第二章 膜材料及表面改性

第二章分离膜与膜分离组件第一节分离膜的种类一、高分子膜目前，市场销售的分离膜主要以高分子膜为主，它几乎涵盖了所有的膜过程，得到了广泛的应用，主要品种如下。

1．醋酸纤维素膜2．聚砜类膜3．聚丙烯腈膜4．聚酰胺类膜5．其它类聚合物膜（1）聚偏氟乙烯超滤膜该膜可以高压消毒，耐一般的溶剂，耐游离氯性强于聚砜超滤膜，广泛地用于超滤和微滤过程。

但该膜是疏水性的，经膜表面改性后可改善其亲水性，如Millipore公司的Durapore 膜。

（2）再生纤维素膜该膜的亲水性较强，对蛋白的吸附性较弱，耐溶剂性好，使用温度可达到75℃，如美国Amicon公司的YM系列超滤膜。

二、无机膜常用的无机分离膜为陶瓷膜、玻璃膜、金属膜（含碳）和沸石膜等。

第二节分离膜的制备高分子膜的制备方法有很多种，如热压成型法、相转化法、浸涂法、辐照法、表面化学改性法、等离子聚合法、拉伸成孔法、核径迹法、动力形成法等等。

无机分离膜的制备方法亦有多种，如烧结法、溶胶－凝胶法、分相法、压延法、化学沉淀法等等。

其中最主要的是溶胶－凝胶法一、均质对称膜的制备（一）致密均质膜致密膜一般指结构紧密的膜，其孔径在1.5nm以下，膜中的高分子以分子状态排列。

致密均质膜广泛用于表征膜材料的性质。

常用的制备方法是溶液浇注法，其制备过程为：将膜材料用适当的溶剂溶解，制成均匀的铸膜液，将铸膜液倾倒在铸膜板上，用特制刮刀使之铺展成具有一定厚度的均匀薄层，然后移置特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成均匀薄膜。

（二）微孔均质膜1．拉伸法制微孔滤膜该方法主要用于聚烯烃类材料。

拉伸法制膜一般要经过二步。

首先将温度已达其熔点附近的高分子经过挤压、并在迅速冷却下制成高度定向的结晶膜，然后将该膜沿机械力方向再拉伸几倍，这一次拉伸破坏了它的结晶结构，并产生裂缝状的孔隙。

这种方法一般称为Celgard法。

Gore－Tex®型膜采用的是另一种采用拉伸成孔法，由聚四氟乙烯制备的微孔分离膜。

摩擦学与表面技术研究第一章概论摩擦学与表面技术是机械设计与制造中非常重要的一个领域。

摩擦学研究了物体间的摩擦、磨损及润滑等现象，而表面技术则探讨了如何通过表面工艺的改变来提高材料的性能。

在机械制造中，这两个方面的研究对于提高机件效率、延长机器寿命、节约能源等方面有着至关重要的作用。

在本文中，我们将分别介绍摩擦学和表面技术的相关知识。

第二章摩擦学摩擦学是研究两个物体接触后互相阻碍相对运动，并伴随着能量的损失的现象及其机制。

摩擦学主要包括三个方面：实验摩擦学、理论摩擦学和应用摩擦学。

实验摩擦学是通过实验手段来研究摩擦学现象的一门学科。

实验摩擦学经常需要进行的试验包括摩擦系数测定、磨损实验、润滑实验等。

在试验摩擦学中，科学家们研究了很多现象，如摩擦系数的变化规律、表面形貌的影响、润滑膜的形成及断裂等。

这些实验研究为发展理论摩擦学打下了坚实的基础。

理论摩擦学是指通过数学和物理方法来研究摩擦学现象的一门学科。

理论摩擦学可以分为微观和宏观两个方面。

微观理论摩擦学主要研究物体表面的原子层级接触和摩擦机理，包括材料的力学性质、表面电荷的分布、几何形态等。

而宏观理论摩擦学则侧重于宏观力学现象的研究，如不同材料之间的摩擦现象、低温下的摩擦等。

应用摩擦学是通过理论和实验研究来解决实际工程问题的应用研究。

应用摩擦学涉及的范围很广，如机械制造、摩擦密封、磨料磨损、润滑和摩擦材料等。

应用摩擦学在实际中有着广泛的应用，提高了机械制造的效率和质量。

第三章表面技术表面技术是指通过表面工艺对材料表面进行改进的一门学科。

表面技术的目的是改善材料表面功能，提高其机械性能和化学性能，从而满足不同的工程需求。

表面技术包括表面涂层、表面改性和表面管理。

表面涂层是指在材料表面形成一层功能涂层，以提高材料的性能。

表面涂层可以是金属涂层、陶瓷涂层或者有机涂层等。

例如，通过表面涂层可以增加零件的抗磨损性、耐腐蚀性和防护性等。

表面改性是指通过物理或化学方法改变材料表面的物理结构和化学成分，以提高材料的性能。

生物医学工程中的生物材料表面改性随着现代医学的不断发展，生物医学工程作为一个新兴的领域逐渐得到人们的关注。

生物医学工程已经广泛应用于医疗器械、医用材料以及疾病的治疗等方面。

在这些应用中，生物材料作为生物医学工程的重要组成部分，其表面性能对生物医学工程的性能起着至关重要的作用。

生物材料的表面改性技术，即通过不同的手段对材料表面进行改良，以改善其物理、化学和生物性能，达到更好的医疗效果。

其中最受关注的是生物材料表面的生物相容性和生物活性，这是确保生物医学材料安全性和生效性的关键因素。

生物材料表面改性包括物理改性、化学改性、生物改性等多种方法。

其中物理改性主要是利用物理手段改善生物材料表面的性能，比如表面附加纳米线、纳米颗粒、生物纳米组织等；化学改性则是在生物材料表面引入有机或无机化合物，比如疏水性、亲水性或生物活性小分子等；最常用的生物改性则是改善生物材料表面的结构和形态，以增强其生物相容性和生物活性。

在这其中，化学改性被广泛应用于生物医学工程中。

以疏水性改性为例，静电纺丝法可以制备疏水性纳米纤维膜，刻蚀法可以改变表面形貌制备出疏水性纹理，仿生的方法通过制备疏水性材料获得抗菌等性能。

生物医学工程中还有一种应用的最广泛的、最成功的生物材料表面化学改性是通过一种叫做“生物表面荧光染料”（Bioactive Surface Dyes）的溶液，在生物材料表面引入蓝色颜料。

在生物医学工程中的实际应用，比如人工心脏瓣膜和人工耳蜗等领域中的材料与设计问题需要解决的一个主要挑战就是在材料表面与生物组织之间实现良好的相容性和亲和性。

生物表面荧光染料可以提高材料对细胞的亲和力，从而促进细胞在其表面上的生长和增殖，还能有效地预防所谓的“滞留性载体”的发生，即在材料表面上滞留的大量细菌和其他有害生物。

这种便捷、高效、清晰地可视化的可控制的表面改性方法为生物医学工程界提供了一种全新的方法，可以在设计和开发这些高级制品时实现更好的医疗效果。

纳米材料的表面改性与应用纳米材料，这可真是个神奇的玩意儿！你可能会好奇，啥是纳米材料？简单来说，就是尺寸超级小，小到纳米级别的材料。

这纳米级有多小呢？就好比把一根头发丝切成五万份，其中一份的粗细就差不多是纳米级啦。

咱们先来说说纳米材料的表面改性。

这就好比给一个小不点儿穿上一件特别定制的衣服，让它变得更厉害、更有用。

比如说，有一种纳米材料叫纳米二氧化钛。

它本来呢，在某些方面的性能一般般。

但是经过表面改性这一招，给它的表面加点东西，或者改变一下表面的结构，嘿，它就能在光催化领域大展身手啦！比如说，用来分解空气中的有害气体，让咱们呼吸的空气更清新。

我记得有一次去参加一个科研活动，就看到研究人员在实验室里对着一堆纳米材料“捣鼓”。

他们那认真的劲儿，就像是在给宝贝梳妆打扮一样。

小心翼翼地操作着各种仪器，眼睛紧紧盯着屏幕上的数据变化，那种专注和投入，让我深切感受到了他们对纳米材料表面改性研究的热情和执着。

再来说说纳米材料的应用，那可真是五花八门。

在医疗领域，纳米材料可以制成超级小的药物载体，精准地把药物送到病变的细胞那里，就像是给药物装上了导航仪，直达目的地，效果那叫一个好。

还有啊，在电子领域，纳米材料能让电子产品变得更小、更强大。

比如说手机芯片，用了纳米材料，处理速度快得像闪电。

另外，纳米材料在环保方面也有大作为。

比如说，用纳米材料制作的过滤器，可以把污水里的有害物质过滤得干干净净，让污水变清水。

还有在能源领域，纳米材料能提高太阳能电池的效率，让我们能更多地利用太阳能这种清洁能源。

想象一下，未来我们的生活里到处都有纳米材料的身影。

衣服可能用纳米材料做，不仅耐脏还能调节温度；房子的墙面可能涂了纳米材料，能自动净化空气。

这一切是不是听起来特别酷？总之，纳米材料的表面改性让它拥有了更多神奇的本领，而这些应用也让我们的生活变得更加美好、便捷和充满惊喜。

相信随着科技的不断进步，纳米材料还会给我们带来更多意想不到的惊喜，让我们一起期待吧！。

高分子膜的功能化改性高分子膜是一种准二维的材料，其表面性质对其应用有着极大的影响。

而高分子膜的表面性质也可以通过功能化改性来进行调控，从而对其性能进行优化。

本文将介绍高分子膜的功能化改性的具体方法及其在不同领域的应用。

一、功能化改性的方法1. 表面包覆法表面包覆法是一种比较常见的高分子膜功能化改性方法。

其原理是将高分子膜表面包覆一层具有不同性质的物质，从而改变高分子膜的性质。

常用的包覆物质包括磁性材料、金属氧化物等。

例如，通过在聚丙烯膜表面包覆一层氧化铁颗粒，可以使膜具有磁性，方便其在磁场控制下被污染物吸附。

2. 表面修饰法表面修饰法是一种通过化学反应对高分子膜表面进行修饰的方法。

常见的化学修饰反应包括酯化、醚化、磺化等。

例如，通过聚合丙烯酸单体，再通过二巯基乙烷交联，可以制备一种具有较高渗透性的稳定超薄氢氧化铝涂层，降低了其在复杂环境中的酸碱性影响。

3. 表面改变法表面改变法是一种通过改变高分子膜表面的形态和结构来改变其性质的方法。

常见的表面改变方法包括表面纳米孔、表面浸润涂覆等。

例如，通过将纳米材料浸入聚合物薄膜中，可以形成纳米孔，起到过滤和分离分子的作用。

二、功能化改性的应用1. 微流控技术微流控技术在高分子膜的功能化改性中应用比较广泛。

通过在高分子膜表面修饰微米级别的功能性材料，可以实现高效的微流控分析。

例如，在聚丙烯膜表面修饰亲水性聚合物后，可用于油水分离和废水处理。

2. 生物医学领域高分子膜在医学领域的应用也越来越广泛，例如可用于制备人工血管、人工皮肤以及药物缓释系统等。

通过功能化改性可以改变膜的生物相容性和生物活性，使其能够有效地应用于生物医学领域。

3. 环境保护领域高分子膜的功能化改性还可应用于环境保护领域。

例如，通过在聚合物薄膜表面修饰金属氧化物，可用于处理水中的重金属离子污染物。

此外，在制备纳米复合膜方面也具有很大的应用前景。

通过表面修饰和包覆等技术，可以实现高效地去除溶液中的有机物、离子和微生物等。

聚合物微孔膜表面改性及性能研究随着人类社会的不断发展,人们对美好环境和清洁能源的需求越来越大。

尤其在中国,经济高速发展带来的环境与能源问题越来越严重。

环境污染造成的水污染及石化能源的紧缺等问题已成为当今社会关注的焦点。

聚氯乙烯(PVC)膜和聚丙烯(PP)膜是两种分别在水处理领域以及锂离子电池领域有广泛应用的膜材料。

尽管两种膜材料的应用领域不同,但实际使用过程中,都会因材料本身及表面的特性而造成一系列问题。

(1)PVC膜在水处理过程中,因其表面疏水性,易被水中的有机物、微生物等污染,造成膜阻力增加,使用效率降低,甚至缩短膜使用寿命。

(2)PP膜因表面低极性,与电解液亲和性差,易在使用过程中造成电解液流失,致使隔膜电解液体系电导率和循环性能下降。

对聚合物膜进行表面改性是解决膜材料缺陷,实现聚合物膜高性能化的一种有效手段。

鉴于此,本课题基于高分子化学的基本理论与方法,采用普通自由基聚合、活性自由基聚合、偶联反应等技术对聚合物膜表面(及其本体)进行改性,在惰性材料表面引入极性较强的功能基团,增强膜与水或电解液的亲和性,提高聚合物膜使用性能并同时赋予其功能化。

具体研究内容和主要结论概述如下：设计并制备了两亲共聚物共混PVC多孔膜,研究了两亲共聚物和凝固浴组成对共混膜结构和性能的影响。

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为疏水单体,甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGMA)为亲水单体,通过自由基共聚合制备分子量不同组成类似的P(MMA-r-PEGMA)两亲共聚物。

采用共混和非溶剂致相分离(NIPS)技术制备得PVC/P(MMA-r-PEGMA)共混膜,着重研究了采用不同凝固浴(以水和乙醇作凝固浴)制备的共混膜间结构的性能的差异。

通过研究共混膜在不同凝固浴中的成膜动力学、膜表面化学组成以及膜结构,阐明了凝固浴对成膜过程及膜结构的影响；X射线光电子能谱结果显示PEG链在不同凝固浴制备的聚合物膜表面形成显著的富集,且共聚物分子量越小,表面富集比越高；蛋白质静态吸附实验和动态蛋白质溶液过滤实验表明表面粗糙度大的PVC多孔膜更容易造成膜污染；PEG链的引入及表面富集,赋予了PVC膜血液相容性。