RAFT交联聚合诱导自组装制备聚离子液体纳米粒子及其催化性能研究

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通过传统自组装方法制备聚离子液体纳米粒子步骤繁琐,固含量低,不利于工业应用。然而,聚合诱导自组装(PISA)技术拥有制备简单、固含量高、分子量分布窄、聚合条件温和等优点,更适用于生产实践。聚合诱导自组装能在聚合的同时进行原位自组装,通过调节聚合物的聚合度和交联剂的添加量可以得到不同形貌的纳米粒子。聚离子液体(PILs)是指主链或侧链包含有离子液体单元的聚合物,在能源器件、催化、CO2捕获、光纤传感器和智能材料等方面具有广泛的应用。本文设计先合成基于PIL的大分子链转移剂,再与交联剂EGDMA/DVB通过RAFT交联聚合诱导自组装(CPISA)制备聚离子液体纳米粒子,并对纳米粒子催化CO2与环氧化合物环加成反应性能进行研究。本文研究内容主要包括以下几个方面:1.首先成功制备了链转移剂S-1-十二烷基-S’-(α,α’-二甲基-α"-乙酸)三硫代碳酸酯(CTA)以及不同离子液体:氯化4-乙烯基苄基三苯基鏻、氯化4-乙烯基苄基三丁基鏻、溴化1-乙烯基-3-乙基咪唑、溴化1-乙烯基-3-丁基咪唑、溴化1-乙烯基-3-苄基咪唑,通过~1H NMR、13C NMR对其结构进行表征。随后,将CTA、不同的IL以及引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)通过聚合反应制备相应的大分子链转移剂,并调节CTA/IL的添加比改变大分子链转移剂的聚合度。大分子链转移剂利用~1H NMR、FT-IR、TGA、DSC对其结构以及性能进行了表征。2.以所制备的PILBum/PILPhm-TTC为大分子链转移剂,交联剂EGDMA/DVB为单体,通过选择性溶剂中的RAFT交联聚合诱导自组装(CPISA)制备了一系列聚离子液体纳米凝胶,通过调控大分子链转移剂与交联剂的比例对聚合物纳米粒子的形貌进行了考察,用DLS与SEM对其粒径及形貌进行表征。3.选取PIL30-TTC作为催化剂对CO2与环氧化物环加成反应条件进行筛选,当催化实验条件为160°C、3 MPa CO2时能够达到较高的转化率,并探究了不同季鏻盐或季铵盐大分子链转移剂/交联剂投料摩尔比制备的聚离子液体纳米粒子对CO2的环加成反应催化性能。对于季鏻盐催化剂,当摩尔比为1:25时,P[VBP-Bu]30-TTC-EGDMA的转化率最高,为98.0%;对于季铵盐催化剂,当摩尔比为1:90时,P[VIM-Et]30-TTC-EGDMA的转化率最高,达到94.3%。另外还探究了P[VBP-Bu]30-TTC-EGDMA纳米粒子对CO2环加成反应的循环催化性能及对不同底物环加成催化性能,并提出了聚离子液体催化CO2与环氧化合物环加成生成环碳酸酯的机理。
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