聚苯乙烯基高内相乳液聚合物的结构调控与增韧研究

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聚合物多孔材料拥有比表面积大、孔隙率高、孔结构均匀可调控等优点,在吸附分离、生物医学、电化学和催化等领域具有广阔的发展前景。高内相乳液模版法可通过改变活性剂、交联剂等因素对乳液液滴进行控制以及调整模具种类、尺寸等因素从而实现对多孔聚合物材料孔结构和外观形状的良好调控,满足不同场合的应用需求,被认为是制备聚合物多孔材料最灵活可行、简单高效的途径。然而以高内相乳液模板法制备出具有贯通孔结构的聚合物多孔材料(Po Iy HIPE)普遍力学性能不佳,存在脆性高,易粉化的现象,对Po Iy HIPE的应用有一定的限制。论文针对以上问题,进行探索性研究,具体内容与结果如下:(1)本文以苯乙烯/二乙烯基苯(St/DVB)这一典型体系为基础,首先探讨不同内相比、乳化剂和交联剂含量对P(St-DVB)-Po Iy HIPE形貌、孔结构及压缩性能等影响。研究表明,随着乳化剂和交联剂含量不断增加,高内相乳液稳定性提高,泡孔平均孔径随之减小,比表面积逐渐增大。以内相比为80%,乳化剂含量为20 wt%,交联剂占单体40 wt%的Poly HIPE为对比样时,当只改变交联剂含量至60%时,样品压缩强度达22.0 MPa,弹性模量达28.803 MPa,且未发生断裂现象,韧性更好,力学性能最佳。(2)通过添加共聚柔性单体对Poly HIPE进行增韧研究,探索Po Iy HIPE力学性能的改善效果。研究发现:随柔性单体含量增加,泡孔平均孔径逐渐减小,窗孔数目逐渐增多。随内相比体积分数的增加,平均孔径呈现先减小后增加的趋势。软单体对材料形貌总体影响较小,添加共聚软单体可以在保证材料具备一定的强度的基础上,改善材料的脆性。其中当BA/St的比例为1/3时,材料压缩强度达19.16 MPa,弹性模量达到31.256 MPa,材料应变量达80%时未发生断裂现象,韧性相比其余样品最好,改善效果最佳。(3)通过添加纳米材料石墨烯对Poly HIPE进行增韧增强研究,氧化石墨烯有较高的亲水性,为得到稳定的高内相乳液需提前进行改性处理。研究表明,仅仅改变氧化石墨烯浓度材料形貌没有明显变化,为高度连通的多孔结构,平均孔径及分布浮动程度较小。石墨烯对多孔材料力学性能有一定的改善效果,当Em GO为0.7 wt%时,材料的压缩强度为10 MPa,弹性模量为23.745 MPa,材料应变量达80%时未发生断裂现象,韧性较好但总体不如添加软单体改善效果明显。
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