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微球堆积有机无机复合膜及渗透汽化性能初探
摘要
本研究以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为有机材料，硅烷偶联剂为纳米颗粒表面修饰剂，通过溶液浸渍与自组装技术制备出微球堆积有机无机复合膜，利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、接触角测量和压入深度测试等表征手段对复合膜的表面形貌、表面能、拉伸性能和渗透汽化性能进行了研究。结果表明，PMMA和硅烷偶联剂的结合能力良好，并且能在复合膜表面形成纳米级别的自组装结构，增加了膜的疏水性、硬度和拉伸性能。同时，该复合膜具有较好的渗透汽化性能，透过率高达79.1%。因此，该微球堆积有机无机复合膜具有广阔的应用前景。
关键词：微球堆积；有机无机复合膜；渗透汽化性能
Abstract
Inthisstudy,amicrosphere-stackedorganic-inorganiccompositemembranewaspreparedbysolutionimmersionandself-assemblytechniquesusingpoly(methylmethacrylate)(PMMA)astheorganicmaterialandsilanecouplingagentasthesurface-modifyingagentofnano-particles.Thesurfacemorphology,surfaceenergy,tensileproperties,andpermeationevaporationperformanceofthecompositemembranewerestudiedbyscanningelectronmicroscopy(SEM),atomicforcemicroscopy(AFM),contactanglemeasurement,andimprintdepthtest.TheresultsshowedthatthebindingabilitybetweenPMMAandsilanecouplingagentwasgood,andanano-scaleself-assembledstructurecouldbeformedonthesurfaceofthecompositemembrane,whichincreasedthehydrophobicity,hardness,andtensilepropertiesofthemembrane.Atthesametime,thecompositemembranehasgoodpermeationandvaporizationperformance,withamaximumtransmittanceof79.1%.Therefore,themicrosphere-stackedorganic-inorganiccompositemembranehasbroadapplicationprospects.
Keywords:Microspherestacking;Organic-inorganiccompositemembrane;Permeationevaporationperformance
引言
有机无机复合材料因具有有机材料和无机材料的优点，可综合利用两类材料的特性，开辟新型复合材料的研究领域。有机材料具有亲水性、柔韧性和易加工性等优点，但力学性能和耐热性较差；与之相反，无机材料具有较好的力学性能、耐热性和耐腐蚀性能，但易破碎，制备成型难度大。因此，有机无机复合材料成为一种具有很大发展潜力的新型材料。常见的有机无机复合材料制备方法包括共混、包埋、夹层、聚合等。而其中最具代表性的制备方法是自组装技术，该方法通常利用表面活性剂、表面修饰剂和辅助物质的协同作用，通过静电作用、范德华吸引力、氢键作用、π-π作用等多种各异的力学作用，以有序排列或随机组合形成各种自组装结构。根据不同的自组装结构，可以制备出多种有机无机复合材料，如纳米管、纳米颗粒、石墨烯、薄膜等。
实验部分
1实验材料与仪器
所使用的实验材料包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，相对分子质量34000）、甲基异丙基酮（MIBK）、氨水、二甲基硅烷（DMS）、无水乙醇、双氧水、羟甲基丙酮（HPA）、氧化铝纳米粉末等；所使用的实验仪器包括扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、接触角测量仪、普通光学显微镜、电子天平、万能试验机等。
2制备微球堆积有机无机复合膜
将PMMA溶解在MIBK中，加入一定量氨水和DMS，搅拌均匀制备成PMMA/DMS复合溶液；将氧化铝纳米粉末分散于无水乙醇中，形成纳米颗粒分散体；将所制备的PMMA/DMS复合溶液与纳米颗粒分散体混合，搅拌均匀形成复合溶胶；利用自组装技术将复合溶胶形成微球堆积，最后进行烘干，得到微球堆积有机无机