聚丙烯腈基碳微球制備研究.pdf

1、碳微球由于具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，如優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、較高的比表面積和堆積密度等，是具有良好應(yīng)用前景的新興碳材料之一?；瘜W(xué)氣相沉積法、模板法、溶劑熱法和熱解聚合物等方法均可制備得到各種結(jié)構(gòu)的碳微球。在這些碳微球的制備方法中，熱解聚合物法具有原料易得、條件和產(chǎn)物可控性好的優(yōu)勢(shì)，有望在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中得以應(yīng)用。
　　熱解法制備PAN基碳微球包括兩個(gè)步驟：一是PAN基納米微球前驅(qū)體材料的制備；二是前驅(qū)體

2、材料的預(yù)氧化碳化處理。最終產(chǎn)物碳微球的尺寸、形貌以及結(jié)構(gòu)與前驅(qū)體PAN微球的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因而，前驅(qū)體PAN微球的可控制備是實(shí)現(xiàn)碳微球可控制備的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)PAN基碳微球的大規(guī)模生產(chǎn)，我們采用乳液聚合方法來(lái)制備PAN基微球前驅(qū)體。本文以丙烯腈（AN）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）為原料，首先采用改進(jìn)的（種子）乳液聚合法制備了各種PAN基復(fù)合納米微球前驅(qū)體，然后經(jīng)預(yù)氧化碳化處理制備實(shí)心或空心的碳微球。
　　在第二章中，我們

3、研究了反應(yīng)時(shí)間、引發(fā)劑種類(lèi)、交聯(lián)劑種類(lèi)和表面活性劑補(bǔ)加量等因素對(duì)AN乳液聚合的影響規(guī)律，以及交聯(lián)劑的加入量和殼層單體的用量對(duì)種子乳液聚合法制備PAN/交聯(lián)PMMA復(fù)合乳膠的影響。結(jié)果表明，采用AIBN引發(fā)劑和DVB交聯(lián)劑有利于制備出粒徑較小且均一的PAN微球。在AN單體用量較高時(shí)，補(bǔ)加SDS可使制備的PAN乳液粒徑變小。殼層單體用量越大，PAN/PMMA復(fù)合微球的核殼結(jié)構(gòu)越明顯。DVB交聯(lián)劑的引入會(huì)使PAN/交聯(lián)PMMA復(fù)合乳膠得率下降

4、。
　　在第三章中，我們研究了反應(yīng)溫度、殼層單體加入量、補(bǔ)加SDS用量和引入共聚單體等因素對(duì)種子乳液聚合法制備PMMA/PAN復(fù)合乳膠的影響。結(jié)果表明，采用種子乳液聚合制備 PMMA/PAN復(fù)合乳膠時(shí)，反應(yīng)溫度宜控制在61℃-65℃范圍內(nèi)。隨著反應(yīng)溫度的升高， PMMA/PAN復(fù)合乳膠粒的粒徑和分布有所變大。隨著單體AN用量的增加，PMMA/PAN復(fù)合乳膠粒的尺寸也相應(yīng)變大。電鏡分析表明PMMA/PAN復(fù)合乳膠粒均為外輪廓不規(guī)則的

5、顆粒，具有明顯的核-殼結(jié)構(gòu)。
　　在第四章中，我們對(duì)PAN基復(fù)合微球的預(yù)氧化和碳化工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，經(jīng)250℃預(yù)氧化處理后，PAN/交聯(lián)PMMA復(fù)合微球并未燒結(jié)。就所得微球的分散性而言，預(yù)氧化處理的最佳溫度為250℃。一次碳化處理的最佳溫度為600℃。二次碳化工藝要優(yōu)于一次碳化工藝。碳化溫度越高，所得碳微球的C含量也越高。對(duì)于PAN/交聯(lián)PMMA復(fù)合微球來(lái)說(shuō)，當(dāng)核殼質(zhì)量達(dá)到1:2時(shí)，其殼層可在預(yù)氧化碳化處理中對(duì)PAN微球提