聚离子液体基纳米化工材料的可控制备工艺及其性能的研究

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聚离子液体是通过各种聚合方式将由阴阳离子组成的离子液体进行聚合制备的一类新型聚合物材料,可以通过不同阴离子和不同阳离子的组合,进行分子结构设计,根据需求合成多种不同结构和功能的新材料。本文针对聚离子液体的离子导电性能和CO2吸附分离性能的改善,通过表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)技术将其与纳米二氧化硅进行复合,制备了高分子有机-无机纳米复合材料,研究了纳米二氧化硅引入后的复合材料相应的性能,并与聚合物材料进行对比,通过动力学试验探索了制备特定性能材料的最优组成比例及其合成条件。  本文的主要内容如下:  1.通过(p-乙烯苄基)-三甲基四氟硼酸铵([VBTMA][BF4])的SI-ATRP聚合制备了一种新型的具有“核-壳”结构的SiO2-P[VBTMA][BF4]有机-无机纳米复合材料。研究了这一固体聚电解质在不同组成和测试温度下的导电性能。发现复合材料在室温下最优可表现出高于10-4 S cm-1的离子导电性能,明显高于纯聚合物的,电导率值取决于聚合时间和测试温度。  2.以[VBTMA][BF4]在介孔纳米硅引发剂表面的SI-ATRP聚合为例,采用重量法测定了聚合反应体系单体转化率,采用“牺牲”引发剂法测定了聚合物的分子量。对其SI-ATRP均聚动力学进行模型化研究,包括动力学模型的建立与动力学参数的确定,并通过了平行实验的验证。动力学实验及模型的建立和验证为后续制备功能材料的工艺优化提供了一定的理论基础。  3.采用SI-ATRP的技术合成了以介孔纳米硅为“核”的SiO2-P[VBTMA][BF4]和以介孔纳米硅为“核”、以(p-乙烯苄基)-三甲基四氟硼酸铵([VBTMA][BF4])为“壳”的SiO2-P[VBTMA][PF6]纳米复合材料。测试了复合材料的CO2吸附性能,吸附达到平衡以后,前者的吸附量为0.4025 mmol g-1,后者为0.3793 mmol g-1。我们还研究了其等温吸附线。水分的存在可以提高其吸附量,而温度的升高则不利于吸附的进行。复合材料的组成结构是其CO2吸附性能的主要影响因素。
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