含有各种氨基醇的螺旋聚苯乙炔的合成及其膜的气体透过性能研究

来源 :齐齐哈尔大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qhjxiaofeitian
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含有手性取代基的聚乙炔具有很高的气体透过性,这主要是由于具有交替双键的聚合物主链容易形成螺旋结构,能够有效地抑制主链之间的折叠堆砌,同时阻止主链上柔顺链段的弯曲扭转运动。另外,庞大的取代基之间的空间排斥作用使膜变得疏松,在聚合物内部形成大的自由体积,有利于气体的透过性。所以,手性螺旋共轭取代聚乙炔是很有前途的气体分离膜材料。本文首次合成了三种新型的含有L-氨基醇和两个羟甲基的手性苯乙炔单体RDHPAs (ADHPA、PDHPA、LDHPA),并合成出含有十二烷基和两个羟基的非手性苯乙炔单体(DoDHPA)。在非手性催化剂((nbd)Rh+6-(C6H5)B-(C6H53])的催化下将手性苯乙炔单体RDHPAs与非手性苯乙炔单体DoDHPA按照不同比例进行共聚,得到了分子量在5.00×103-1.52×105的共聚苯乙炔。单体的结构通过核磁氢谱(1H-NMR)进行表征。利用圆二色光谱仪(CD)对得到的聚合物的二级结构进行测试,在波长290nm和430nm处产生了不同强度的康顿效应,分别对应手性侧基和共轭主链的特征吸收位置。表明生成的聚合物主链在手性侧基的不对称诱起聚合(AIP)及自配位螺旋选择聚合(SHSSP)的共同作用下,形成具有过量的单手性螺旋结构。由于自身的高极性poly(RDHPA)s难溶于极性较弱的溶剂如THF和CHCl3,在将含有十二烷基的DoDHPA单体与RDHPAs单体共聚后,溶解性得到很大的改善,这对于保持聚合物的单手性螺旋结构是非常重要的,因为分子内氢键是形成聚合物主链的螺旋的重要因素,而氢键在弱极性溶剂中才能不被破坏。这表明非手性苯乙炔单体DoDHPA能改善poly(RDHPA)s手性聚合物的溶解性。将共聚物利用溶剂-挥发法进行制膜,其中Poly (ADHPA-co-DoDHPA)(50:50)显示了良好的溶解性和成膜性。并采用扫描电子显微镜(SEM)对聚合物(ADHPA-co-DoDHPA)(50:50)膜的形貌进行测试,观察到聚合物的大分子之间有许多大小不一的微孔,最大的孔径约1.2μm,这些微孔增大了膜的自由体积使其有利于气体透过。利用G2/110X膜分离测试分析仪,通过等摩尔混合气体(CO2/N2、CO2/CH4)的分离对膜厚(30μm)的Poly(ADHPA-co-DoDHPA)(50:50)膜的透过性和选择性测试。CO2/N2的分离因子为17.9,其中CO2的分离系数为77.0Barrers。CO2/CH4的分离因子是1.9,CO2的分离系数为81.4Barrers。结果表明膜对CO2有优先透过性能。
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