[发明专利]一种硅橡胶复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硅橡胶复合膜及其制备方法和应用。通过预处理在支撑基膜表面引入羟基、羧基等含氧基团，进而接枝硅烷偶联剂；然后在表面改性的支撑基膜上涂覆硅橡胶并使之交联制备复合膜。由于水解、自缩聚后的硅烷偶联剂中间层含有硅元素，不仅可实现硅橡胶涂层的超薄化和无缺陷，还能使硅橡胶功能层与支撑基膜之间的结合更牢固。制取的超薄、无缺陷硅橡胶复合膜可用于富氧、有机蒸汽回收以及渗透汽化等过程。

技术领域

本发明涉及一种超薄、无缺陷硅橡胶复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

硅橡胶由于其主链上的硅氧键极易内旋转，分子量非常柔顺，因此具有大的自由体积，透气性能很好，且对挥发性有机物有较高的选择透过性，是目前非常重要的分离膜材料之一，其中最常见的硅橡胶膜分离材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。到目前为止，国内外很多学者和公司都已经成功把它制成富氧膜、有机蒸汽膜和渗透汽化膜，用于空气富氧、有机挥发性气体的回收以及有机混合物的分离等。例如，刘桂香等人制备了PDMS/聚砜复合膜，用于氧气/氮气的分离研究(膜分离与技术,1991,11:63-71)；J.M.Lee等人制备了聚二甲基硅氧烷膜用于有机挥发化合物和氮气的分离(Journal of Membrane Science,2002,198:129-143)；A.Dobrak等人制备了硅沸石填充的PDMS/PI复合膜用于乙醇水溶液的渗透汽化试验(Journal of Colloid Interface Science,2010,346:254-264)。

不过由于硅橡胶材料高分子链间的凝聚能密度较小，在支撑基膜上的超薄化较为困难。此外，硅橡胶材料的表面能低，与其他有机或无机材料的结合性能一般，在制备超薄功能性复合膜过程中容易产生缺陷，使膜分离性能下降。目前，人们主要通过对PDMS的侧链改性和主链改性进行研究，例如申请人之前的工作(CN 102827371 B，一种功能性聚硅氧烷及其制备和在气体分离膜中的应用)。

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX₃表示。式中，Y为非水解基团，X为可水解基团，可以用于材料表面的改性处理。通过使用硅烷偶联剂，可架起“分子桥”，把两种性质悬殊的材料连接在一起提高复合材料的性能，并起到增加粘接强度的作用。通过化学反应，可使硅烷偶联剂以共价键方式接枝到材料表面。此外，由于硅烷偶联剂中含有硅元素，与硅橡胶材料存在“相似相容”作用。在硅烷偶联剂改性过的支持基膜表面涂覆硅橡胶材料，不仅可实现硅橡胶功能涂层的超薄化和无缺陷，含硅中间层的存在还能使硅橡胶功能层与支撑基膜之间的结合更牢固，最终改善硅橡胶复合膜的整体性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种硅橡胶复合膜及其制备方法和应用，其中，制备方法为通过预处理在支撑基膜表面引入羟基、羧基等含氧基团，接枝硅烷偶联剂，将硅橡胶、交联剂和催化剂溶于溶剂形成涂层液，涂覆在表面改性后的支撑基膜表面，待溶剂挥发后，热处理使其交联固化成膜制得复合膜，在制备过程中由于水解、自缩聚后的硅烷偶联剂中间层含有硅元素，不仅可实现硅橡胶涂层的超薄化(厚度为0.2-2微米)和无缺陷，还能使硅橡胶功能层与支撑基膜之间的结合更牢固，制取的超薄、无缺陷硅橡胶复合膜可用于富氧、有机蒸汽回收以及渗透汽化等过程。

本发明提供一种硅橡胶复合膜，首先将支撑基膜表面接枝硅烷偶联剂进行表面改性，表面改性的支撑基膜上交联硅橡胶层得到硅橡胶复合膜。

支撑基膜为有机膜或无机膜；硅烷偶联剂为一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，硅烷偶联剂的非水解基团含有碳碳双键；包括KH550、KH560、KH570、KH792、KH151；硅橡胶层包括在硅原子上有活性基团的功能性聚硅氧烷，所述活性基团为烯烃双键。

所述有机膜包括聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚醚酰亚胺，聚丙烯腈，所述无机膜包括陶瓷、沸石。

本发明所使用的支撑基膜为本技术领域常规使用的支撑基膜，可以通过溶剂相转化法制备得到。