偏氯乙烯共聚物合成及多孔碳制备的研究

摘要

偏氯乙烯类（VDC）聚合物具有耐化学腐蚀、透明、阻隔性好等优点，工业上生产VDC类聚合物的反应机理均为传统的自由基聚合。传统自由基聚合具有“引发速率慢、增长速率快、容易发生链终止和链转移”的特点，导致合成的聚合物结构规整性差，分子链上异常结构多，分子量分布宽。VDC单体具有较高的链转移常数，目前的活性自由基聚合方法中仅有可逆加成-断裂转移聚合法（RAFT）适应VDC单体的活性聚合，而RAFT试剂本身性质限制了RAFT法的使用。
　　本文利用单电子转移活性自由基（SET-LRP）聚合法实现了VDC共聚物的活性自由基聚合。采用三碘甲烷（CHI3）为引发剂，连二亚硫酸钠/碳酸氢钠(Na2S2O4/NaHCO3)为催化剂体系，羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素为分散剂制备偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(VDC-MA)共聚物。考察反应时间、反应温度、引发剂用量、催化剂用量对聚合反应的影响。结果表明，随着反应时间的增加，聚合转化率随之增加，反应到后期转化率增加变缓，ln([M]0/[M]t)与反应时间呈一级线性关系；随着反应时间的增加，转化率和分子量增加，分子量分布变窄，反应具有活性聚合的一般特征。适宜的聚合条件为反应物配比为n(VDC):n(MA):n(Na2S2O4):n(NaHCO3)=400:50:6.14:18，反应温度45℃，反应时间18h,引发剂CHI3与VDC单体质量比值为0.005:1，羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素作为复合分散剂。使用红外光谱（FTIR）和核磁共振（1H-NMR）测定VDC-MA共聚物的结构，探讨了聚合反应的机理。推测机理表明该聚合方法符合单电子转移活性自由基聚合特征。
　　对制备的VDC-MA共聚物直接炭化制备多孔碳。通过共聚物热失重特性分析得出：共聚物中 MA的增加，炭化后剩余重量率下降，说明 MA的引入可能会改变孔结构；对炭化物进行了XRD、孔结构和比表面积、表观形貌、TEM等分析得出：不同组成比例的VDC-MA共聚物基炭化物的吸脱附等温曲线属于IV型等温线；VDC-MA20共聚物基炭化物的比表面积达到968 m2·g-1，中孔率达到45.6%；VDC共聚物中MA分解可形成的中孔甚至大孔结构。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 活性自由基聚合研究现状

1.3 单电子转移活性自由基(SET-LRP)聚合

1.4 VDC类共聚物的合成

1.5 VDC类共聚物基多孔碳的研究现状

1.6 课题研究目的及内容

第二章 实验部分

2.1 原料与试剂

2.2 设备与仪器

2.3 实验方法

2.4 产率以及聚合速率的计算

2.5 聚合物的表征

第三章VDC-MA共聚物的SET-LRP聚合

3.1 引言

3.2 VDC单体制备的条件优化

3.3 聚合反应工艺条件的确定

3.4 产物结构的测定分析

3.5 聚合反应机理的探索

3.6 小结

第四章VDC-MA共聚物基多孔碳的制备与表征

4.1 引言

4.2 VDC-MA共聚物的合成

4.3 VDC-MA共聚物的热性能测试

4.4 VDC-MA共聚物基炭化物的XRD分析

4.5不同MA含量对VDC共聚物基炭化物的影响

4.6 炭化温度对VDC-MA共聚物基炭化物的影响

4.7 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

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