表面引发原子转移自由基聚合在分离材料制备中的应用

基于固相吸附的分离富集技术在生命、环境、化工、制药等领域具有广泛应用。吸附剂的吸附容量以及选择性对提高目标物的分离富集效率有重要作用。文中拟结合课题组的研究工作,对近年来发展的表面原子转移自由基聚合技术、以及用该技术制备的高容量和选择性吸附剂及其在分离富集中的应用进展进行评述,以期对这一领域发展、研究趋势及寻求新的研究突破点提供帮助。     

自由基聚合制备聚合物纳米片层材料

设计、合成了含有苯胺二聚体的苯乙烯甲基丁酸酯(VPB),通过自组装-自由基聚合的方法,成功地制备了聚合物纳米片层材料.VPB和聚合物的结构通过核磁谱和红外光谱进行了分析确认,VPB和聚合物的自组装行为通过电子显微镜、X射线进行了研究.实验结果表明,VPB在甲苯和丙酮的混合溶剂中可以自组装成为二维纳米片层,并能与马来酰亚胺进行自由基共聚反应,形成尺寸数微米、厚度2纳米的聚合物片层材料.本研究的结果证明,将自组装与自由基聚合结合是一种制备聚合物二维纳米片层材料的有效方法.     

超高吸水性聚丙烯酸钠的紫外光引发聚合及其性能表征

紫外（UV）光聚合法合成高强吸水性聚丙烯酸钠，对比于传统的聚合方法具有工艺过程简单，反应时间短，易操作．可在常温下进行等优点．本文研究了中和度，光照时间等因素对交联聚丙烯酸钠吸水性的影响．结果表明，在未加任何引发剂和交联剂、一定的中和度情况下，光照时问为20min时，聚丙烯酸钠吸水树脂具有很高的吸水率和很好的耐盐性．吸去离子水率为3120g／g，吸生理盐水（0．9％Nacl水溶液）率为701g／g，吸雨水（pH约为六）率为2260g／g，吸人工尿率为196g／g，吸人工血率为467g／g．     

原子转移自由基聚合制备含氟嵌段共聚物及其性能

利用原子转移自由基聚合（ATRP）的方法,合成了设定相对分子质量和化学结构、窄分子量分布的甲基丙烯酸甲酯（MMA）和含氟单体丙烯酸全氟烷基乙茯酯（FLUWET）的两嵌段共聚物,利用氢谱、氟谱、GPC、FT－IR及氟无互分析法（F－EA）表征其结构,用接触角测量法研究嵌段共聚物的表面性质。     

二苯甲酮封端制备大分子自由基引发剂及引发甲基丙烯酸甲酯聚合研究

采用阴离子聚合的方法,以二苯甲酮为封端剂,合成了聚丁二烯大分子自由基引发剂;利用核磁共振仪对聚丁二烯大分子引发剂的结构进行了表征,并根据核磁共振氢谱中苯环特征峰面积计算封端效率。结果表明,低温有利于封端反应,30℃下封端效率为38.3%。进一步,利用聚丁二烯大分子引发剂引发甲基丙烯酸甲酯（MMA）自由基聚合,制备了聚丁二烯-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物,考察了反应温度和反应时间对PB-PMMA嵌段共聚的影响。结果表明,85℃下反应5h共聚物产率相对较高,分布较窄。     

原子转移自由基聚合制备四臂聚甲基丙烯酸甲酯星形聚合物

以2-溴异丁酸季戊四醇四酯(PT-Br)为引发剂、氯化亚铜为催化剂、联二吡啶(bpy)为配位剂,通过原子转移自由基聚合(ATRP)成功合成了四臂聚甲基丙烯酸甲酯星形聚合物(Star PMMA).通过1H-NMR和GPC等手段对星形聚合物的结构和分子量进行了表征,证实聚甲基丙烯酸甲酯是四臂星形结构.     

含Bixan残基的大分子引发剂引发自由基聚合制备嵌段共聚物

以9,9'-bixanthydrol (Bixan)为引发剂,在四氢呋喃溶液中于80℃下引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合,制得了末端带有引发剂残片的聚合物PMMA-XTOH。¹H-NMR分析证实了聚合物链中含有引发剂残片,紫外光谱分析说明聚合物链两端均含有引发剂残片,聚合过程中单体转化率随反应时间的延长而增加,聚合物PMMA-XTOH分子量也随之增加,分子量分布为1.5～2。进一步以PMMA-XTOH为大分子引发剂引发苯乙烯本体聚合,制得了PMMA-b-PS嵌段共聚物,随反应时间延长,共聚物的分子量迅速增长,分子量分布明显下降。     

光引发制备互穿聚合物网络及其二阶非线性光学性能

合成了一种含生色团的环氧单体,将它与酚醛缩水甘油醚和双环氧丙烯酸酯及光引发剂溶解在一起后涂膜,用UV光照固化,同时在高压电场下极化,得到了一种极化互穿聚合物网络.该体系二阶非线性光学系数d33值为9.4×10-8esu,d33热稳定性良好.     

双层混杂纤维/炭黑改性环氧树脂复合材料的制备及其吸波性能

通过采用整体压制的方法制备了双层混杂纤维/炭黑改性环氧树脂复合材料,对其吸波性能进行了研究。结果表明:随着炭黑含量的增加,材料的反射衰减峰向低频移动,当炭黑含量较高时,吸收主要作用在低频波段,且存在明显的双反射衰减峰。当炭黑含量为6%时,在13.6 GHz处反射衰减峰值可达-20.6 dB,≤-10 dB的有效带宽为3.6 GHz。当炭黑含量为8%时,双反射衰减峰分别在10.6 GHz和7.8 GHz,峰值分别为-17.0 dB和-14.9 dB,≤-10 dB的有效带宽为6.7 GHz。     

有机硅聚合物共混改性环氧树脂水分散液的制备、表征及成膜后的性能

用氨基硅油微乳液与水的原位分散方法,制备了有机硅聚合物共混改性接枝环氧树脂水分散液,采用FT—IR、ATR、TEM以及TGA等对该水分散液的粒子形态、粒径以及成膜后的物理性能进行了表征。实验结果表明：与未改性的水分散液相比,改性水分散液的粒径减小,粒径分布变宽,粘度增大。TEM照片表明：有机硅聚合物在分散过程中被包裹在环氧树脂内部,形成“核-壳”结构的复合颗粒。改性水分散液成膜后的疏水、疏油性能和热性能显著提高,表面能降低。膜的超薄切片TEM照片显示：有机硅聚合物在成膜过程中向表面取向与迁移,FT—IR与ATR的测试结果进一步证实它们在膜的表面富集。     

碳包覆磁性金属纳米粒子的制备及表征

以含Fe，Co的SiO2气凝胶为催化剂，采用CVD法高温气相催化裂解甲烷的方法合成了碳包覆铁钴磁性纳米粒子，并用透射电子显微镜、X射线衍射仪等对材料的形貌、相结构进行了表征，采用振动样品磁强计对其静态磁性进行了测试。结果表明，碳包覆Fe／Co磁性纳米粒子，主要呈球形和椭球形，其包覆层为20层左右的石墨层，另有少量粒子被纳米碳管包覆，位于纳米碳管顶端。其饱和磁化强度Mo和矫顽力Hc分别为146．4kA／m和3468A／m。     

表面处理对碳纤维复合材料导电性的影响

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料电性能的稳定性,采用钛酸酯偶联剂对碳纤维表面进行了处理,研究了以短切碳纤维毡为导电填料、环氧树脂为基体的导电复合材料的电阻-温度特性.结果表明:随碳纤维含量的增高,复合材料的电阻在温度变化下的稳定性增强;碳纤维经表面处理后,其复合材料的电阻率显著降低,且电阻值随温度的波动性也大幅下降.     

碳纳米管/铝基复合材料的制备与性能

采用石蜡作为修饰剂分别对CNTs-COOH和纯Al粉进行修饰,物料经过粉碎、球磨、干压成型后,分别在650℃、670℃、690℃、720℃进行烧结,将烧成的坯体在500℃、30MPa压力下进行热压后挤出成型.分别采用硬度仪、万能试验机测试了样品的硬度及拉伸性能,利用扫描电镜观察烧结样品的断面形貌.结果表明:采用石蜡修饰后的CNTs,表现出较好的分散性;当复合材料的烧结温度为670℃时,制备得到CNTs(石蜡)/Al复合材料具有较高的硬度和较大的拉伸应力,复合材料呈现明显韧性断裂.     

水性环氧树脂/纳米SiO_2疏水涂层的制备与表征

疏水材料的低成本化以及合成工艺简单化一直以来备受关注,本文提出了一种简单有效的疏水涂料合成方法。通过将纳米SiO_2与水性环氧树脂复合得到疏水涂料,并测定了浸涂后涂层的微观形貌和接触角。结果表明:复合疏水涂层具有微纳凹凸结构。在本试验条件下,单粒径15 nm SiO_2添加下制备的涂层接触角最大为141°;双粒径纳米SiO_2掺杂能够有效提高涂层疏水性,涂层的最大接触角为155°;3种粒径的纳米SiO_2分别在相同添加量的情况下,粒径的差异对涂层疏水效果影响不大。     

纳米ATO/聚合物杂化粒子的乳液聚合法制备及表征

通过乳液聚合法成功地将具有红外屏蔽功能的纳米ATO粒子包覆在聚合物内。电子透射电镜观察显示纳米ATO粒子存在于杂化乳胶粒子内。当添加的ATO重量比率为2.7%时,包覆效率达到最大值54.5%。紫外-可见光-近红外光谱结果显示,随着添加的ATO重量比率的增加,近红外透过率逐渐减少,而可见光透射率变化很小。含纳米ATO的杂化膜显示出优异的高可见光透过率而近红外被屏蔽的能力,可用于节能的透明隔热涂料。     

细菌纤维素增强环氧树脂透明复合材料的制备与性能

通过2种不同细菌纤维素添加方式,采用模压成型的方法制备细菌纤维素／环氧树脂（BC／EP）透明复合材料,研究了复合材料的微观形态、力学性能、动态热机械性能以及透明性能．结果表明：对于BC添加方式I制得的样品,BC可以同时增强增韧EP,随着BC含量增加,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率逐渐增大,与纯EP相比,BC质量分数为55％的复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高4倍和11倍;对于BC添加方式Ⅱ制得的样品,BC的高强度高弹性模量及其与EP界面强烈相互作用,提高了BC／EP复合材料的弹性模量,BC的网络结构阻碍了EP的固化交联,从而降低其交联密度,使得EP玻璃化转变温度降低;BC／EP复合材料的断面显示纤维状的韧性断裂特征,表面显示均匀分布且面内取向的BC纳米网络结构,因而复合材料的力学性能显著提高;BC干膜透明性较差,BC／EP复合材料的透明性比BC干膜显著提高．     

高剪切分散对多壁碳纳米管/VARTM用环氧树脂导电性能的影响

采用高剪切工艺促进了多壁碳纳米管(MWNTs)在环氧树脂(EP)中的分散,借助真空辅助树脂传递模塑技术(VARTM)制备出MWNTs/EP复合材料试样,并研究在制备过程中采用不同高剪切工艺参数对复合材料导电性能的影响.结果表明,在一定范围内,随着高剪切时间或转速的增加,复合材料的导电性能呈现先升高后降低的趋势.在高剪切处理时间30min和转速22 000r/min时分别达到了高剪切时间和转速的最佳分散阈值,当MWNTs的添加量仅为1.5%时,EP的表面电阻率可以降低约5个数量级,但继续增加高剪切的时间或转速,复合材料的导电性能均出现劣化.同时运用扫描电镜(SEM)表征了多壁碳纳米管在环氧树脂中的分散情况.     

环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能表征

以4,4′-二氨基二苯基甲烷(DDM)为固化剂,通过插层法制备了环氧树脂/有机蒙脱土纳米复合材料。根据样品在丙酮中的溶胀度,确定了纳米复合材料的最佳制备条件,在此条件下,制备了一系列蒙脱土含量不同的纳米复合材料。用X射线衍射(XRD)表征了蒙脱土在基体中的分散状态,测定了纳米复合材料的氧气透过系数,并研究了纳米复合材料的动态力学性能。结果表明:当蒙脱土的含量较低时,可以形成剥离型纳米复合材料;环氧树脂与蒙脱土复合后,阻隔性能大幅提高;蒙脱土的加入使纳米复合材料的储能模量和玻璃化转变温度明显提高。