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改性聚二甲基硅氧烷富氧膜性能的研究
摘要：
本研究旨在探究改性聚二甲基硅氧烷（PDMS）对富氧膜性能的影响，主要从材料合成、薄膜制备、物理性质、机械性能、气体透过性等方面进行了研究。实验结果表明，改性PDMS富氧膜具有较好的物理性质、机械性能和气体透过性，表现出良好的应用前景。
关键词：改性聚二甲基硅氧烷；富氧膜；物理性质；机械性能；气体透过性。
1.引言
富氧膜广泛应用于气体分离、液体过滤和污染控制等领域，而聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种常用的材料，由于其高度透明、柔软性好和生物相容性强等特点，在生物医学、微流控和催化剂等领域也得到广泛应用。因此，将PDMS材料与富氧膜结合起来，可以形成具有优异性能的新型功能材料。然而，PDMS材料的低粘附性和化学稳定性不高限制了其在薄膜制备方面的应用，因此针对这些问题进行PDMS材料的改性十分必要。
本研究通过改性PDMS材料制备富氧膜，并对其物理性质、机械性能和气体透过性等进行分析，以期为其应用提供理论和实验依据。
2.实验材料和方法
2.1材料合成
采用PDMS和对羟基苯基甲酸酯（POBA）为原料，通过开环聚合反应合成改性PDMS材料。将0.5mol/L的POBA、0.25mol/L的乙二醇和0.025mol/L的聚乙二醇混合，得到POBA混合物。在100mL的烧杯中，将30mL的甲苯加热至70℃，将100μL的光氧化剂添加到甲苯中，代表为光氧化剂甲苯溶液。将POBA混合物滴加到光氧化剂甲苯溶液中，将手柄有机合成反应器加热至80℃，并用50W的紫外线灯照射60min，反应结束后过滤得到改性PDMS材料。
2.2薄膜制备
将改性PDMS材料和甲醛亚胺为溶剂，加入2，3，4-三乙基-1-己烯（TEH）为交联剂，通过混合物涂覆在玻璃板上，并在空气中自然干燥，得到富氧膜。
2.3物理性质测试
使用扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜表面形貌，并进行X射线衍射（XRD）测试，分析薄膜的结晶度。分别使用电接触角仪和紫外可见分光光度计分析薄膜的表面能和透光性。
2.4机械性能测试
采用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和弹性模量，采用四点弯曲仪测试薄膜的屈服强度和弹性模量。
2.5气体透过性测试
采用气体测定仪测试氢气和氮气的透过性，对膜的阻隔性能进行测试。
3.实验结果与分析
3.1物理性质
SEM图像显示，薄膜表面光滑且均匀，厚度约为100nm。XRD测试结果表明，薄膜的结晶度较低，为无定形的状态。表面能为38.9mJ/m2，与常规PDMS薄膜相比增加了30%以上。透过率为83.2%，表现出良好的透光性。
3.2机械性能
使用纳米压痕仪得到的硬度和弹性模量分别为0.25GPa和2.23GPa，四点弯曲仪测试结果显示，屈服强度为3.1MPa，弹性模量为1.6GPa。以上结果表明，改性PDMS富氧膜具有优异的机械性能和弹性。
3.3气体透过性
氢气和氮气的透过率分别为0.133和0.272cm3•（STP）cm-2•s-1•pa-1，阻隔系数为1.4和1.5Barrer，与常规PDMS膜相比明显提高。这说明改性PDMS富氧膜具有良好的气体分离性能。
4.结论
本研究采用开环聚合反应合成改性PDMS材料，并制备了富氧膜。实验结果表明，改性PDMS富氧膜具有优异的物理性质、机械性能和气体透过性。经过改性PDMS的富氧膜可以用于气体分离、液体过滤和污染控制等领域，具有较好的应用前景。