多孔材料制备及其受限空间内DCPD-St的聚合反应研究

摘要

近年来，合成结构和性能可控的多孔材料及在其孔道内部进行聚合反应研究备受关注。本文通过调整乙醇含量和内相比制备了多孔聚合物块体（PolyHIPEs），研究了双环戊二烯/苯乙烯（DCPD/St，DS）在其孔道内的聚合反应，并研究了DS对环氧树脂/SBA-15复合材料的制备及性能影响。采用红外光谱（FTIR）、压汞实验、热重分析（TGA）、差示扫描量热分析（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对样品进行了表征测试。具体研究内容和结果如下：
　　（1）采用高内相比乳液法（HIPEs）得到了多孔聚合物聚（苯乙烯-二乙烯基苯）。通过改变致孔剂乙醇用量调控PolyHIPEs的孔道结构，发现随着乙醇含量的增加，难于形成稳定的HIPEs，同时PolyHIPEs的密度、吸附/释放性、溶胀率、压缩强度及模量等性能降低。PolyHIPEs经蒸馏水-乙醇相继抽提后得到一种憎水吸油的多孔树脂材料。
　　（2）采用HIPEs法，在制备过程中通过改变内相比对PolyHIPEs的孔道结构进行调控。压汞实验数据证表明：随着内相比的增加，多孔块体 PolyHIPEs的孔隙率和进汞体积增加，而中值孔径变小。接触角和吸附实验结果表明，未经四氢呋喃抽提前 PolyHIPEs具有良好吸水吸油性，抽提后对油性单体吸附量达20 g/g，对水表面接触角为8°，得到一种憎水吸油树脂。
　　（3）通过改变DCPD与St的配比和催化剂用量，研究了DCPD与St进行共聚合反应的凝胶时间和所得聚合物的性能，确定了有利于DS在受限空间内进行聚合反应的条件：当DCPD/St=9：1，催化剂为浓度1 mg/ml的Grubbs的二氯甲烷溶液，按与DS单体体积比1:1用量添加。
　　（4）选用不同乙醇用量调控得到的 PolyHIPEs系列，通过吸附作用使 DS单体进入PolyHIPEs的孔道内并发生聚合。表征测试发现：PolyHIPEs对DS的饱和吸附量达3.0～11.8 g/g；与常规聚合得到的聚合物（PDS-con）相比，在PolyHIPEs块体孔道受限空间内聚合得到的聚合物 PDS分子量及其分子量分布指数变大、玻璃化转变温度（Tg）升高；而随着PolyHIPEs孔道孔径增大，空间限制作用减弱，得到性能趋同于PDS-con的聚合物。
　　（5）通过共混法研究了DS对环氧树脂（EP）/SBA-15复合材料的制备及其性能的影响。结果发现：SBA-15饱和吸附DS单体的量为9.5 g/g。与纯PE相比，掺入含2 wt.％SBA-15的复合材料的热稳定性、Tg和力学性能有所增强；但是介孔材料中吸附DS或含PDS的复合材料力学性能减低。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 多孔材料

1.3 DCPD的聚合反应及其自修复研究

1.4 受限空间内的聚合反应研究

1.5 本文的研究目的意义和主要内容

第2章 乙醇含量对PolyHIPEs的制备及其性能的影响

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 内相比对PolyHIPEs的制备及其性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 双环戊二烯/苯乙烯共聚反应研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 不同乙醇用量PolyHIPEs孔道内DCPD/St的聚合反应

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 DCPD对环氧树脂/介孔SBA-15复合材料性能影响

6.1 前言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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