QCS/SiO_2有机/无机杂化膜的制备及其溶胀动力学研究

以季铵化壳聚糖(QCS)为主体膜材料,二氧化硅(SiO2)为无机前躯体通过溶胶-凝胶法制备QCS/SiO2有机/无机杂化膜,通过傅利叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和热失重分析(TGA)对制备得到的膜的结构、形貌以及热稳定性进行表征。同时,对QCS/SiO2杂化膜的溶胀机理、SiO2含量对该杂化膜溶胀度、溶胀速率和溶胀动力学的影响等因素进行了考察。结果表明:无机物质SiO2的含量对膜的溶胀过程有显著影响,随着SiO2含量的增加,溶胀速率常数呈现先增大而后减小的趋势。而且,该系列杂化膜在pH=7的水溶液中吸水溶胀时,溶胀过程遵循Schott’s二级溶胀动力学模型。另外,无机物质的引入优化了杂化膜的吸水溶胀过程,当杂化膜中无机物质SiO2含量为15%时(质量分数),初始溶胀速率(KsW2∞)为769.23,吸水速度较快。     

MWCNT/poly(MMA-AM)杂化膜的原位聚合制备及其苯与环己烷的吸附-溶胀性能

多壁碳纳米管(MWCNT)经HNO3/H2SO4混酸氧化处理、二氨基-二苯甲烷化学修饰后,得到胺功能化多壁碳纳米管(MWCNT—NH2);通过原位聚合制备多壁碳纳米管/甲基丙烯酸甲酯-丙烯酰胺共聚物杂化膜。采用拉曼光谱、红外光谱、扫描电镜表征了多壁碳纳米管化学修饰前、后的结构和形貌;采用扫描电镜和zeta电位仪分析了杂化膜的结构和表面荷电特性;实验考察了杂化膜在苯、环已烷中吸附-溶胀性能。研究结果显示,MWCNT—NH2/poly(MMA-AM)杂化膜的表面zeta电位随MWCNT—NH2填充量的增加而增大,MWCNT—NH2在杂化膜中分散性较好;在碳纳米管填充量相同的情况下,MWCNT—NH2/poly(MMA-AM)杂化膜的苯平衡吸附-溶胀度与苯/环己烷吸附-溶胀选择性大于MWCNT/poly(MMA-AM)杂化膜。MWCNT—NH2/poly(MMA-AM)杂化膜的苯平衡吸附-溶胀度与苯/环己烷平衡吸附-溶胀选择性随MWCNT—NH2填充量的增加而增大;而MWCNT/poly(MMA-AM)杂化膜的苯平衡吸附-溶胀度随MWCNT填充量的增加略有增大,苯/环己烷平衡吸附-溶胀选择性随MWCNT填充量的增加呈下降趋势。研究结果表明,MWCNT—NH2/poly(MMA-AM)杂化膜对苯/环己烷具有苯优先选择吸附-溶胀的特性,且苯优先选择吸附-溶胀的特性随杂化膜中MWCNT—NH2填充量的增加而更加显著。     

自组装的壳聚糖/SiO2杂化膜

以硅溶胶为晶种,使硅酸钠在壳聚糖膜中自组装形成SiO2微粒和晶须,并得到壳聚糖/SiO2杂化膜(以下简称杂化膜).用电子扫描电镜观察了SiO2微粒和晶须的形貌,研究杂化膜在水中的溶胀率,杂化膜的拉伸强度、伸长率和弹性模量等力学性能,杂化膜的热稳定性能.结果表明:杂化膜内SiO2为长3.0～6.0 μm,宽150m的晶须,以及直径为3.0μm的微粒;当膜内SiO2质量分数为7.5%时,杂化膜的力学性能达到最佳,其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率分别为38.39MPa、2383.02MPa、19.82%;随着杂化膜内SiO2质量分数从2.5%增加到12.5%,其溶胀率从112.0%下降到83.7%;杂化膜在200～800 nm波长范围的吸光度也逐渐降低;杂化膜的分解温度为314℃,高于单纯壳聚糖膜的分解温度290℃,表明SiO2晶须与壳聚糖杂化可提高壳聚糖膜的热稳定性.     

有机-无机杂化非离子型水性聚氨酯/SiO_2复合材料的合成及性能

以表面接有十六烷基的新型疏水气相SiO2(R816)为改性剂,采用原位聚合法合成非离子型水性聚氨酯/SiO2杂化材料(NPU/R)。以红外分析表征了产物的结构,通过扫描电镜、原子力显微镜和动态力学分析考察了疏水气相SiO2的分散性、NPU/R膜表面形态和微相结构,研究了疏水气相SiO2含量对膜防水性、紫外光透过率、热稳定性等性能的影响。结果表明,疏水气相SiO2的引入增大了聚氨酯材料的微相分离;随着SiO2质量分数的增加,杂化膜表面粗糙度增加,紫外光透过率降低,热稳定性增强;当SiO2质量分数为1%时,其在聚氨酯中分散均匀,成膜水接触角为94.1°,溶胀率降为26.2%。     

纳米SiO2的加入对PVDF/SiO2超滤膜结构和性能的影响

将普通纳米SiO2、疏水纳米SiO2、亲水纳米SiO2分别加入到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,通过相转化法制得PVDF/SiO2杂化超滤膜,重点探讨了SiO2加入量及上述三种类型纳米SiO2对PVDF杂化超滤膜水通量、截留率和抗污染性能的影响.结果表明:膜的孔隙率、平均孔径、水通量、截留率和抗污染性随SiO2含量增加而先增大后减少;SiO2含量为2%时,膜水通量由大至小为:普通纳米SiO2杂化膜、疏水纳米SiO2杂化膜、亲水纳米SiO2杂化膜,抗污染性由大至小为:亲水纳米SiO2杂化膜、普通纳米SiO2杂化膜、疏水纳米SiO2杂化膜.     

反相微乳液中纳米SiO_2粒子的合成及其杂化膜的制备和性能表征

在以两亲性三嵌段大分子聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO,F127)为表面活性剂、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为油相介质、正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体、氨水为水解催化剂的反相微乳液中合成纳米SiO2粒子,进而采用微乳液原位聚合法制备SiO2/PMMA有机-无机杂化膜。利用紫外可见光谱和透射电镜分析反相微乳液中纳米SiO2粒子的形成与形貌。通过聚合过程中体系粘度的变化探讨纳米SiO2粒子对成膜过程的影响。采用扫描电镜表征了SiO2/PMMA杂化膜的结构,结合气体渗透实验考察杂化膜的CO2/N2分离性能。结果表明,在反相微乳液体系中增加TEOS的投加量,有利于更多纳米SiO2粒子的形成,但对原位聚合成膜过程的抑制作用增强。由于两亲性大分子F127的保护作用,原位聚合成膜后纳米SiO2粒子较均匀地分散在杂化膜中。杂化膜的CO2、N2渗透性及CO2/N2渗透选择性表现出随TEOS投加量的增加先增大后减小的趋势,当TEOS投加量为4.0mL时,制备的SiO2/PMMA杂化膜的CO2渗透系数为1.64×105 Barrer,CO2/N2渗透选择性可达27.31。     

含偶联剂的聚酰亚胺/SiO2杂化膜的制备与性能

采用二酐(HQDPA)和二胺(ODA)合成了聚酰亚胺,以正硅酸乙酯(TEOS)为无机前驱体,通过溶胶-凝胶法在溶剂DMF中制备出SiO2不同含量的PI/SiO2杂化膜,偶联剂GOTMS用来加强聚酰亚胺与SiO2的相容性。采用SEM及万能拉力实验机对膜材料的微观结构和力学性能进行了表征。结果表明,质量分数为10%SiO2的杂化膜力学性能得到加强,20%,30%的膜力学性能下降;加入偶联剂有效地抑制了SiO2的团聚,20%,30%的杂化膜力学性能得到了改善。     

聚酰亚胺/SiO_2杂化膜的微观结构与力学性能

以聚酰亚胺(HQDDA-0DA)为基体,正硅酸乙酯(TEOS)为增强剂,在共溶DMF中,通过溶胶-凝胶法,制备出厚度约为20μm,不同含量SiO2的PI/SiO2杂化膜,用Fr-IR、SEM及万能拉力实验机对膜材料的微观结构和力学性能表征.结果表明,杂化膜中Si-OH和PI存在化学键;10%SiO2含量的杂化膜SiO2颗粒呈卵形镶嵌在PI基体中,取向与膜平行,随着SiO2含量的增加,颗粒尺寸增大,30%SiO2含量的杂化膜中,无机相形成部分的连续结构,并出现团聚;10%SiO2含量的杂化膜强度和模量均为最大,随着SiO2含量的进一步增加的膜的强度与模量均下降.     

聚[1-(4-三甲基硅基)苯基-2-苯乙炔]/碳纳米管杂化膜的渗透汽化性能

采用聚[1-(4-三甲基硅基)苯基-2-苯乙炔](PTMSDPA)为膜材料,与碳纳米管(CNT)杂化制备PTMSDPA/CNTs杂化膜,研究了碳纳米管含量对杂化膜的气体分离、渗透汽化性能的影响。结果表明,PTMSDPA与碳纳米管间π-π相互作用使得碳纳米管在聚合物基体中实现均匀分散。当碳纳米管质量分数为15%时,PTMSDPA/CNTs杂化膜的氧气渗透系数出现极大值(2880 Barrers),为PTMSDPA均质膜的2.4倍;操作温度为30℃时,渗透汽化分离丁醇质量分数为1.5%的丁醇/水溶液,PTMSDPA/CNTs杂化膜的渗透通量、丁醇/水分离系数也达到极大值,分别为114 g/(m~2·h)和69。溶胀吸附实验结果表明,PTMSDPA/CNTs杂化膜的丁醇/水渗透汽化性能主要来源于溶解选择性。     

纳米SiO_2/有机硅改性聚丙烯酸酯复合材料性能研究

采用无皂乳液聚合技术和溶胶-凝胶技术,合成了纳米SiO2/有机硅改性聚丙烯酸酯无皂乳液,采用TEM和SEM观察了乳液和膜的微观结构。纳米复合无皂乳液具有优良的耐化学稳定性,随着纳米SiO2含量增加,乳液的离心稳定性降低;纳米SiO2/有机硅改性聚丙烯酸酯杂化膜的耐溶剂性显著好于有机硅改性聚丙烯酸酯膜,且随着纳米SiO2含量增加,杂化膜的耐溶剂性增加;杂化膜的透光性能好,且具有紫外光吸收特性;杂化膜含有的SiO2粒子的尺寸100nm,且均匀分散于聚丙烯酸酯组分中。     

聚乙烯醇/二氧化硅共混膜的制备及耐温、耐溶剂性能研究

以聚乙烯醇（PVA）和正硅酸乙酯（TEOS）为原料,通过溶胶－凝胶（Sol-Gel)方法,制备出不同二氧化硅含量的聚乙烯醇／二氧化硅（PVA／SiO2)共混均质膜。通过热重分析（TGA）、示差扫描量热法（DSC）和动态力学分析（DMA）研究了共混膜的热性能。结果表明,与PVA膜相比,PVA／SiO2共混膜具有更高的热稳定性,随SiO2含量的增大,共混膜的分解温度升高,玻璃化温度也略有提高。以水为溶剂,测定了共混膜的耐溶剂性能。与PVA膜相比,PVA／SiO2共混膜的耐溶剂性能有显著的提高。     

Preparation of poly(acrylic)/SiO2/EuL3 x 2H2O, hybrid thin films from monodispersed colloidal silica

In this study, poly(acrylic)/SiO2/EuL3 x 2H2O hybrid thin films were prepared from various acrylic monomers (MMA and EDMA/TMPTA), lanthanide metal complexes (EuL3 x 2H2O, L = pyridine carboxylic acid), and monodispersed colloidal silica with a coupling agent, 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (MSMA). It is a combination of the sol-gel reaction, thermal polymerization, and spin coating. The silica content in the hybrid thin films is fixed at 20 wt%, and the EuL3 x 2H2O content is varied from 0.01 g to 0.07 g. FTIR and EA analysis confirms the chemical structure of the prepared EuL3 x 2H2O and poly(acrylic)/SiO2/EuL3 x 2H2O hybrid thin films. UV-Vis spectra and n&k analysis shows that the hybrid thin film has good transparency in visible light. The refractive index of hybrid thin films can be effectively controlled through the EuL3 x 2H2O content. The PL spectra shows that the strongest emission peak occurs at 615 nm and the emission intensity increases to the peak maximum at an EuL3 x 2H2O content of 0.05 g. Both TGA and PL analysis show that the prepared hybrid thin films from the crosslinked acrylic polymer moiety have much better film uniformity, thermal stability, and fluorescence properties. The TEM diagram shows that the MSMA/SiO2/EuL3 x 2H2O particles with a size 15-20 nm are well dispersed in the reaction solution. The SEM diagram shows that the particle distribution in the prepared hybrid thin films is uniform and no phase separation is observed. Finally, AFM analysis indicates that the prepared hybrid thin films have an excellent surface planarity.     

高模量、低热膨胀系数聚酰亚胺杂化薄膜的制备

通过在聚酰胺酸中加入正硅酸乙酯(TEOS)和硅烷偶联剂(KH550),制备了不同SiO2含量的PI/SiO2杂化薄膜.采用FTIR、TMA、SEM以及TGA分析了PI/SiO2杂化薄膜的性能和结构.结果表明,TEOS经水解缩合与聚酰亚胺(PI)形成了有机-无机杂化网络结构,SiO2均匀分散在聚酰亚胺基体中;SiO2和偶联剂的引入提高了杂化薄膜的热稳定性;随着SiO2含量的增加,PI/SiO2杂化薄膜的拉伸强度降低,但当SiO2含量达到20%时,弹性模量增大到3.4GPa.     

Effects of Vacuum Ultraviolet Radiation on Atomic Oxygen Erosion of Polysiloxane/SiO2 Hybrid Coatings

Polysiloxane/SiO2 hybrid coatings have been prepared on Kapton films by a sol-gel process.The erosion resistance of polysiloxane/SiO2(20 wt pct) coating was evaluated by exposure tests of vacuum ultraviolet radiation(VUV) and atomic oxygen beam(AO) in a ground-based simulation facility.The experimental results indicate that this coating exhibits better AO resistance than pure polysiloxane coating.The erosion yield(Ey) of the polysiloxane/SiO2(20 wt pct) hybrid coating is about 10-27 cm3/atom,being one or tw...     

溶胶-凝胶法制备有机硅/SiO2杂化涂料的稳定性

以正硅酸乙酯(TEOS)、二乙氧基二甲基硅烷(DDS)、有机硅烷偶联剂(MPTMS和VTMS)为原料,采用sol-gel法制备了可UV固化的有机硅/SiO2杂化涂料,并考察了原料配比对杂化涂料稳定性的影响。结果表明:DDS-MPTMS/SiO2比DDS-VTMS/SiO2稳定性更好;乙醇用量增加有利于提高储存稳定性;随着陈化时间延长,杂化涂料粒径变大,分布变宽,漆膜透光率下降。当各组分的摩尔比为nDDS/nTEOS=2/3,nMPTMS/nTEOS=1/3,nHCl/nSi-O=0.006,nEtOH/nSi-O=1,nH2O/nSi-O=0.6时,杂化涂料稳定性最佳。在此条件下制备的杂化涂料平均粒径3.6 nm,凝胶时间大于300 d,经UV固化后漆膜的性能最好。     

P(AM-co-AMPS)基凝胶的溶胀动力学研究

本文以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为有机单体、正硅酸乙酯(TEOS)为无机原料合成了P(AM-co-AMPS)基水凝胶,研究了凝胶的相转变温度,以及在相转变温度前后的溶胀性能和溶胀动力学。结果表明,P(AM-co-AMPS)凝胶在25℃水温下主要以大分子松弛为主的溶胀方式,而在0℃水温下为Fickian扩散方式,且具有一定的温敏性;P(AM-co-AMPS)/SiO2杂化凝胶在0℃和25℃均保持非Fickian扩散方式,且温敏性被掩盖。     

Superhydrophobic films on glass surface derived from trimethylsilanized silica gel nanoparticles

The paper deals with the fabrication of sol-gel-derived superhydrophobic films on glass based on the macroscopic silica network with surface modification. The fabricated transparent films were composed of a hybrid -Si(CH(3))(3)-functionalized SiO(2) nanospheres exhibiting the desired micro/nanostructure, water repellency, and antireflection (AR) property. The wavelength selective AR property can be tuned by controlling the physical thickness of the films. Small-angle X-ray scattering (SAXS) studies revealed the existence of SiO(2) nanoparticles of average size ～9.4 nm in the sols. TEM studies showed presence of interconnected SiO(2) NPs of ～10 nm in size. The films were formed with uniformly packed SiO(2) aggregates as observed by FESEM of film surface. FTIR of the films confirmed presence of glasslike Si-O-Si bonding and methyl functionalization. The hydrophobicity of the surface was depended on the thickness of the deposited films. A critical film thickness (>115 nm) was necessary to obtain the air push effect for superhydrophobicity. Trimethylsilyl functionalization of SiO(2) and the surface roughness (rms ≈30 nm as observed by AFM) of the films were also contributed toward the high water contact angle (WCA). The coated glass surface showed WCA value of the droplet as high as 168 ± 3° with 6 μL of water. These superhydrophobic films were found to be stable up to about 230-240 °C as confirmed by TG/DTA studies, and WCA measurements of the films with respect to the heat-treatment temperatures. These high water repellant films can be deposited on relatively large glass surfaces to remove water droplets immediately without any mechanical assistance.     

光敏纳米SiO2制备及在光致抗蚀材料中的应用

经溶胶-凝胶法制得纳米SiO2,用不同结构的双键硅烷偶联剂对其表面进行原位接枝改性,得到两种光敏纳米SiO2(M70SiO2和M50SiO2),并将其添加到紫外光固化丙烯酸酯预聚物中,制得杂化光致抗蚀材料。通过测定光敏参数(D0n.5)考察其光敏性知,杂化光致抗蚀材料光敏性明显增加,当光敏纳米SiO2的质量分数增至13.7%～15.8%时,光敏参数达25 mJ/cm2～27 mJ/cm2;用差示扫描量热仪(DSC)及热机械分析(TMA)考察抗蚀材料的热性能,结果显示,随光敏纳米SiO2用量增加Tg升高,热膨胀系数减小,同时分辨率和精密性并未因光敏纳米SiO2的加入而降低。     

碱催化多孔SiO_2/PI杂化薄膜的制备与力学性能研究

采用碱催化正硅酸乙酯(TEOS)的溶胶-凝胶法与分子模板法相结合,通过旋转涂覆在硅衬底上制备掺杂聚酰亚胺(PI)的纳米多孔SiO2薄膜,并在其表面制备致密过渡膜。利用差热分析(DSC-TGA)、原子力显微镜(AFM)、台阶仪(Atomic-Profiler)、微纳力学性能测试仪(Universal Nano+Micro Mechanical Tester)等对薄膜的性能进行了分析表征。结果表明,所制备的SiO2/PI杂化多孔薄膜具有较好的力学性能和热稳定性;一层膜和两层膜的平均厚度分别为917和1288nm;镀有过渡膜的样品具有最为平整的表面形貌和最小的表面动摩擦系数。     

新型耐电晕聚酰亚胺杂化薄膜的制备与性能研究

通过超声分散和原位聚合法制备了以s-BPDA/1,3,4-APB为树脂基体,以具有不同SiO2添加量的新型球型SiO2/聚酰亚胺杂化薄膜,所制备的杂化薄膜具有优异的力学、热学和耐电晕性能.通过SEM、TEM、FT-IR、UV-vis、DSC、TGA等实验手段对产物进行了分析和表征,并系统研究了SiO2的添加量对杂化薄膜...