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《有机硅改性聚氨酯薄膜耐老化性能的研究》篇一一、引言随着科技的进步和工业的快速发展,材料科学领域中对于薄膜材料的需求日益增长。
有机硅改性聚氨酯薄膜因其优异的物理性能和化学稳定性,在众多领域中得到了广泛的应用。
然而,这些薄膜材料在长期使用过程中,由于受到环境因素的影响,如紫外线、温度变化、湿度等,往往会出现老化现象,导致性能下降。
因此,研究有机硅改性聚氨酯薄膜的耐老化性能,对于提高其使用寿命和实际应用价值具有重要意义。
二、文献综述在过去的研究中,许多学者对聚氨酯薄膜的耐老化性能进行了探讨。
其中,有机硅改性聚氨酯薄膜因其独特的分子结构和优异的性能,受到了广泛关注。
有机硅改性聚氨酯薄膜通过引入有机硅基团,提高了薄膜的耐热性、耐候性和耐化学品性能。
然而,其耐老化性能仍需进一步研究。
目前,关于有机硅改性聚氨酯薄膜耐老化性能的研究主要集中在以下几个方面:一是通过改变有机硅和聚氨酯的比例,优化薄膜的耐老化性能;二是通过添加其他添加剂,如紫外线吸收剂、抗氧化剂等,提高薄膜的抗老化能力;三是通过研究薄膜的老化机理,为提高其耐老化性能提供理论依据。
三、研究内容本研究以有机硅改性聚氨酯薄膜为研究对象,通过实验和理论分析,探讨其耐老化性能。
具体研究内容如下:1. 材料与方法(1)材料准备:选用不同比例的有机硅和聚氨酯原料,制备一系列有机硅改性聚氨酯薄膜。
(2)实验方法:对制备的薄膜进行紫外老化、热氧老化和湿热老化实验,观察其性能变化。
同时,采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)等手段,对老化前后的薄膜进行表征和分析。
2. 结果与分析(1)紫外老化实验:在紫外光照射下,未改性的聚氨酯薄膜性能下降较快,而有机硅改性聚氨酯薄膜的耐紫外线性能得到显著提高。
随着有机硅含量的增加,薄膜的耐紫外线性能逐渐增强。
(2)热氧老化实验:在高温和氧气条件下,有机硅改性聚氨酯薄膜的热稳定性得到提高。
与未改性的聚氨酯薄膜相比,其性能下降速度较慢。
硅橡胶的改性及方法有机硅化学论文摘要:本文主要研究硅橡胶的一些性能,以及改性的方法,如加添加剂,用新的制作方法等。
通过改性,硅橡胶不仅克服了自身的一些弱点,还使它们一些本来有的优良性能加强,因此成为我们材料的新生力量。
关键词:硅橡胶阻燃性亲水性荧光性紫外光硫化技术法 AlN填充法前言硅橡胶的应用范围相当广,已在不同市场领域广泛应用于工业橡胶制品。
首批硅橡胶产品早在60多年前就进引入了市场。
这之所以成为可能的事情,乃是由于有机硅(也称为聚硅氧烷)的独特性能,而这又基于其分子结构带有典型的硅-氧主链(图1)。
图1有机硅的结构硅原子的其余共价键被烃自由基(主要是甲基)所饱和。
有机硅和硅橡胶呈现出如下卓越性能:1)耐高温(可耐200℃以上高温);2)即使在低温下也富有弹性(最低温度在-60℃以下);3)物理性能通常对温度的依赖性低;4)良好的耐老化稳定性和耐候性;5)生理惰性。
然而,硅橡胶也有它自身的一些缺点,因此我们有必要通过对有机硅聚合物进行改性。
如在混炼过程中使用特殊添加剂,或者使用一些特殊的方法来制备,即可使这些性能获得进一步的改善[1]。
阻燃性硅橡胶常用于电缆材料中,作为绝缘层。
当火灾发生时,绝缘材料会随着温度的升高首先发生热分解或热降解,引发材料着火并为随后的火蔓延提供必要和足够的气体可燃物。
绝缘层的破坏甚至会使内部导电设备外漏, 造成漏、触电事故。
若电缆材料的燃烧发生在受限建筑空间内, 析出的可燃气体还可能引起轰燃。
热分解或热降解是物质燃烧之前, 受热而未达到着火点时的特殊阶段, 该阶段内物质自身热解会释放出易燃的气体小分子甚至会发生能量的积聚而加快物质的燃烧, 因此热解是着火阶段的预备过程, 是一种典型的受化学反应动力学控制的现象。
根据反应速率的过渡状态理论, 周围环境提供的能量必须达到反应所需的活化能反应才能够发生, 材料热氧化降解过程活化能的增大必然对应该类材料燃烧性能的降低, 因此, 热解过程活化能的大小可以作为评价材料的燃烧性能和火灾危险性的一项指标。
《有机硅改性聚氨酯薄膜耐老化性能的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步,高分子材料在各个领域的应用越来越广泛。
其中,有机硅改性聚氨酯薄膜因其优异的物理性能和化学稳定性,被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑涂料等领域。
然而,这些材料在长期使用过程中会受到环境因素的影响,导致性能下降,尤其是耐老化性能的降低。
因此,对有机硅改性聚氨酯薄膜的耐老化性能进行研究具有重要意义。
本文旨在研究有机硅改性聚氨酯薄膜的耐老化性能,分析其影响因素和作用机理,为实际生产和应用提供理论依据。
二、文献综述有机硅改性聚氨酯薄膜的研究已成为近年来的研究热点。
研究表明,通过引入有机硅元素可以显著提高聚氨酯薄膜的耐老化性能、热稳定性和化学稳定性。
其改性机制主要包括两个方面:一是硅元素具有较好的柔韧性和空间位阻效应,可以改善聚氨酯分子链的柔韧性和抗疲劳性;二是硅元素与聚氨酯分子链之间的相互作用可以增强分子间的相互作用力,提高薄膜的耐老化性能。
此外,国内外学者还从不同角度对有机硅改性聚氨酯薄膜的耐老化性能进行了研究,如通过添加抗氧化剂、紫外线吸收剂等方法提高其耐候性等。
三、实验方法本部分主要介绍实验材料、实验设备、实验方法和实验过程。
具体包括:1. 实验材料:有机硅改性聚氨酯薄膜、溶剂、老化试验设备等。
2. 实验设备:如电子拉力机、热重分析仪、紫外光老化试验箱等。
3. 实验方法:本实验采用室内外两种方式对有机硅改性聚氨酯薄膜进行老化试验。
室内老化主要模拟温度和湿度的影响,室外老化主要模拟紫外线辐射和风雨等自然环境因素的影响。
同时,采用电子拉力机等设备对薄膜的力学性能进行测试,采用热重分析仪等设备对薄膜的热稳定性和耐老化性能进行评估。
四、结果与讨论1. 室内老化试验结果通过室内老化试验,我们发现随着老化时间的延长,未改性的聚氨酯薄膜的力学性能逐渐下降,而有机硅改性聚氨酯薄膜的力学性能则表现出较好的稳定性。
这表明有机硅元素的引入可以提高聚氨酯薄膜的耐热性和抗疲劳性。
《有机硅改性聚氨酯薄膜耐老化性能的研究》篇一一、引言随着科技的进步和工业的快速发展,材料科学领域中对于高性能、高耐久性材料的需求日益增长。
有机硅改性聚氨酯薄膜作为一种新型的高分子材料,因其优异的物理、化学性能和良好的耐候性、耐老化性能,在众多领域得到了广泛的应用。
本文旨在研究有机硅改性聚氨酯薄膜的耐老化性能,分析其性能的稳定性和耐久性,以期为实际应用提供理论依据。
二、材料与方法2.1 材料实验选用的有机硅改性聚氨酯薄膜为市售产品,主要原料包括聚氨酯、有机硅等。
2.2 方法(1)薄膜制备:采用合适的工艺制备有机硅改性聚氨酯薄膜。
(2)耐老化性能测试:通过人工加速老化试验,模拟自然环境下的老化过程,对薄膜进行耐候性、耐紫外线、耐湿热等性能测试。
(3)性能分析:对测试结果进行数据分析,比较不同条件下的性能变化,并分析其原因。
三、结果与分析3.1 耐候性测试结果经过人工加速老化试验,有机硅改性聚氨酯薄膜表现出良好的耐候性能。
在紫外光照射下,薄膜的色泽、透明度等性能变化较小,且无明显龟裂、粉化等现象。
3.2 耐紫外线性能测试结果在紫外光照射下,有机硅改性聚氨酯薄膜的耐紫外线性能优异,表现出较高的光稳定性。
经过长时间照射,薄膜的物理性能和化学性能基本保持稳定,无明显下降。
3.3 耐湿热性能测试结果在湿热环境下,有机硅改性聚氨酯薄膜表现出良好的耐湿热性能。
薄膜在高温高湿条件下,尺寸稳定性良好,无明显的变形、膨胀等现象。
通过对实验结果的分析,发现有机硅改性聚氨酯薄膜的耐老化性能与其分子结构密切相关。
有机硅的引入使得聚氨酯分子链更加稳定,提高了薄膜的耐候性、耐紫外线和耐湿热性能。
此外,薄膜的制备工艺、添加剂种类和用量等因素也会影响其耐老化性能。
四、讨论4.1 耐老化性能的稳定性与持久性有机硅改性聚氨酯薄膜的耐老化性能稳定性高、持久性好。
这主要归因于有机硅的引入使得分子链更加稳定,从而提高了薄膜的抗老化能力。
此外,该薄膜还具有优异的物理、化学性能,使得其在多种环境下均能保持良好的性能。
有机硅物化数据范文有机硅是一类广泛应用于工业、农业和生活领域的重要化学物质,具有许多独特的性质和应用。
本文将介绍有机硅的基本性质、制备方法、应用领域以及市场前景等方面的信息。
有机硅是指含有碳-硅键的有机化合物,其中碳原子与至少一个硅原子相连。
由于硅与碳具有相似的电负性,碳-硅键被认为是强健而稳定的,能够耐受不同环境条件下的化学反应。
这使得有机硅具有独特的化学和物理性质,例如高耐热性、耐化学腐蚀性、电绝缘性和生物相容性等。
有机硅的制备方法多种多样,最常见的是通过硅与有机化合物的反应来合成。
例如,氯硅烷与醇或酸反应可以生成有机硅化合物;硅烷与烯烃反应可以制备硅烷类化合物。
此外,硅烷类化合物还可以通过选择性氧化、水解或重排反应等多种方法进行合成。
有机硅在许多领域都有广泛的应用。
在工业领域,有机硅常被用作润滑剂、分散剂、去泡剂和填充剂等添加剂,以改善材料的性能和加工性能。
在医药领域,有机硅可以作为生物相容性材料用于制备人工器官、药物释放系统和生物传感器等。
在建筑和家居用品领域,有机硅可以应用于涂料、密封剂、粘接剂和防水剂等,以提供耐用性和防水性能。
此外,有机硅还可以用于制备电子材料、光学材料和纳米材料等。
由于有机硅在许多领域的广泛应用,市场前景十分广阔。
根据市场调研机构的预测,有机硅市场在未来几年将保持稳定增长趋势。
随着全球经济的发展和工业生产的增加,对有机硅的需求将不断增加。
此外,随着科技的进步和创新,有机硅在新兴领域的应用也可能不断涌现,进一步推动市场的发展。
综上所述,有机硅是一类具有独特性质和广泛应用的化学物质。
它的制备方法多样,应用领域广泛,市场潜力巨大。
未来,有机硅有望在各个领域发挥更重要的作用,推动科技和工业的发展。
有机硅疏水原理范文一、引言有机硅疏水是一种特殊的表面改性技术,可以将材料表面转化为疏水性,具有广泛的应用前景。
有机硅疏水技术已经在润湿性材料、防污染材料、防腐蚀材料、防水材料等领域取得了显著的成果。
本文将介绍有机硅疏水的原理及其在不同领域的应用。
二、有机硅疏水原理1.亲水基团替换:有机硅分子中的亲水基团可以与材料表面的亲油基团发生化学反应,将其替换为亲水基团,从而减少材料表面的油性。
2.疏水排斥效应:有机硅分子的疏水性能够使其在涂层表面形成紧密排列的结构,这种结构能够有效减少液体和固体的接触面积,从而降低材料表面的润湿性。
三、有机硅疏水应用1.润湿性材料:有机硅疏水技术可以用于制备润湿性材料。
应用该技术将有机硅涂层覆盖在纺织品、纸张等材料表面,可以使其具有良好的润湿性和排污性能,广泛应用于医疗卫生、食品包装等领域。
2.防污染材料:有机硅疏水技术可以用于制备防污染材料。
应用该技术将有机硅涂层覆盖在建筑材料、汽车表面等物体上,可以有效抵御污垢的附着,减少清洗次数,减轻环境污染,提高材料的使用寿命。
3.防腐蚀材料:有机硅疏水技术可以用于制备防腐蚀材料。
应用该技术将有机硅涂层覆盖在金属表面,可以有效隔离金属和氧气、水等有害物质的接触,降低金属的腐蚀速率,延长材料的使用寿命。
4.防水材料:有机硅疏水技术可以用于制备防水材料。
应用该技术将有机硅涂层覆盖在建筑材料、纺织品等物体上,可以形成一层致密的涂层,有效阻止水的渗透,提高材料的防水性能。
四、发展与前景有机硅疏水技术在近年来得到了快速发展,取得了丰硕的成果。
随着科学技术的不断进步,有机硅疏水技术也将继续完善,应用范围将更广泛,性能更优越。
未来有机硅疏水技术有望在环境保护、智能装备、功能材料等领域发挥更大的作用,并为人们提供更加美好的生活。
五、结论有机硅疏水技术是一种重要的表面改性技术,通过涂覆含有有机硅的涂层,可以将材料表面转化为疏水性。
有机硅疏水技术的应用范围广泛,包括润湿性材料、防污染材料、防腐蚀材料、防水材料等领域。
有机硅树脂报告范文一、有机硅树脂的组成有机硅树脂是由含有硅键的有机硅单体通过不同的化学反应形成的高分子化合物。
根据硅键的不同形式,有机硅树脂可分为聚硅氧烷树脂、聚硅氨烷树脂和聚硅酸酯树脂。
其中,聚硅氧烷树脂由硅氧键构成,聚硅氨烷树脂由硅氨键构成,聚硅酸酯树脂由硅氧键和硅碳键构成。
二、有机硅树脂的性质1.热稳定性:有机硅树脂具有较高的热稳定性,可在高温环境下长时间工作而不发生明显的质量损失或结构变化。
2.电气绝缘性:有机硅树脂具有良好的电气绝缘性能,可以用于制造绝缘材料和电子元件。
3.化学稳定性:有机硅树脂具有较高的化学稳定性,能够耐受强酸、强碱和大部分有机溶剂的腐蚀。
4.机械性能:有机硅树脂具有较高的强度和硬度,同时具有一定的韧性和延展性。
5.耐气候性:有机硅树脂具有良好的耐气候性能,可长期在恶劣的环境条件下使用而不发生龟裂、色变或黏附。
6.耐燃性:有机硅树脂具有较高的耐燃性,可以用于制造阻燃材料和耐火材料。
三、有机硅树脂的应用由于其特殊的性质,有机硅树脂在众多领域中得到广泛应用。
1.化工领域:有机硅树脂可用于制造耐腐蚀、耐高温的化工设备和管道。
2.电子领域:有机硅树脂可用于制造电子元件的封装和绝缘材料。
3.医药领域:有机硅树脂可用于制造医疗器械和药物包装材料。
4.建筑领域:有机硅树脂可用于制造建筑密封材料、防水涂料和耐火材料。
5.汽车领域:有机硅树脂可用于制造汽车密封件、油封和悬挂系统的衬垫。
6.光学领域:有机硅树脂可用于制造光学透镜、光纤和显示器件。
总结:有机硅树脂是一种具有独特性质的高分子化合物,具有热稳定性、电气绝缘性、化学稳定性、耐气候性和耐燃性等优异性能。
在化工、电子、医药、建筑、汽车和光学等领域中有广泛的应用。
有机硅树脂的研究与开发具有重要意义,可以为相关行业提供更高性能的材料和解决方案。
本科毕业设计(论文) 题目:有机硅压敏胶的合成及性能研究院(系):材料与化工学院专业:高分子材料与工程班级:080307学生:石指导教师:2012年 6月西安工业大学毕业设计(论文)任务书1.毕业设计(论文)题目: 有机硅压敏胶的合成及性能研究2.题目背景和意义: 一直以来,随着工业的发展,胶黏剂和胶粘带工业也飞速地发展着,国内外胶粘带生产量和消耗量都很大,这不能满足科学技术的更新和工业飞速发展的需要。
市场上供应的胶黏剂由于其具有不同的性能导致不能耐高温,电性能也不理想。
有机硅压敏胶恰恰具备这些优点。
它对金属无腐蚀、耐腐蚀 、对皮肤无刺激,因此被广泛应用于医疗及各行业领域。
研究高性能有机硅压敏胶具有良好的经济效益和社会效益。
3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术指标): (1)SPSA 黏度在5000mPa.s 以上。
(2) 180°剥离强度尽量大 (3)耐老化性能好,不掉胶 (4)固含量在58%±5%这个范围4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点): 1)1-3周查阅资料,了解所研究课题并确定具体实验方案,完成开题报告;2)4-7周进行前期探索实验,按照实验设计表进行实验,并确定最佳实验方案;3)8-12周对单体产物进行红外测试,确定是否为所需产品,对实验下一步进行探索,选择相关的英文文献并进行翻译,制作中期报告;4)13-15周进行聚合反应及其检测,同时开始撰写论文;5)16-17周继续实验研究和实验结果分析并对撰写论文修改论文,准备毕业答辩。
5.毕业设计(论文)的工作量要求 撰写不少于15000字论文① 实验(时数)*或实习(天数): 约60天② 图纸(幅面和张数)*:用纸均为A4(标准幅面210mm×297mm )③ 其他要求: 查阅资料不少于10份指导教师签名: 年 月 日学生签名: 年 月 日 系(教研室)主任审批: 年 月 日 说明:1本表一式二份,一份由学生装订入附件册,一份教师自留。
有机硅生产技术范文
有机硅:一种新型工业材料
一、简介
有机硅(silicone)是一种典型的有机硅(orogels),它是以有机
硅橡胶(silicone rubber)或者有机硅油(silicone oil)为基础,经
过特殊化学合成的新型工业材料,其特点是有良好的抗氧化性、抗UV性、耐腐蚀性、耐温性和抗紫外线性等等特点。
由于其特点,有机硅(silicone)广泛应用于汽车制造、家用电器、电子设备、胶粘剂、建筑
和医疗等行业,为用户提供了更安全、更可靠、更专业的产品。
二、有机硅生产技术
1、原料准备将原料硅酸钠、硅酸铝、硅酸铜、硅酸钙、醋酸钠、氢
氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锌、甲醛、水等按照一定的原料配比,经过抢
除和精细混合,用搅拌机搅拌成均匀悬浮液。
2、水合反应用搅拌机搅拌液体至气泡较少,加入硅酸乙烯酯、甲基
硅烷烃、硅酸乙烯及其他添加剂,搅拌均匀,将其放入大型反应釜中,加
热至100℃时开始反应,反应温度一般为100-200℃,反应时间8-10小时,此期间有气泡产生,表明有机硅水合反应发生。
3、聚合反应反应温度提高至140-160℃,反应时间缩短至3-4小时,反应液将变成浓稠状,表明有机硅的聚合反应开始发生。
阻燃性有机硅高分子材料的研究进展论文有机硅高分子材料以7.8键为主链,同时侧基为乙烯基、甲基以及苯基等有机基团,因为其特殊的构造而决定其出众的介电性、热稳定性以及生理惰性,在汽车制造、宇航以及医疗用品领域有着广泛的应用。
这些领域的应有都要求有机硅高分子材料具备优异的阻燃性,所以研究具备阻燃性有机硅高分子材料有着重要的意义。
阻燃剂主要是用来提高材料的抗燃性,从而防止材料被引燃并且要抑制火焰的传播。
阻燃剂成为高分子材料开展的重要动力之一,使用量仅次于增塑剂。
阻燃剂根据不同类型的化合物分成有机阻燃剂、无机阻燃剂以及有机-无机混合阻燃剂这几种类型。
其中无机阻燃剂应用最为广泛,需求量占到阻燃剂总量的50%以上。
理想阻燃剂需要有着阻燃效果好以及添加量少的优点,同时要无烟无毒从而防止环境污染,并且对其他材料的性能影响小,有着良好的加工性能好,热稳定性高并且价格廉价等特带你。
阻燃剂的这些要求,决定着阻燃剂以及阻燃技术的开展放心。
有机阻燃剂有着添加量少以及基材相容性好的优点,同时对阻燃制品性能的影响也更小,不过现有的有机阻燃剂在燃烧时发烟量大同时挥发性大,热稳定性以及水解稳定性都比较差。
目前研究的有机阻燃剂有氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、有机磷阻燃剂以及硅系阻燃剂等。
有机硅高分子材料近年来开发出来的新型高效环保的无卤阻燃剂,作为成炭型的抑烟剂,能够赋予高聚物在阻燃以及抑烟的过程中,还可以改善材料的机械强度以及加工性能。
作用机理主要是硅氧烷燃烧过程中能够生成硅,进而碳阻隔层能够隔绝树脂与氧气的接触,防止熔体滴落,因此实现阻燃效果。
有机硅阻燃剂有着热稳定性良好的特点,这是由分子主链的-Si-O-键所决定。
有机硅闪点绝大多数都高于300℃,所有具有难燃性。
较为常见的有硅油、硅树脂、硅橡胶以及聚硅氧烷等。
目前市场应用的有机硅阻燃剂打斗是美国通用电器提供的SFR-100,是一种黏稠透明的硅酮聚合物,能够与各种协同剂例如多磷酸胺等并用,已经使用在聚烯烃阻燃,低用量可以满足阻燃要求,高用量能够赋予基材有意的抑烟性以及阻燃性。
硅橡胶(PDMS)复合膜结构及渗透蒸发应用赵益笛08100246南京师范大学化学与材料科学学院摘要:硅橡胶(PDMS)膜作为迄今研究最多的有机相渗透蒸发分离膜材料之一,对其结构和性能进行深入研究,剖析其分离性能的传递机理,对于优化制膜技术和高性能膜的开发及工业应用,具有重要的理论和实际意义。
渗透蒸发是一种新型膜分离技术,对共沸或近沸混合体系的分离,微量水或有机物的脱除以及有机-有机混合物的分离等具有独特的优越性,在石油化工、制药、食品、环境、生物、能源等工业领域中具有广阔的应用前景。
关键词:硅橡胶(PDMS)复合膜渗透蒸发1 硅橡胶(PDMS)复合膜结构与性能[1]有机硅聚合物是一类半无机、半有机结构的高分子聚合物。
这类聚合物既含有无机主链结构,又含有有机侧链基团,因而在性能上兼有无机聚合物和有机聚合物的特征,具有许多独特之处,如对很多种有机物比如醇、酯、酚、芳香烃等有机物有良好的吸附选择性,化学性质稳定,表现出较强的疏水性等,从而是目前研究最多的一类膜材质。
而其中的硅橡胶,即聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于对有机物的高亲和力和低传递阻力以及良好的加工性能,成为目前最常用的优先透有机物渗透蒸发膜材料。
1。
1 PDMS材料的结构和特点硅橡胶是一种直链状的高分子量的聚有机硅氧烷,其结构通式如下:通式中,n代表链段数,R’是烷基或羟基,R通常是甲基。
构成硅橡胶骨架的化学键主要是Si-O,Si-C,Si-O键是组成硅氧链的骨梁。
其键能为451kJ/mol,使聚硅氧烷的热稳定性很好;键长较长(0。
164nm),使得键对侧基转动的位阻小;Si和O的电负性差值为1。
7,Si-O 键有50%的离子性,这个键在通常情况下是稳定的,但在强酸强碱作用下仍然会被打断;Si-O-Si的键角很大(143°),使得Si—O之间容易旋转,链非常柔软。
Si—C键是组成有机硅化合物的特征键,也是有机硅聚合物侧基的键型。
侧基为甲基时,键能为370kJ/mol,对硅氧烷的稳定性贡献较大;Si—C键的键长为0。
188nm,甲基可绕Si-C轴自由旋转。
由键距长、键角大和键能高的Si—O键组成的硅氧链由两个甲基屏蔽,使得这个链非常柔软;由于Si-O间dπ—pπ键的相互补偿和Si-O偶极间的相互补充,使硅氧链形成螺旋结构。
每个螺旋由六个左右的硅氧链节组成,非极性甲基向外,起着屏蔽作用。
这样的结构使得硅氧链之间相互作用力小,摩尔体积大,表面张力小。
上述的结构决定了硅橡胶具有以下诸方面的特点:(1)对有机物良好的亲合力和疏水性。
于硅橡胶极性不高,表面能低,而有机分子多为非极性或低极性,因而使得硅橡胶膜对有机物分子具有良好的亲合力,当有机物的溶解度参数与膜材质的溶解度参数越接近,膜对有机物分子间的亲合力越强,有机物分子越容易被硅橡胶膜优先吸附溶解。
而水分子为强极性分子,根据相似相溶原理,硅橡胶膜疏水性很强.(2)良好的渗透性。
硅橡胶的玻璃化温度转变温度T g较低(-123℃),链段柔韧性好,活动性强,交聚点间的链段处于不断的振动及持续的运动中,易于在聚合物分子内部形成连续不停运动着的通道,使得欲分离组分在膜中的扩散速度较快,有利于获得高通量的膜.(3)优异的耐热耐寒性。
由于Si-O键和Si-C键的键能较大,从而使硅橡胶具有优良的热稳定性:其玻璃化温度较低,使得其在低温下仍可保持橡胶态,使它具有良好的低温物理性能。
一般硅橡胶可以在-60℃至150℃的条件下长期使用。
(4)良好的化学稳定性.Si-O键和Si-C键的化学稳定性很好,在强酸碱条件下才可能被打断。
硅橡胶在紫外光、氧、臭氧等的环境下相当稳定.(5)良好的抗溶剂性能。
有机物在硅橡胶内具有良好的溶解性能,在溶解过程中硅橡胶被溶胀,但当溶剂挥发后,其可基本恢复原来的状态。
这可解释为有机物溶解时,硅橡胶分子受到外力,分子链可通过单键的内旋转和链段运动改变构象以适应外力;外力消除后,分子链又可通过单键的内旋转和链的运动恢复到原来的状态,宏观上表现为弹性回缩。
(6)无毒且具有良好的粘接性能,而且容易制得无缺陷的膜,这在工业上是尤其重要的。
综上所述,硅橡胶对有机物具有良好的选择透过性,热稳定性和化学稳定性、耐溶剂性能优良,无毒,易于成膜,因而可以作为理想的有机物优先透过膜材料.1.2硅橡胶复合膜结构及特点硅橡胶单膜通常本身很难单独使用,一般是将其装在多孔质支撑材料上使用。
有机高分子膜的结构与其分离性能密切相关。
考察膜结构形态包括表层、过渡层和下层,以及他们的结构、厚度等层结构和孔径及其分布、孔的形状和空隙率等孔结构两个方面。
一般的复合膜粗略分为致密皮层和多孔支撑层两层。
致密层结构紧密,孔径在1-5nm 以下,膜中的高分子以分子状态排布。
多孔支撑层结构较为疏松,其孔结构与膜的通量之间有一定联系。
李磊等人[2]研究发现基膜孔径对不同支撑层膜材料的影响明显不同,它取决于基膜和PDMS分离层的物理化学性质以及制膜方法等众多因素。
电子显微镜是研究分离膜形态结构的最有效的工具。
通过显微镜观察,PDMS复合膜皮层为致密均匀的紧密结构,多孔支撑的孔的形状大致可分为指状孔、针状孔、网状孔和海绵状孔四类,期间还存在着多种过渡结构。
如通过相转化法制成的聚砜支撑层在皮层和指状大孔之间存在海绵状小孔的过渡层。
由于某些制各方法的缺陷,PDMS有时会渗入多孔支撑中,在致密层和支撑层之间存在一个界面层.很多时候为了加强机械强度,在多孔支撑下面加一层无纺布作为增强材料。
1.3 硅橡胶分离膜改性一般主要通过两种途径对硅橡胶膜分离性能进行改善:膜材料的改性和膜结构的改进。
对于膜材料本身,希望其具有优异的分离性能,能够在分离物料中保持稳定的化学性质,具有长的使用寿命,也不会因为溶胀降低选择性等。
从结构上说,为了获得高的膜渗透通量并保证膜的分离选择性,希望制成的皮层很薄且无缺陷,支撑层具有高的孔隙率,且皮层材料未渗入支撑层内,不存在压密的过渡层,PDMS与支撑层结合良好等。
1。
3。
1膜材料改性在工业通常直接使用的硅橡胶中,人们一般都要采用硅橡胶分子链直接进行交联的方法提高它的使用性能,同是达到减小聚合物的溶胀以保持它的选择性,并使硅橡胶不至于溶解在料液混合物中的目的。
有时在某些体系中通过交联后硅橡胶的强度和耐溶剂性和分离性能可能仍不够理想,也可能进一步加以增强和改进。
(1)聚硅氧烷的室温交联线形的聚硅氧烷,特别是PDMS,常温下是非结晶的,没有强度,需要通过化学反应吧线形的分子链结合起来,形成网络,才能得到一定的尺寸稳定性和强度,这种反应称作交联.硅氧烷的交联方式主要有四种:催化缩合;过氧化物引发;硅氢加成;辐射交联.其中催化缩合可以在室温下进行,称为室温交联。
过氧化物引发的反应需要加热到一定程度,称为高温硫化。
对于PDMS复合膜活性皮层的制备,本研究采用的也是室温下进行催化缩合。
线形的聚二甲基硅氧烷(PDMS)末端带有硅羟基,能与多官能的硅烷交联剂(常用正硅酸乙酯)进行缩合交联,形成三维网络状结构的弹性体.三维网状结构可为聚合物提供许多优异性能,如提高强度、弹性、硬度、形变稳定性、耐化学腐蚀性等,而且它只能被溶剂溶胀而不能溶解,也不会受热熔融。
(2)共混填充改性聚合物的填充改性是一种方法简单,简便易行的物理改性方法。
无机粒子填充就是在有机网络中引入无机粒子来改善有机膜的物理化学稳定性,调整有机膜的微观结构,改变渗透蒸发膜的吸附、扩散和物理化学稳定性,因而在一定程度上提高膜的综合性能.Ji等研究了填充活性碳的有机膜从水中分离三氯乙烷的渗透蒸发性能,发现活性碳可以提高膜对有机物的吸附选择性,而且有机物分子主要沿着填充剂的表面,而水分子主要在填充剂的孔中扩散前进。
李磊等将碳分子筛加入到PDMS中制成PDMS复合膜,用于乙酸/水的分离,发现碳分子筛的加入极大的提高了膜的强度和韧性,并在一定程度上改善了PDMS 膜的渗透性能.Adnadiević等制成的沸石/PDMS复合膜,XRD显示膜中出现了合适的孔道,实验发现复合膜对乙醇的选择性和通量较空白膜均得到了提高.叶宏等制备了改性碳黑填充的PDMS膜,对乙醇,水溶液进行渗透蒸发分离,发现碳黑的加入提高了乙醇和水的渗透通量,对选择性无明显影响.目前PDMS中常用的无机填充剂多为非极性的疏水亲有机的物质,包括活性碳(AC),碳分子筛(CMS)和沸石分子筛、碳黑、蒙脱石和硅石等。
由于填充剂通常不溶于有机溶剂,而且与聚合物的物理性质(如密度等)有很大差异,因此不易均匀地分散在聚合物中,主要采用磁力搅拌、机械搅拌和超声波分散等方法来使吸附剂在膜液中分布均匀.由于膜中含有有机和无机两种物理化学性质不同的组分,其聚集态结构会形成各自聚集的相分离微区,使渗透分子在膜中的吸附与扩散行为不很明朗,而且是皮层与支撑层的结合也成问题。
同时,人们也采用高温高压处理、溶剂化作用、引入离子、表面改性、接枝共聚等方法做了大量改进硅橡胶分离性能的工作。
以上方法多是从膜材质改性的角度出发考虑到的,但就是同一种膜材料制成的分离膜,由于不同的制膜工艺和工艺参数,其性能也会有很大的区别,这就与成膜后的结构有关系了.1。
3.2 膜结构改进进行材料筛选时大多将聚合物制成致密均质膜,这种膜通量很小,实际应用的渗透蒸发膜多为复合膜,它不仅通量比致密均质膜大得多,而且还有前面所述的诸多优点,研究者最初进行的膜结构改进就是均质膜向复合膜的转变。
在制造硅橡胶多层复合膜时,人们对膜结构进行改进主要从四个方面着手:(1)致密的分离活性皮层具有很薄或超薄的厚度以保证高的渗透通量;(2)皮层没有或几乎没有缺陷以保证良好的分离选择性;(3)微孔支撑层具有均匀的孔隙尺寸分布和很高的孔隙率以保证其对渗透的阻力完全可以忽略;(4)皮层与支撑层结合良好,使膜的溶胀行为不至于对膜产生破坏性作用。
超薄无缺陷皮层的制造技术一直是硅橡胶膜研究开发的热点和难点,因为超薄化的技术关键是必须同时保证膜无缺陷并具备长期稳定的机械强度和物理化学性能膜。
如前所述,超薄化的目的是实现高通量,发展复合膜是目前的主要方向.为了减小支撑层阻力,采用前面提及的溶剂占位的方法可以控制PDMS皮层铸膜液侵入空隙率很高的支撑层孔洞中。
对于皮层和支撑层的结合问题,需要对PDMS和支撑层材料之间相互作用进行分析,如果两层材料不能粘合则得不到复合膜,如果大量的活性层物质渗入支撑层孔道中复合就失去意义了。
我们在硅橡胶复合膜的制备中,充分考虑膜材料和膜结构两个方面的要求,在考虑工业化应用不增加工艺复杂度的基础上,选择亲有机的支撑层材料,通过某种溶剂作为支撑层堵孔剂,制备孔隙率高、阻力小的支撑层,通过室温交联提高PDMS皮层材料的使用性能。
要设计和研制理想的膜,需要了解渗透蒸发膜内的传质机理;要实施膜在渗透蒸发过程中的应用,只有掌握了过程的传质机理,建立分析的理论基础,才能抓住主要的影响因素,对过程进行设计。