梯形苯基倍半硅氧烷共聚物的制备及其在制革废水处理中的应用

摘要

有机硅材料特殊的价键结构使其同时具有有机化合物和无机化合物的特征。硅与碳虽然同属一族，但是有机硅聚合物具有许多不同于碳基聚合物的优异的理化性能，例如耐高低温性、绝缘性、耐氧化性、低表面能等。使其在电子、能源、化工、国防、航天等许多领域具有很高的应用价值。有机硅薄膜是膜科学发展的一个重要方向。 高分子有机硅材料的合成方法非常多，但是经济、安全、高效和反应条件易控制的路线则很少，而高分子有机硅材料本身机械强度较低和硫化过程难控制的缺陷也对高分子有机硅薄膜的制备带来很大的阻力。目前，国内还没有实现高分子有机硅薄膜的工业生产，其制备技术尚有很多的瓶颈难以突破。本论文在考察近年来高分子有机硅材料结构和性能研究的基础上，提出了改善高分子有机硅材料拉伸强度和膜性能以及相应的结构控制方法，主要探讨了：(1)采用硅烷偶联剂在高分子有机硅主链上引入芳香基团对提高材料强度的作用；(2)催化作用及反应方式对有机硅薄膜性能的影响；(3)膜材料制备的低温硫化技术；(4)铸膜液添加剂对膜结构性能的影响。 通过共水缩合制备了具有良好硫化性能的高分子有机硅聚合物聚二甲基硅氧烷—苯基倍半梯形硅氧烷共聚物。决定反应平衡的因素主要有苯基三甲氧基硅烷的醇解、反应温度、反应时间、反应过程pH值、反应物料配比等。试验以分子量30,000以上的目标产物聚二甲基硅氧烷—苯基倍半梯形硅氧烷共聚物的产率为反应基准。通过多次重复试验得出最优的试验条件为：在pH值=8.0，反应温度为70℃的条件下反应6.4小时，其中反应物料质量比PDMS/PTMS=0.45。在此实验条件下可以得到最大产率的聚二甲基硅氧烷—梯形苯基倍半硅氧烷共聚物目标产物。通过紫外光谱、红外光谱、DSC、凝胶渗透色谱和核磁共振谱的分析得到：共水缩合得到的聚二甲基硅氧烷—苯基倍半梯形聚合物分子量分布比较集中。目标产物聚二甲基硅氧烷—苯基倍半梯形硅氧烷共聚物并不是完全由完整的梯形链段所构成，而是基本由近似梯形高聚物混合组成，带有少量的活性基团，具有良好的硫化前景。 利用二丁基二月桂酸锡作为硫化的引发剂对高分子有机硅材料聚二甲基硅氧烷—苯基倍半梯形硅氧烷共聚物进行低温(50～75℃)硫化交联制备高分子有机硅薄膜。聚二甲基硅氧烷—苯基倍半梯形硅氧烷共聚物的硫化性能非常好、硫化速度快、成品膜材料强度好、形态分布均匀。利用拉伸试验机测量其拉伸性能后得到高分子有机硅薄膜的拉伸强度最高达43MPa，弹性应变十分大，最大达到159.61％，具有良好的应用性能。利用扫描电镜对膜表面及截面的微观观察，可以看到薄膜的表面性能良好：薄膜的表面平整，基本没有瑕疵。薄膜的孔径分布比较均匀，孔径在10～50nm之间，具有良好的分子筛分截留作用。孔隙率达到24.32％。薄膜的化学性能稳定，耐化学腐蚀，适应pH范围十分广。 利用自制的以低温硫化聚二甲基硅氧烷—苯基倍半梯形硅氧烷共聚物为膜材料的高分子有机硅薄膜对皮革废水在室温(24℃)下进行超滤分离试验，以废水中总铬含量为标准进行薄膜的分离性能测定。经分离，得到最大的铬含量下降量达到61.3％，最小铬含量下降量也达到了48.3％，平均分离效率达到50％以上。这证明高分子有机硅薄膜在水处理技术中有良好的发展前景。特别是低能耗，高效和高选择性的超滤膜分离技术更加代表了高分子有机硅薄膜的优良分离性能。

目录

文摘

英文文摘

1研究背景及文献综述

2实验理论基础及反应机理

3膜材料的合成及表征

4高分子有机硅薄膜的制备与检测

5高分子有机硅薄膜的应用

6结论与创新点

参考文献

致谢

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