穴产生.可能SiO 2部分镶嵌在PVDF 表面,部分为PVDF 所包裹.由于3#、4#膜中加入了致孔剂,膜内存在大量的指状孔.在膜的上层为一层较为致密的皮层,厚度约几个微米,在皮层的下面,近皮层的孔的直径约2～10μm ,厚度约20μm ,再远点的孔的直径约20～40μm ,厚度约100μm ,统称为支撑层,在指状孔壁上均匀分布如蜂窝状的小孔.4#膜与3#膜不同的是4#膜的过渡层的孔径略小,显得更为致密,而厚度变为约30μm ,这是导致水通量减少的原因.3#膜的指状孔结构较光滑,直到膜底部,4#膜的指状孔结构变短,指状孔壁上附着很多约十几微米的颗 第3期陈 娜等:SiO 2对PVDF 超滤膜性能的影响・23 ・ 图3 4种膜断面的扫描电镜图Fig.3 SEM photographs of cross-sections of four different membranes 粒,可能是SiO2聚集体,显得孔壁有些粗糙,膜底部转变为海绵状结构.2.5 SiO2对膜性能的影响表2为4种铸膜液用溶胶凝胶法制备的多孔膜的纯水通量、截留率和孔隙率.其中1#和2#膜是在操作压力0.25MPa下测定的.3#和4#在0.05MPa下测定的.表2 PVDF和SiO2-PVDF多孔膜的性能指标Table2 Performances of PVDF andSiO2-PVDF porous membranes膜号膜配方孔隙率/%水通量/(mL・cm-2・h-1)截留率/%1#P+S59.86 6.6085.442#P+S+SiO261.9713.5378.303#P+T+S81.73125.0075.554#P+T+S+SiO270.1162.9479.10经多次重复实验,我们发现如表2所示,没有添加致孔剂的膜纯水通量很小,这是因为对纯PVDF 相转化膜来说,膜中的PVDF以分子状态排列,凝胶固化成膜时产生少而小的孔.加入SiO2后,它分散穿插在聚合物溶液中,使聚合物的浓度降低,聚集态结构发生变化,无机相和有机相之间产生过渡相界面,当膜凝胶固化时,在无机和有机两相之间产生孔隙,使膜的孔隙率略微增加,膜的水通量增加,截留率减小,说明SiO2起到了致孔剂的作用.又由于实验所用的SiO2颗粒是亲水型的,使SiO2-PVDF 的接触角由PVDF的71°降为63°,接触角变小,说明SiO2-PVDF的亲水性较PVDF有所增大,有利于纯水通量的提高.对于有PVP和无水LiCl致孔剂的膜(3#和4#)来说,加入SiO2后,纯水通量减为原来的一半,而截留率从75.55%增加到79%,变化不大,膜的孔隙率从81%减小到70%.这是因为致孔剂的存在使膜表层及内部出现大量的孔,而SiO2显著增大铸膜液的黏度,凝胶速度减慢,使膜表层增厚,支撑层更致密,这两方面的原因使得膜的纯水通量降低.但SiO2对膜孔径的影响较小,截留率稍微增加.3 结论与展望研究结果发现,亲水型SiO2纳米颗粒能与PVDF共混,形成稳定、透明的铸膜液,并会增大铸膜液黏度,使PVDF膜的亲水性增加,膜的接触角由71°降为63°;对于没有添加剂的PVDF相转化膜,纳米SiO2颗粒使膜的孔隙率增大,纯水通量增大,截留率略微减小;对于有添加剂的相转化膜,由于SiO2使膜液黏度显著增加,从而改变了凝胶速度,使膜的分离层变厚,孔隙率减小,纯水通量减小,但截留率变化不大.本论文只研究了亲水型纳米SiO2颗粒对聚偏氟乙烯膜超滤性能的影响,在后续工作中,将着重研究SiO2纳米颗粒的含量对膜强度的影响,以及在不同膜孔径时,SiO2纳米颗粒对膜性能的影响规律.致谢:在实验过程中,刘忠洲老师提出了有益的建议与讨论,在此表示衷心的感谢!参考文献[1]刘 燕,钱 英,彭跃莲,等.纳米复合滤膜[J].膜科学与技术,2004,24(4):57-60.[2]艾晓莉,胡小玲.有机-无机杂化膜的研究进展[J].化学进展,2004,16(4):654-659.[3]Bottino A,Capannelli G,Asti V D,et al.Preparation andproperties of novel organic-inorganic porous membranes [J].Sep Purif Technol,2001,22-23:269-275.[4]王庐岩,钱 英,刘淑秀,等.聚偏氟乙烯分离膜改性研究进展[J].膜科学与技术,2002,22(5):52-57.(下转第39页) ・24 ・膜 科 学 与 技 术第27卷 场,温度场的情况进行模拟分析是可以进行的,这种利用数值分析问题的方法具有成本低、速度快的特点,本文的研究方法和思路为优化和改进设计提供了基础技术支持.参考文献[1]Banat F A ,Simandl J.Membrane distillation for diluteethanol separation from aqueous streams [J ].J Membr Sci ,1999,163:333-348.[2]刘 辉.化工过程研究与设计的新手段[J ].天津化工,1997,1:2.[3]孔 珑.工程流体力学[M ].山东:中国电力出版社,1990:253-254.[4]王福军.计算流体动力学分析[M ].北京:清华大学出版社,2004:9-10.[5]Fluent Inc.FLU EN T User ’s Guide.Fluent Inc.2003.[6]杨 兰,丁忠伟,马润宇.温度极化对膜蒸馏过程的影响研究[J ].膜科学与技术,2004,24(3):4-9.CFD numerical simulation in a hot cavity setting of membranedistillation adopting rotational tangential inpouringQ I Xiaoj uan 1,TIA N R ui 1,YA N G Xiaohong 1,L I S ong2(1.School of Energy and Power Engineering ,Inner Mongolia University of Technology ,Huhhot 010062,China ;2.Department of Engineering Mechanics ,TsinghuaUniversity ,Beijing 100084,China )Abstract :Adopting rotational tangential inpouring to increase turbulence intensity and velocity of flow nearby the membrane ,made the thicknesses of temperature and concentration boundary decreasing ,so it is a new en 2hancement permeate flux on air gap membrane distillation.The paper makes numerical simulation computation for temperature and flow field in a hot cavity circulation system of air gap membrane distillation using water as material by software of CFD ,validated that temperature gradient nearby the membrane would decrease greatly with rotational tangential inpouring ,and analyzed that different tangential inpouring angle αand spout shape will influence to temperature gradient.K ey w ords :rotational tangential inpouring ;CFD software ;temperaturegradient (上接第24页)[5]祝振鑫,吴立明,胡晓.用鸡蛋清中的卵清蛋白测定常用超滤膜的切割分子量[J ].膜科学与技术,1999,19(5):44-50.[6]孙本惠.用相转换法制备非对称膜的凝胶动力学研究[J ].水处理技术,1993,19(6):308-312.E ffects of SiO 2nanoparticles on the performances ofPV DF ultraf iltration membraneCH EN N a ,PEN G Y uelian ,J I S hulan(Department of Chemical and Chemistry ,College of Environment and Energy Engineering ,Beijing University of Technology ,Beijing 100022,China )Abstract :The SiO 2nanopaticles were added into the PVDF casting solutions and the resulted suspension were uniform ,transparent and stable.The addition of SiO 2nanoparticles increased the viscosities of casting solution and slowed the coagulation process.The results show that the flux ,contact angle ,retention of BSA ,porosity and structure of the organic -inorganic hybrid membranes can be changed a lot by the addition of SiO 2nanoparticles.K ey w ords :SiO 2nanoparticles ;PVDF ;organic -inorganic hybrid membrane 第3期齐晓娟等:旋转切向入流膜蒸馏装置热容腔CFD 的数值模拟・39 ・ 。
第36卷第5期2008年5月化 工 新 型 材 料N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 136No 15・71・基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(No.2004AA001520)作者简介:陈美玲(1960-),女,教授,主要从事海洋涂料方面的研究。
开发应用SiO 2改性低表面能纳米结构无毒海洋防污涂料陈美玲3 曲园园 杨 莉 高 宏(大连交通大学海洋涂料研究室,大连116028)摘 要 以合成的有机硅改性丙烯酸树脂为主要成膜物质,在颜填料不变的基础上添加纳米SiO 2,制成了低表面能纳米结构无毒海洋防污涂料,讨论了树脂用量和纳米SiO 2对涂膜附着力及其与液体接触角的影响,分析了低表面能防污涂料的表面结构。
结果表明,树脂用量为25%～30%时,涂膜的附着力为1级,涂膜与水的接触角为150°,涂膜表面为纳米2微米阶层状结构。
关键词 防污涂料,低表面能,纳米结构,SiO 2粉体Low surface energy and nanostructured non 2toxic marine antifoulingcoatings modif ied with nano 2SiO 2powderChen Meiling Qu Yuanyuan Yang Li Gao Hong(Laboratory of Marine Coatings ,Dalian Jiaotong University ,Dalian 116028)Abstract The low surface energy and nanostructured non 2toxic marine antifouling coatings was prepared with acry 2late modified with organosilicon and nano 2SiO 2powders and other pigments.The results showed that the adhesion strength was obtained to be Grade I ,the contact angle between paint and liquid to be 150°,while the coating surface to be a micron 2nano layer structures for the coatings made of 25%～30%resin.K ey w ords antifouling coating ,low surface energy ,nanostructure ,SiO 2powder 低表面能防污涂料是很容易清除的一种完全无毒的防污涂料。
纳米SiO 2改性PMMA的性能研究X贲信学(黑龙江中盟龙新化工有限公司,黑龙江安达 151400) 摘 要:讨论了纳米粒子SiO 2的加入对PMMA 的冲击强度,拉伸强度,光学性能,耐热性等一系列性能的影响。
结果表明纳米SiO 2的加入使复合材料的力学性能,热学性能都发生变化。
复合材料的冲击强度,拉伸强度随无机成分SiO 2含量的增加,呈下降趋势,而软化点温度则呈上升趋势。
关键词:纳米SiO 2;甲基丙烯酸甲酯(MMA );纳米复合材料;原位本体聚合法 中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)04—0007—02 聚合物基纳米复合材料是近几年研究较多的纳米材料。
其中,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米复合材料的报道和研究倍受人们的关注。
PMMA 即有机玻璃,它是一种无定形聚合物,透明、耐光,具有较好的韧性、易于加工成型等优点,但耐热性、耐刻划能力差,因而限制了它的使用范围。
有机玻璃度在80～90℃以上便开始软化变形,这些缺陷限制了它的应用范围。
经普遍接枝、共聚等化学改性后得到的聚合物,通常只能单方面改善其某些性能,且改性后其自身性能会发生改变。
为克服这些不利方面,可利用纳米粒子对PMMA 进行改性。
改性后的复合材料的耐热性、机械强度和抗冲击性以及其它性能得到了很大的提高从而扩大了PMMA 的应用范围。
本文讨论了SiO 2纳米粒子的加入对PMMA 的冲击强度,拉伸强度,光学性能,耐热性等性能的影响。
重点是对纳米SiO 2的表面改性,而难点在于SiO 2纳米粒子在PMMA 中的分散是否均匀,及SiO 2纳米粒子与PMMA 的复合。
1 纳米粒子改性高分子材料的方法聚合物纳米复合材料综合了无机纳米粒子、聚合物材料的优良特性,具有良好的机械、光、电、磁等功能特性,在许多领域有广泛的应用前景。
聚合物纳米复合材料的制备方法与一般粉末填料改性聚合物材料的方法既有相同点,也有其特殊的一面。
东华大学高级专业技术职务申报表
申报人姓名：马春燕
所在单位：环境学院
现任职务：讲师
拟聘任岗位：教育教学
拟聘任职务：副教授
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SiQ表面改性机理及其对高分子材料性能的影响（高材11201：瞿启凡；指导老师:肖伟）该文简要介绍了表面改性机理! 对其作为填料改性高分子材料的研究进行了梳理!针对橡胶、塑料、涂料及胶黏剂等进行了一一阐述!并对未来研究内容及方向做出展望。
关键词：刚性SiQ，表面改性，填充，高分子材料高分子材料具有结构独特易于改性和加工的特点，具有其他材料无可比拟不可取代的许多优异性能。
促使其在国民经济建设、国防及科学技术应用等领域具有不可替代的优势，已逐渐发展成为人们生产生活中不可或缺的材料之一。
然而，随着时代的发展和科学技术的进步，对高分子材料性能方面提出了更高要求。
因此，对高分子材料性能方面的改良研究越来越多，如通过调整高分子材料内在分子结构与其他有机高分子材料进行共混以及采用无机刚性粉体SiO2作为添加剂等手段。
其中，通过采用刚性无机材料（如炭黑黏土等）作为添加剂，可以在很大程度上提高高分子材料性能，已成为学者们争相研究的热点。
刚性无机材料具有很高化学稳定性和热稳定性、无毒、无刺激、使用安全、在自然界中分布广泛、对高分子材料改性有着重要作用，但无机刚性粉体SiO2 颗粒表面具有很强极性，是典型亲水性材料，与亲油高分子材料物性间存在巨大差异，难以在有机基体中均匀分散，另外作为添加剂颗粒尺寸通常较小甚至为纳米颗粒，颗粒表面氢键的存在极大表面能使其极易发生团聚，以聚集体形式存在，分散效果差。
苏瑞彩也从内外表面原子所受力场不同的角度分析了团聚机理，即处于晶体内部原子受力受到来自周围对称价键力和稍远原子的范德华力、受力对称，价键饱和，而表面原子受力来自其临近内部原子的非对称价键力和其他原子的远程范德华力，受力不对称，价键不饱和，易与外界原子键合形成大颗粒团聚体。
的这些特性使其极不易分散。
因此，要发挥无机刚性粉体SiO2 独特作用，必须改善其在高分子材料基体中的分散效果，改善与高分子材料的亲和性、相容性，提高其加工流动性，增强两相间界面结合力，以此来增加其填充量，提高高分子材料性能。
