一种聚二甲基硅氧烷中空纳米微球及其制备方法和应用与流程

本发明涉及纳米技术，高分子技术，具体的说是一种聚二甲基硅氧烷中空纳米微球和它的制备方法及其应用。
背景技术：
：为增大气体分离膜和渗透汽化膜的渗透性能，应尽量减少分离膜的厚度。在膜内加入中空微球，相当于在膜表观厚度一定的情况下，减少了膜的实际厚度，是减少分离膜厚度的一个很有潜力的方法。但是为了确保气体从中空微球相通过，微球壳层的阻力要比基质材料低，也就是说微球壳层材料的本征渗透系数要大于基质材料。聚二甲基硅氧烷是一种渗透系数非常大的橡胶态材料，在气体膜分离及渗透汽化领域应用广泛。由于其渗透系数远远高于常见的玻璃态聚合物，非常适于中空纳米微球的制备并用于气体分离杂化膜和渗透汽化杂化膜的制备。本发明主要关于一种用简便的方法制备的聚二甲基硅氧烷中空纳米微球和应用：即在微乳液中，直接加入聚二甲基硅氧烷预聚物、催化剂和交联剂，通过交联反应合成中空纳米微球，微球与其他聚合物共混后制备成膜。方法简单，步骤少，可用于气体分离膜及渗透汽化膜。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可用简单的方法制备的聚二甲基硅氧烷中空纳米微球及制备方法和应用。其制备方案如下：1)将油相溶剂与一定量的水，一定量的表面活性剂，一定量的助表面活性剂混合，形成油包水型微乳液；2)将一定量的聚二甲基硅氧烷预聚物和交联剂及催化剂溶于步骤1)中配置的微乳液中，搅拌使其溶解；反应一段时间后，除去表面活性剂、溶剂、助表面活性剂和水，得到中空纳米微球。聚二甲基硅氧烷预聚物的含量为微乳液油相溶剂的0.1～10wt％。所述的油相溶剂包括正己烷，正戊烷，石油醚，正庚烷，甲苯，环己烷。所述的表面活性剂的含量可以为0。将得到的中空纳米微球作为分散相与其他聚合物共混，可用于制备气体分离膜和渗透汽化膜。本发明具有如下优点：在微乳体系中反应生成中空纳米微球，微球尺寸较为均一。用聚合物微球作为分散相，分散相和基质间的相容性较好。用聚二甲基硅氧烷制备的微球渗透系数高。附图说明图1实施例1中用sylgard184制备的中空纳米微球的透射电镜照片图2实施例3中用中空纳米微球/聚砜共混机制膜的电镜照片具体实施方式实施例1采用道康宁sylgard184硅橡胶套件。水、正己烷溶液与异丙醇按质量比0.1∶0.48∶0.5配置成微乳液；加入sylgard184套件中的组分a(正己烷的10wt％)和组分b(组分a的10wt％)，反应4h后，脱溶剂、助表面活性剂和水，干燥得到中空纳米微球。将微球与一定量的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(pegmea)和一定量的交联剂(单体与交联剂的质量比为10∶1)，及100ppm引发剂(1-羟基环己基苯基酮)混合均匀，脱泡后置于石英玻璃板上，将其暴露在紫外光下一定的时间，交联得到固体膜。分离膜性能如表1所示。与不添加微球时相比，co2渗透速率增大了2-5倍，分离系数则变化不大。表1交联剂co2渗透系数(10-7cm3(stp)·cm·cm-2·s-1·cmhg-1)co2/n2分离系数双季戊四醇三丙烯酸酯5.1234.73双季戊四醇四丙烯酸酯7.5338.79双季戊四醇五丙烯酸酯1.8945.32双季戊四醇六丙烯酸酯9.5635.30实施例2采用迈图rtv615硅橡胶套件。将水、正庚烷溶液与十二烷基硫酸钠、正丁醇配置成微乳液；加入套件中组分a(正庚烷的5wt％)和组分b(组分a的10wt％)，反应2h后，除去表面活性剂、溶剂、助表面活性剂和水，干燥得到微球。将微球分散于乙醇中，在将其置于表面皿中，蒸发除去乙醇，得到聚二甲基硅氧烷中空微球膜。o2渗透系数：9×10-7cm3(stp)·cm·cm-2·s-1·cmhg-1，比聚二甲基硅氧烷致密均质膜提高9倍，o2/n2分离系数3.33，比聚二甲基硅氧烷致密均质膜提高70％。实施例3取一定量的聚二甲基硅氧烷中空纳米微球(实施例1中制备的)掺杂到聚砜中制成分离膜。测试气体分离性能：o2渗透系数：2×10-8cm3(stp)·cm·cm-2·s-1·cmhg-1，比聚砜致密均质膜提高150倍，o2/n2分离系数4.3，比聚砜致密均质膜下降23％。实施例4将一定量的甲种纤维素溶于n-甲基氧化吗啉中，制成12wt％的溶液，再加入一定量的聚二甲基硅氧烷中空纳米微球(实施例2中制备的)，混合均匀后制成膜液。脱泡后，将其涂覆在醋酸纤维素多孔基膜上，进入水中固化成膜，干燥后用于渗透汽化。渗透汽化测试条件：下游侧真空度5mmhg绝对负压，冷井冷凝收集；上游侧操作温度为35℃，进料液为10wt％异丙醇水溶液(2l·min-1)。其性能如表2所示。表2以上实例并不表明本专利的有限的应用范围。任何对该领域熟悉的专业人士都能够非常容易地根据专利所阐述的内容应用于其他任何可能的体系。当前第1页12