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介孔材料因其高比表面积、有序孔道、热稳定性等特征而在聚合物增强和吸附方面有广泛的应用前景。介孔材料存在下进行单体原位乳液聚合反应的稳定性是制备聚合物介孔复合材料的关键,介孔表面改性是影响其吸附能力的关键。本文研究了介孔材料存在下原位乳液聚合稳定性以及复合材料热力学性能,制备了高吸附能力的改性介孔材料,得到的结果如下:
(1)成功制备了各种介孔材料,探讨了不同介孔材料对十二烷基硫酸钠(SDS)临界胶束浓度(CMC)和PMMA/介孔材料间歇乳液聚合的影响。研究发现,MCM-41和MCM-48对SDS的CMC影响不大,棒状SBA-15比球形SBA-15对SDS的CMC影响小,中孔径球形SBA-15比大孔和小孔径球形SBA-15对SDS的CMC影响小,改性介孔材料也能提高SDS的CMC。介孔材料的加入会提高乳液聚合的凝聚率,影响聚合物分子量及其分布,同时发现提高乳化剂用量,能提高PMMA/介孔材料聚合体系的稳定性及聚合物分子量。
(2)采用半连续法、预先浸润法和间歇法制备了PMMA/SBA-15复合材料,研究了无机介孔材料与有机单体不同复合方式对制备的复合乳液聚合稳定性、复合材料热力学性能的影响,发现半连续乳液聚合方法聚合稳定性最好,制备的复合材料与预先浸润法和间歇法制备的复合材料相比:120℃下储能模量分别提高247%和61%,玻璃化转变温度提高5℃和3℃,而介电常数则提高了3.4%和2.7%。
(3)利用半连续乳液聚合方法制备了PMMA/介孔复合材料,研究了不同介孔材料的加入对材料热力学性能的影响。结果表明:介孔材料的加入,能够有效提高PMMA的热学性能,相较于其它不同形貌介孔材料,棒状SBA-15的加入对PMMA的热力学性能提升最大,储能模量提高18%,玻璃化转变温度提高20℃,杨氏模量提高24%;中孔径的球形SBA-15相较其他孔径球形SBA-15对PMMA的热稳定性提高最多,同时发现,孔径越大,复合材料力学性能越好。
(4)通过阴离子开环聚合反应在介孔材料SBA-15表面接枝了超支化缩水甘油,再将末端羧基改性为羟基,制备了一种新型的具有高吸附能力的吸附剂SBA/HPG-COOH。接枝聚合物含量为27.5%,SBA-15特有的二维六方衍射峰消失,制备的SBA/HPG-COOH较SBA-15而言,比表面积和孔径均减小,介孔孔道被聚合物占据,制备的吸附剂对阳离子型吸附质有很强的吸附能力,也具有吸附金属离子(如Cu2+)和选择吸附的能力,吸附15 min即能达到平衡,吸附过程符合准二级速率方程和Langmuir等温曲线。