超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸酯类聚合物的合成、性能及其应用研究

摘要

超支化聚乙烯具有独特的支化结构和性能。但是超支化聚乙烯缺乏极性功能团，使得其应用范围受到限制。采用接枝聚合的方法，将极性功能团引入到超支化聚乙烯中，能够进一步扩展其应用范围。因此，本文采用配位聚合与原子转移自由基聚合相结合的方法，制备了一系列超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸酯类聚合物。分别研究了其在自组装纳米材料、抗迁移燃速催化剂和碳纳米管分散剂中的应用。
　　1、合成了超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯(HBPE-g-PFcEMA)，并对其结构进行了表征。随后，分别研究了不同浓度的HBPE-g-PFcEMA在THF/正己烷混合溶剂以及正己烷中的自组装行为。结果表明:溶剂的性质对HBPE-g-PFcEMA自组装的性能影响较大。在THF/正己烷混合溶剂中，HBPE-g-PFcEMA在低浓度时可以自组装成具有一定形貌的胶束。但是，在较高浓度时，得不到形貌规整的胶束。而在正己烷中，通过调控HBPE-g-PFcEMA的浓度(0.1-10.0 mg/mL)，我们可以得到具有不同纳米结构（单分子胶束、片层状胶束、中空微球和多孔状微球）的自组装体。
　　2、合成了HBPE-g-PFcEMA，并将其用作固体推进剂燃速催化剂。研究发现，HBPE-g-PFcEMA在210℃以下，具有良好的热稳定性。而且，HBPE-g-PFcEMA具有优异的电化学性能。TGA结果表明:HBPE-g-PFcEMA能够有效地加速AP的高温热分解，并使AP完全热分解和最大失重温度分别降低78℃和80℃。此外，抗迁移实验结果表明:HBPE-g-PFcEMA是一种有效的抗迁移燃速催化剂。
　　3、合成了HBPE-g-PFcEMA，并将其用于非共价键法分散MWCNTs。通过TGA、UV-vis、TEM和SEM技术分别研究了HBPE-g-PFcEMA对MWCNTs的分散性能。结果表明:MWCNTs能够有效地被HBPE-g-PFcEMA分散，且最大的分散浓度为C=150.4 mg/L。UV-vis结果表明:HBPE-g-PFcEMA和MWCNTs之间存在着π-π堆积相互作用。随后，我们制备了HBPE-g-PFcEMA/MWCNTs/PET复合导电膜，并通过四探针法测定其电导率为0.0943 S·cm-1。研究表明，该复合导电膜在电子器件中有着潜在的应用前景。
　　4、合成了超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯（HBPE-g-PtBMA），对其结构进行了表征，并研究了其在氯仿中对MWCNTs的分散性能。不同的HBPE-g-PtBMA/MWCNTs质量比对MWCNTs在氯仿中的分散浓度有着较大的影响，且在质量比为2.0时的分散液具有最高的分散浓度(455 mg/L)。TEM和SEM结果均表明:HBPE-g-PtBMA可以有效地将MWCNTs分散成单根碳纳米管。我们采用旋涂法制备了HBPE-g-PtBMA/MWCNTs/PET复合导电膜。研究表明:该复合膜具有均匀的MWCNTs连接网络和良好的电导率（13.14 S·cm-1）。此外，该复合导电膜在受到外力弯曲(150°)时，仍具有较好的导电性。而且，该复合导电膜经过1000次弯曲-释放循环后，电阻仅增加了约30％。
　　5、合成了超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸(HBPE-g-PMAA)，对其结构进行表征，并研究了HBPE-g-PMAA在水中对MWCNTs的分散性能。HBPE-g-PMAA具有两亲性，能够在水中自组装成平均直径为30 nm的胶束以及一些胶束的组装体。TEM、AFM和SEM结果均表明HBPE-g-PMAA能在水中对MWCNTs进行有效地分散。TGA结果表明:随着HBPE-g-PMAA/MWCNTs质量比(0.25-5.0)的增加，MWCNTs在水中的分散浓度也逐渐增加（60-135 mg/L）。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 超支化聚乙烯接枝聚合物的合成

1．2．1 Grafting from法合成超支化聚乙烯接枝聚合物

1．2．2 Grafting onto法合成超支化聚乙烯接枝聚合物

1．3 超支化聚乙烯接枝聚合物的应用

1．3．1 超支化聚乙烯接枝聚合物在自组装纳米材料中的应用

1．3．2 超支化聚乙烯及其接枝聚合物在分散碳材料中的应用

1．4 二茂铁基支化聚合物作为固体推进剂燃速催化剂的应用研究

1．5 研究课题的提出和意义

参考文献

第二章 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成、表征及其自组装性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂

2．1．2 试剂处理

2．1．3 二亚胺钯催化剂的合成

2．1．4 超支化聚乙烯大分子引发剂的合成

2．1．5 甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成

2．1．6 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成

2．1．7 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯在THF／正己烷混合溶剂中的自组装性能研究

2．1．8 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯在正己烷中的自组装性能研究

2．1．9 测试与表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 二亚胺钯催化剂的合成

2．2．2 超支化聚乙烯大分子引发剂的合成

2．2．3 甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成与表征

2．2．4 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成与表征

2．2．5 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯在THF／正己烷混合溶剂中的自组装性能研究

2．2．6 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯在正己烷中的自组装性能研究

2．3 本章小结

参考文献

第三章 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯作为抗迁移固体推进剂燃速催化剂的应用研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂

3．1．2 试剂处理

3．1．3 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙荫的合成

3．1．4 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙晡催化高氯酸铵分解研究

3．1．5 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙晡抗迁移性能研究

3．1．6 测试与表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成与表征

3．2．2 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的热学性能研究

3．2．3 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的电化学性能研究

3．2．4 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯催化高氯酸铵分解性能研究

3．2．5 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯抗迁移性能研究

3．3 本章小结

参考文献

第四章 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯非共价键法分散多壁碳纳米管及其柔性导电膜的制备

4．1 实验部分

4．1．1 实验试剂

4．1．2 试剂处理

4．1．3 超支化聚乙烯的合成

4．1．4 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成

4．1．5 超支化聚乙烯在氯仿中非共价键法分散多壁碳纳米管

4．1．6 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯在氯仿中非共价键法分散多壁碳纳米管

4．1．7 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙晡与多壁碳纳米管之间的相互作用研究

4．1．8 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯／多壁碳纳米管／PET复合导电膜的制备

4．1．9 测试与表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 超支化聚乙烯的合成与表征

4．2．2 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯的合成与表征

4．2．3 多壁碳纳米管的表征

4．2．4 超支化聚乙烯在氯仿中非共价键法分散多壁碳纳米管

4．2．5 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯在氯仿中非共价键法分散多壁碳纳米管

4．2．6 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸二茂铁甲酰氧基乙酯／多壁碳纳米管／PET复合导电膜的制备

4．3 本章小结

参考文献

第五章 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯非共价键法分散多壁碳纳米管及其柔性导电膜的制备

5．1 实验部分

5．1．1 实验试剂

5．1．2 试剂处理

5．1．3 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯的合成

5．1．4 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯在氯仿中非共价键法分散多壁碳纳米管

5．1．5 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯／多壁碳纳米管／PET复合导电膜的制备

5．1．6 测试与表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯的合成

5．2．2 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯在氯仿中非共价键法分散多壁碳纳米管

5．2．3 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸叔丁酯／多壁碳纳米管／PET复合导电膜的制备

5．3 本章小结

参考文献

第六章 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸在水中非共价键法分散多壁碳纳米管

6．1 实验部分

6．1．1 实验试剂

6．1．2 试剂处理

6．1．3 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸的合成

6．1．4 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸在水中自组装性能的研究

6．1．5 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸在水中非共价键法分散多壁碳纳米管

6．1．6 测试与表征

6．2 结果与讨论

6．2．1 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸的合成

6．2．2 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸在水中自组装性能研究

6．2．3 超支化聚乙烯接枝聚甲基丙烯酸在水中非共价键法分散多壁碳纳米管

6．3 本章小结

参考文献

第七章 结论

7．1 主要结论

7．2 主要创新点

作者简历及博士期间取得的科研成果和获得的奖励