基于超临界流体法的聚合物多孔材料制备

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聚合物多孔材料集成了多孔材料和聚合物的优点及性能,如较高的比表面积、易加工成型、合成方式多样等,一直是研究者关注的焦点。传统的聚合物多孔材料制备方法在制备过程中使用了大量的有机溶剂,对环境造成严重污染。超临界流体以其优良的性质,可作为替代溶剂应用于聚合物的合成与处理领域。  本论文中我们利用超临界流体选择性溶胀以及与超交联结合的方法成功制备了聚合物多孔膜以及多级孔膜,主要研究内容和结果如下:  在聚苯乙烯溶液中加入非离子型表面活性剂浇铸成膜,用超临界二氧化碳膨胀甲醇流体处理得到多孔结构。该方法借鉴了超临界流体选择性溶胀嵌段聚合物的原理,通过在聚合物中引入表面活性剂以及改变超临界流体的组成,使超临界流体对聚合物共混体系产生溶解度差异,实现选择性溶胀。系统研究了温度、压力和表面活性剂添加量及种类等条件对形貌的影响,研究发现:聚苯乙烯的孔径随温度和压力的变化不明显,孔密度随温度或压力的升高先增大后减小;孔密度随添加剂含量增加先增大后减小,添加量为3.0wt%时孔密度较大;不同的表面活性剂对孔形貌影响较大,亲水亲油平衡值高的表面活性剂得到的是微米级孔结构,而亲水亲油平衡值低的表面活性剂得到纳米级孔结构。我们提出了以表面活性剂为模板的超临界流体选择性溶胀成孔机理,并将此方法拓展到多孔聚乳酸薄膜的制备。  以超临界二氧化碳膨胀甲醇流体处理得到的多孔聚苯乙烯膜和二甲氧基甲烷为原料,通过傅-克烷基化反应成功合成了超交联多级孔聚合物。用FT-IR和13C CP/MAS NMR谱图表征了其化学结构。用高分辨透射电镜、N2吸附-脱附等表征了其形貌和微孔特征,BET比表面最高可达244.5m2/g。超交联后的聚苯乙烯膜热稳定性显著提高,比表面在200℃加热半小时后无明显变化。
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