乳液模板法制备具有纤维结构的多孔材料及其性能研究

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多孔纤维具有比表面积大、孔隙率高等特点,这些特点使其在吸收、隔热等领域具有广泛应用。作为制备多孔材料的重要方法,乳液模板法不仅可控制多孔材料的外部形状,还可以控制其孔壁结构,从而可制备具有纳米纤维孔壁的多孔材料(或称具有多孔结构的纳米纤维聚集体)。但是,利用乳液模板法制备纳米纤维聚集体以及多孔纤维的研究仍非常有限。本论文基于高内相乳液和湿纺,制备了纳米纤维聚集体和多孔纤维,研究了其性能,并初步探索了其应用。具体研究内容如下:(1)利用间规聚苯乙烯结晶凝胶化,固化了含聚苯乙烯的高内相乳液连续相,制备了具有开孔结构的纳米纤维聚集体,并将其用于油水分离。该纤维聚集体的密度为0.4至0.6 g/cm~3,随间规聚苯乙烯含量升高而降低;孔径为3至7μm,纳米纤维直径为8至165 nm,均随间规聚苯乙烯含量升高而降低。多孔结构使该聚集体表现出良好的压缩稳定性,可被压缩至原高度的60%而不破碎。纳米纤维聚集体具有较大的比表面积(10.1 m~2/g),并具有疏水-亲油性,其水接触角高达149.5°。疏水-亲油性使得纳米聚集体可选择性吸油,从而可用于油水分离。(2)利用界面引发聚合和间规聚苯乙烯结晶的共同作用固化高内相乳液连续相,制备了具有闭孔结构的纳米纤维聚集体,并研究其隔热性能。在具有闭孔结构的纳米纤维聚集体中,纳米纤维直径为5至123 nm,其直径随间规聚苯乙烯含量增加而降低。该纳米纤维聚集体表现出疏水性,并具有良好的热稳定性,在200°C以下不会分解。在热源温度为150℃时,其隔热性能略优于棉织物。(3)最后,创新性地通过湿纺高内相乳液,制备了多孔纤维,并对其溶剂吸收性能和隔热性能进行了研究。在水包油型高内相乳液中,分别将聚乙二醇二丙烯酸酯和多巯基化合物溶于水相和油相,通过湿纺使乳液在凝固浴中氨水催化进行界面聚合,形成多孔纤维。研究表明,乳液分散相体积分数和凝固浴氨水浓度共同决定了多孔纤维的形成与否。形成的多孔纤维具有中空、开孔结构,其直径范围为384.3至726.3μm,可通过调节纺丝针头直径和乳液分散相体积分数对纤维直径进行控制。多孔纤维耐酸、碱或盐溶液,在150°C以下保持稳定,而且表现出良好的拉伸性,其断裂应变可达155%。另外,所得多孔纤维具有亲水-亲油性,通过溶胀可吸收大量水和有机溶剂,其中对水的吸收量可达14.4 m L/g,对三氯甲烷吸收量可达26.3m L/g。多孔纤维的具有良好的隔热性能,隔热性能与棉纤维相似。
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