聚苯乙烯基和聚三聚氰胺甲醛基多孔材料的HIPE模板法制備及其性能研究.pdf

1、采用高內(nèi)相乳液(HIPE)模板法，可制備具有清晰多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積的聚合物多孔材料，該法制備的聚合物多孔材料被稱為polyHIPE。此類多孔材料可應(yīng)用于吸附分離、生物醫(yī)藥、催化劑負(fù)載以及無機(jī)多孔材料的制備等諸多領(lǐng)域。然而，采用此種方法制備聚合物多孔材料也存在以下缺點:所得多孔材料力學(xué)性能較差;難以用來制備聚三聚氰胺甲醛類多孔材料。此外，超疏水多孔材料能夠選擇性吸附油/有機(jī)溶劑，可以作為石油泄露事故中去除油污較為理想的吸附劑。然而，目前

2、超疏水多孔材料的制備方法大多存在制備過程較為復(fù)雜、成本較高和不環(huán)保等問題。
　　為了解決這些問題，本論文首先結(jié)合RAFT聚合與固體顆粒穩(wěn)定HIPE模板，以期獲得具有較高力學(xué)性能的聚苯乙烯基多孔材料。其次結(jié)合RAFT聚合與超分子相互作用，在保證高孔隙率下制備具有較高力學(xué)性能的聚苯乙烯基多孔材料。然后，將固體顆粒穩(wěn)定HIPE模板法引入聚三聚氰胺甲醛基多孔材料的制備。另一方面，采用一步法制備三聚氰胺基超疏水多孔材料并研究其在油水分離中的

3、應(yīng)用。具體的研究結(jié)果簡述如下。
　　(1)在不同種類引發(fā)劑和不同乳化劑含量條件下RAFT聚合制備了兩個系列共九個聚苯乙烯基多孔材料(PS-polyHIPE)樣品，利用SEM、壓汞儀和萬能材料試驗機(jī)對樣品進(jìn)行了表征。發(fā)現(xiàn)引發(fā)劑種類和乳化劑含量對所得PS-polyHIPE的微觀形貌和力學(xué)性能有顯著影響。當(dāng)引發(fā)劑為V-20且乳化劑含量為8vol％時，得到的PS-polyHIPE具有最高的楊氏模量和屈服強(qiáng)度?；诖耍覀兲岢隽艘l(fā)劑種類和

4、乳化劑含量影響PS-polyHIPE力學(xué)性能的可能機(jī)理。
　　(2)通過RAFT聚合制備了四氫鍵基團(tuán)(UPy)含量分別為0、0.04、0.10和0.16mmol/g的PS-polyHIPE，通過紅外光譜儀、元素分析儀、SEM、壓汞儀以及萬能材料試驗機(jī)對其進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)UPy基團(tuán)的含量為0.16mmol/g時，所得PS-polyHIPE具有最高的楊氏模量達(dá)，較不合UPy基團(tuán)時提高50％，同時其孔隙率高達(dá)91.88％。這說明

5、PS-polyHIPE力學(xué)性能的提高并未以犧牲孔隙率為代價。基于此，我們提出了四氫鍵增強(qiáng)PS-polyHIPE力學(xué)性能的可能機(jī)理。
　　(3)將RAFT聚合引入納米SiO2穩(wěn)定的HIPE模板法中，制備了九個PS-polyHIPE樣品，利用SEM、壓汞儀和萬能材料試驗機(jī)對樣品進(jìn)行了表征，研究了Span80含量、疏水氣相納米二氧化硅(NFS)含量和RAFT試劑含量對PS-polyHIPE形貌、孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)Span80、

6、二氧化硅納米顆?；騌AFT試劑的含量，均可影響材料的力學(xué)性能。當(dāng)Span80含量為5vol％、二氧化硅納米顆粒含量3wt％且RAFT試劑與引發(fā)劑的摩爾比為1∶1時，聚苯乙烯多孔材料具有最高的楊氏模量和較好的韌性。
　　(4)使用木質(zhì)素顆粒穩(wěn)定水包油HIPE，通過加熱聚合HIPE制備了不同木質(zhì)素含量和不同內(nèi)相含量兩個體系共七個聚三聚氰胺甲醛基多孔材料(PMF-polyHIPE)樣品。利用SEM、壓汞儀、萬能材料試驗機(jī)對樣品進(jìn)行了表征

7、。研究發(fā)現(xiàn)，在極低的木質(zhì)素含量（0.05wt％）條件下，可獲得具有開孔結(jié)構(gòu)的多孔材料;當(dāng)木質(zhì)素的含量為0.09wt％時，調(diào)節(jié)內(nèi)相含量大于80％，也可獲得具有開孔結(jié)構(gòu)的聚三聚氰胺甲醛多孔材料?；诖?，提出了低木質(zhì)素含量下形成連接孔的初步規(guī)律。
　　(5)以三聚氰胺基多孔材料（MF多孔材料）為基體，在不同反應(yīng)溫度和不同鹽酸多巴胺濃度下采用一步法制備兩個系列七個聚多巴胺包覆并有烷基硫醇修飾的三聚氰胺基超疏水多孔材料(sMS)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽酸