功能高分子膜材料应用进展

功能高分子薄膜材料的应用进展张帅(陕西Xi Xi交通大学化学工程与技术学院，陕西710049)摘要：本文主要综述了四种功能高分子膜材料，根据其主要功能分为化学功能膜材料、物理功能膜材料、物理化学过渡膜材料和生理功能膜材料。简要介绍了四种功能高分子膜材料。通过它的简单应用，我们可以对膜材料在我国各行业的应用有一个大致的了解。一些膜材料具有很高的应用价值，值得深入研究。认为我国应大力发展高性能、低成本的新型绿色环保功能高分子薄膜材料和绿色加工方法是未来研究的主要方向。关键词：功能高分子膜材料进展功能高分子膜材料应用进展ZAHNG Shuai(西安交通大学化学工程与技术学院，Xi安710049)本文主要总结了四种功能高分子膜材料，根据它们的主要功能将它们分为化学功能膜材料、物理功能膜材料、物理化学过渡膜材料、生理功能膜材料。4种功能高分子膜材料进行了简单介绍。通过简单的应用，概述了我国膜材料行业，其中一些膜材料的应用具有很高的应用价值，值得进一步研究。认为我国应大力研究向高性能、低成本方向发展，开发新型绿色功能高分子薄膜材料、环保和绿色加工方法是未来研究的主要方向。功能高分子膜材料的概念类似于功能高分子。功能高分子是指具有特定功能的高分子材料。它们具有特定的功能，因为它们在大分子链中结合特定的官能团，或者大分子与其他具有特定功能的材料复合，或者两者都有。例如，吸水树脂由水溶性聚合物通过适当的交联制成。当它遇到水时，它将水密封在聚合物网络中，吸水后变成透明凝胶，从而产生吸水和保水功能。聚合物是一类基于合成或天然聚合物的原始机械性能制备的聚合物，具有各种特定功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理学性质、选择性分类性质等)。)而不是传统的使用属性。同样，一系列膜由具有特定功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择性分类性能等)的膜材料制成。)统称为功能膜材料。从功能上来说，功能高分子膜材料可以大致分为四种类型：第一类是化学功能，包括离子交换、催化、光聚合、光解、光降解等。第二类是物理功能，包括传导、热电、压电、超导、磁化、光弹性等。第三类是介于化学和物理之间的功能，包括吸附、膜分离、超吸收剂、表面活性等。第四类是生理功能，包括生理组织适应性、血液适应性等。以下是这些类型的膜材料的应用研究进展的概述。1化学功能膜材料1.1离子交换膜离子交换膜是一种膜状离子交换树脂，包括聚合物骨架、固定基团和固定基团上的可移动离子。根据电荷的不同，可分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。阳离子交换膜可以选择性地传递阳离子，阻断阴离子的传递；阴离子交换膜可以选择性地渗透阴离子以阻止阳离子的渗透。关于离子交换膜过程的最早研究报告始于1890年，当时奥斯特瓦尔德研究了半透膜的性能：如果这种半透膜能阻碍阴离子或阳离子的通过，那么它就能阻碍由这种阴离子或阳离子组成的电解质的通过。为了解释这一现象，他提出在膜和膜周围的电解质溶液之间有一个界面。界面的“膜电位”导致膜体和溶液体之间离子浓度的差异。1911年，唐南证实了这种界面的存在，并建立了描述这种现象的数学公式，这导致了后来的“唐南平衡”1。目前，利用盐度差发电的主要技术有两种：压力延迟渗透和反向电渗析。每种方法都有各自的优点和应用领域。PR O工艺适用于回收盐水和较高浓度淡水之间的盐差能，而RED工艺利用离子交换膜的选择性渗透，直接将与不同浓度盐溶液混合的化学能转化为电能。与通过水轮机将不同浓度水产生的渗透压差转化为电能的pro相比，RED工艺更适合河口低盐度差发电，具有能量密度高、膜污染程度低的优点。世界上第一个全规模的红色发电试点工厂已经在意大利西西里岛的西海岸投入运行，显示了技术的巨大发展潜力2。1.2催化膜具有催化作用的膜也得到广泛应用，特别是在工业生产中。采用乳液法制备纳米氧化锰。通过将氧化锰负载在微孔管状钛膜上制备了氧化锰负载钛基电催化膜。氧化锰的晶体结构、氧化锰/钛催化膜的电化学性能及苯甲醇催化氧化的变化规律。结果表明，随着煅烧温度的升高，MnOx的晶型由最初的二水锰矿-二氧化锰逐渐转变为k0.27二氧化锰，然后由Mn3O4转变为-二氧化锰。在得到的MnOx/Ti膜中，-MnO2晶粒尺寸小于30 nm，结晶度较高，颗粒分布均匀。同时，由于它含有不饱和配位锰原子和氧空位，并与基体钛有键合作用，显示出优异的电化学性能和催化性能3。1.3光聚合膜近年来，光聚合技术发展迅速，成为生活和生产中不可缺少的一部分。光聚合技术因其经济、环保、高效等特点，被广泛应用于涂料、粘合剂、油墨、牙齿修复、三维精密加工、三维印刷等传统行业和新兴领域。通过光聚合技术简单而快速地制备了图案化的聚合物基底，并且获得了分辨率高达微米级4的图案化的MOF膜。2物理功能薄膜材料2.1导电膜导电膜是一种具有导电功能的薄膜。导电膜的带电载流子在传输过程中被表面和界面散射。当膜的厚度与电子的自由程相当时，对表面和界面的影响将变得显著。这种现象被称为胶片的尺寸效应。这相当于减少了载流子的自由程，因此薄膜的电导率小于相同材料的电导率。以乙二醇为还原剂和溶剂，采用水热法制备了银纳米线。所获得的银纳米线用无水乙醇制备成1.0毫克/毫升的分散体，以1 000转/分钟的速度旋涂以制备薄膜，然后以4 000转/分钟的速度用21毫克/毫升的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 1-甲基-2-吡咯烷酮溶液旋涂以制备具有良好粘附性能、透明率92.90%和12 (/) 5的方块电阻的透明膜。2.2压电薄膜压电薄膜是一种柔软、轻质、高韧性的塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状和厚度的元件。结合微电子技术，可制成多功能传感元件。压电传感器以其独特的性能在减振降噪、健康监测、形状自适应控制、损伤监测等方面发挥着重要作用6。在潘道生用热拉伸法制备了交联聚丙烯(XPP)压电驻极体薄膜。用扫描电镜观察了薄膜的微观结构。用准静态法测量了不同拉伸比下功能膜的压电常数d33，分析了材料结构对d33的影响。结果表明，获得压电效应的样品拉伸比阈值为70%，随着拉伸比的增加，样品的d33逐渐增大。当拉伸比为150%时，d33达到35 PC/n。对于所有经过热拉伸处理的样品，d33在30千帕的压力范围内具有良好的线性。样品的表面结构也会影响其压电效应。选择粗糙表面进行电晕充电更容易提高XPP膜的电极效率，获得更高的压电系数7。2.3超导薄膜超导薄膜和超导材料一样，是在某些低温条件下表现出零电阻和磁力线排斥特性的材料。已经发现28种元素和数以千计的合金和化合物可以成为超导体。超导材料的基本物理参数是临界温度(Tc)、临界磁场(Hc)和临界电流(ic)。通过溶液法制备镁(BH4)2前驱体，然后将厚的镁(BH4)2乙醚溶胶(Mg2 Et2O)涂覆在基底上，制备硼化镁厚膜。这种方法也可以称为溶胶-凝胶法制备硼化镁。用该方法制备了10微米厚度、37 K转变温度的硼化镁超导厚膜。该方法设备简单，制膜温度低，原料廉价，无毒无污染，8。3物理化学过渡膜3.1吸附膜吸附膜位于气液边界曲线、液液边界曲线、固液边界曲线和固气边界曲线上。由于主体相中的组分不吸附而形成的膜称为吸附膜。膜的研究有助于理解吸附的本质、吸附分子在界面的状态以及吸附分子之间的相互作用。吸附膜的形成对界面性质的改变具有重要意义，在乳液和泡沫的稳定、润湿、摩擦和润滑方面具有实际应用。聚偏氟乙烯中空纤维吸附膜的研究较少，通过改性聚偏氟乙烯制备吸附膜去除废水中的重金属离子将成为未来研究的热点。林立刚综述了聚偏氟乙烯中空纤维吸附膜的材料选择、制备和改性方法，并讨论了影响吸附性能的因素和重金属离子在废水9中的吸附状况。3.2超吸收膜何谦以丙烯酸接枝玉米淀粉(CS)(AAGS)为原料，自制不饱和聚酯酰胺脲树脂(UPU)为交联剂。采用高效紫外光固化法制备了高吸水性和可降解性的功能膜。成膜过程中没有加入光引发剂。利用红外光谱和ESEM对功能薄膜的化学结构和微观形貌进行了表征。研究了甲基丙烯酸(AA):甲基丙烯酸(CS)、甲基丙烯酸在壳聚糖上的接枝时间、硝酸铈铵用量、甲基丙烯酸中和度和甲基丙烯酸(AAGS):甲基丙烯酸(UPU)对功能膜吸水性能的影响，以及功能膜在室温下不同溶液中的降解性能。结果表明，在接枝反应时间为3h，w (can)=0.1%(以丙烯酸质量计)，m(丙烯酸):m (cs)=6，丙烯酸中和度为90%，m (AAGS): m (PUP)=200的条件下制备的功能膜在蒸馏水浸泡7天后，20min内吸水率为456g/g/g，失重率为85.25% 10。王世美将醋酸纤维素制成胶囊膜，将高吸水性树脂密封于胶囊中，制成高吸水性醋酸纤维素胶囊膜，可用于浓缩脲酶或水中悬浮颗粒11。4生理学血液透析(HEMO DIA) YSIS (HD)是一种用半透膜分离血液和透析液，通过物质交换去除代谢废物和积聚液体，从而维持体液和酸碱平衡的重要治疗方法。不断改进和完善透析膜，使其在结构和功能上更接近生理肾脏，已成为血液净化领域的一个重要研究方向。过去，大量的研究集中在改善透析膜的生物相容性、血液相容性和选择性透过性上。清除率和超滤系数是评价透析器性能的两个主要参数，也是评价透析器膜质量的关键指标。常见的合成膜材料包括聚砜、聚醚砜膜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙烯醇等。目前，70%的透析膜材料由聚苯乙烯和聚醚砜组成。聚苯乙烯和聚醚砜膜材料是具有相似性质的不对称结构，属于强疏水性材料。因此，在用作透析膜之前，通常引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)使其亲水化。聚醚砜膜材料不含双酚a，其结构不含脂肪族成分。与聚苯乙烯膜材料相比，聚醚砜膜材料具有更强的耐热性、亲水性、耐压性和耐腐蚀性，与强氧化剂接触时不产生甲基自由基。聚甲基丙烯酸甲酯膜是一种与聚苯乙烯结构相反的对称膜材料。研究证明，其吸附能力能有效降低循环中2-微球的蛋白含量。此外，它可以去除更广泛的溶质，如轻链大分子12比聚苯乙烯膜。5总结与展望本文简要介绍了四种功能高分子膜材料。通过它的简单应用，我们可以大致了解膜材料在我国各行业中的应用。一些膜材料具有很高的应用价值，值得深入研究。例如，医用透析膜是一种高附加值、高利用率的膜材料。随着城市化的不断推进，城市排水是一个值得关注的方面。随着雨水的增加，道路的吸水功能与建筑材料密切相关。如果在城市建设中使用高吸水性膜材料，将大大解决城市雨水泛滥的问题。参考1葛千千，离子交换膜的发展趋势和应用前景。化学进展，2016，35(6)；1774-17852邓慧宁、何.反向电渗析盐差能离子交换膜的研究进展。化学进展，2017，36(1)；224-2313田，等.纳米氧化锰负载钛基电催