高内相乳液及冷冻铸造技术制备聚合物多孔材料的研究

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聚合物多孔材料因其特殊的结构及多样的性能在能源、生物以及环境等方面有着广泛的应用。近年来,研究者提出了许多新颖的方法来制备聚合物多孔材料,高内相乳液(HIPE)模板法是其中之一,而以粒子稳定的高内相乳液(Picketing HIPE)为前驱体合成聚合物多孔材料(poly-Pickering-HIPE)更受到研究者们的广泛关注。相对于乳化剂稳定的高内相乳液,Picketing HIPE不仅减少甚至避免了乳化剂的使用,而且能够更好地避免液滴相之间的并聚,有效地提升乳液的稳定性。然而,poly-Pickering-HIPE材料仍然面临着许多问题,在其形貌结构方面,通过Picketing HIPE聚合而得的多孔材料大多是闭孔结构,这无疑限制了所得多孔材料的后续应用;在其制备方法方面,通常需要聚合连续相内的单体来保持其多孔结构,然而,这一聚合过程往往会涉及一些条件苛刻的化学反应,不易实现。  为了解决以上问题,探索利用物理方式,以Picketing HIPE为前驱体制备开孔结构多孔材料对于聚合物多孔材料的制备及应用具有重要的科学意义。因此,本文首先在W/O型Picketing HIPE的连续相中引入有机溶剂甲苯,并以水溶性非交联共聚物纳米粒子为稳定剂,制备得到了低密度聚合物开孔材料。并通过改变共聚物纳米粒子稳定剂的浓度、电解质的浓度以及有机溶剂的含量调节所得开孔材料的各项特性。研究表明,通过改变模板参数,所得开孔材料密度可低至32.5 mg/cm3,开孔度可达13%。  其次,合成了具有一定刚性和成膜性能的聚氨酯脲/乙烯基酯树脂(PUU/VER)纳米粒子,为制备Picketing HIPE模板提供了新的稳定剂。研究表明纳米粒子内VER的含量对其物理性能、热力学性能及微观相分离形态均有一定的影响。  同时,成功制备了以PUU/VER纳米粒子稳定的水包环己烷型Picketing HIPE,并以此为前驱体,以定向冷冻铸造这一物理方式直接制备得到了取向结构的聚合物多孔材料,并探究了其取向结构的形成机理。研究结果表明,PUU/VER纳米粒子内VER含量、稳定剂的浓度及内相体积分数等因素都会对多孔材料形貌及力学性能产生一定的影响。  最后,本文首次利用定向冷冻铸造PUU/VER纳米粒子水分散液制备得到了有序结构的聚氨酯多孔材料,并探究了其形貌形成过程及水分散液的浓度、纳米粒子内VER的含量以及冷冻条件对于最终材料形貌的影响。
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