辐射高内相乳液模板法制备聚合物互通多孔材料

摘要

聚合物贯通多孔材料因在生物组织工程、催化、分离、传感器等领域有着广阔的应用前景，而得到人们的广泛关注。高内相乳液(HIPE)模板法通过改变乳液液滴的尺寸和形状，可以控制聚合物贯通多孔材料的结构，因而成为制备这一材料最常用和简便的方法之一。本论文中，我们结合γ射线辐照和HIPE模板法制备了中等极性单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)的贯通多孔材料、聚苯乙烯(PS)大孔材料和聚丙烯酰胺-羧化壳聚糖(PAM-CCs)多孔材料。具体工作内容概括如下:
　　 1.以Span80为乳化剂，采用反相高内相乳液(W/OHIPE)模板法，通过γ-射线辐照引发单体聚合制备了具有良好结构的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)贯通多孔材料。通过实验发现，温度对MMAHIPE稳定性的影响较大，常温下乳液能长时间保持均相，而高温下的乳液则会快速破乳。在辐射引发MMAHIPE聚合时，由于体系中存在少量难以清除的氧气会阻碍反应的顺利进行，所以必须加入少量的引发剂或还原剂以消除氧气的阻聚作用。此外，随着体系中乳化剂含量的降低，乳液的稳定性下降，多孔材料的孔径将增大，甚至得不到贯通多孔结构。不过，即使乳化剂的含量不足，只要其用量超过某个临界值，在体系中加入少量的助稳定剂，依然可以得到含有大量贯通多孔结构且分布均匀的聚合物材料(polyHIPEs)。不仅如此，随着体系中分散相体积分数的增大，PMMApolyHIPEs的孔径将逐渐增大，比表面积和孔容积相应增大，但机械性能变化趋势不明显。
　　 2.以油包水型高内相乳液(W/OHIPE)为模板，分别通过γ-射线辐照引发和化学引发剂引发单体聚合，成功地制备了PS贯通多孔材料。实验结果表明，苯乙烯(St)高内相乳液对温度较为敏感，温度越高乳液的稳定性越差。与化学法相比，辐射法得到的PS贯通多孔材料，不仅能保持较好的形貌，还能大大减少体系对乳化剂的需求。随着体系中分散相体积分数的增大，多孔材料的孔径逐渐增大;随着乳化剂浓度的升高，乳液的稳定性提高，多孔材料的孔径逐渐减小。此外，辐射法得到的PS贯通多孔材料较化学法的机械性能有所降低，降低乳化剂的浓度也会使材料的压缩强度和杨氏模量降低。与PMMA多孔材料相比，PS多孔材料的比表面积和孔容积小。这主要是由于前者的内壁上存在大量微孔，而后者的则较为平整。
　　 3.我们以壳聚糖为原料，通过设计实验路线，合成了含有双键的寡聚糖MPCS，并尝试将其用于制备HIPE。但是MPCS不溶于常用的单体和溶剂，因而难以直接用于配制HIPE。所以，我们直接以丙烯酰胺(AM)和羧化壳聚糖(CCs)为水相，煤油为油相，采用正相高内相乳液(O/WHIPE)模板法，制备了AM-CCsHIPE，并经过γ-射线引发得到聚合物多孔材料。实验发现，在O/WHIPE中，电解质的加入不仅有可能不会帮助稳定乳液，甚至会破坏乳液的稳定。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 高内相乳液

1．2．1 高内相乳液简介

1．2．2 高内相乳液的制备

1．2．3 高内相乳液的分类

1．2．4 高内相乳液的稳定性

1．3 多孔材料

1．3．1 多孔材料的制备

1．4 多孔材料的应用

1．4．1 生物材料

1．4．2 分离材料

1．4．3 催化材料

1．4．4 电极材料

1．4．5 多孔材料的研究与发展

参考文献

第二章 辐射高内相乳液模板法制备聚甲基丙烯酸甲酯互通多孔材料

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 原料

2．2．2 聚合物贯通多孔材料的制备

2．2．3 表征与测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 温度对甲基丙烯酸甲酯高内相乳液稳定性的影响

2．3．2 甲基丙烯酸甲酯高内相乳液的引发

2．3．3 乳化剂浓度和助稳定剂的影响

2．3．4 内水相体积的影响

2．3．5 比表面积、孔容积和机械性能

2．4 结论

参考文献

第三章 辐射高内相乳液模板法制备聚苯乙烯贯通多孔材料

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料

3．2．2 聚苯乙烯贯通多孔材料的制备

3．2．3 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 温度对苯乙烯高内相乳液的影响

3．3．2 室温下苯乙烯高内相乳液的辐射聚合

3．3．3 高温下苯乙烯高内相乳液的化学引发聚合

3．3．4 比表面积、孔容积和机械性能

3．4 结论

参考文献

第四章 辐射高内相乳液模板法制备聚(丙烯酰胺-壳聚糖)多孔材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料

4．2．2 水溶性壳聚糖的制备

4．2．3 聚丙烯酰胺-壳聚糖多孔材料的制备

4．2．4 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 水溶性壳聚糖的红外分析

4．3．2 水溶性壳聚糖的核磁分析

4．3．3 尝试制备水溶性壳聚糖高内相乳液

4．3．4 脱保护反应

4．3．5 聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺-羧化壳聚糖多孔材料的制备

4．3．6 电解质对正相高内相乳液的影响

4．4 结论

参考文献

在读期间完成的学术论文

致谢