可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物的制备及其均相成膜性能研究

论文摘要

本文首先采用间接氯甲基化方法,在均相反应体系中实现了线型聚（苯乙烯-乙烯）嵌段共聚物（PSE）的氯甲基化,探索了PSE在氯甲基化过程中交联程度的测定方法。通过对聚苯乙烯系阴离子交换微球溶胀度的研究,筛选出适于制备可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物的胺化试剂与溶剂。考察了可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物合成过程中的各种影响因素,制备出4种完全可溶的聚苯乙烯系阴离子交换聚合物,即三甲胺型可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物（TMA-AEP）、三乙胺型可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物（TEA-AEP）、二甲基乙醇胺型可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物（DMEA-AEP）、二甲基异丙醇胺型可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物（DMIPA-AEP）。采用傅里叶红外光谱（FT-IR）、氢核磁共振（1H-NMR）、热失重（TGA）和差热扫描（DSC）等手段对合成材料进行组成、结构和耐热性能等表征,研究了不同种类的可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物在各种溶剂中的溶解性、在甲醇中的溶解度以及黏度数据,并对其成膜后的吸水率与溶胀度进行了初步探讨。研究结果表明：通过溶剂抽提称重与氢核磁谱图计算相结合的方法,可准确测定不同氯甲基化线型聚苯乙烯系聚合物的交联程度；交联反应会使氯甲基化产物的玻璃化温度升高,但会导致氯甲基化产物的取代度降低,并使氯甲基基团更容易发生热分解；强碱性聚苯乙烯系阴离子交换微球在甲醇中的溶胀度最大,在乙醇中的溶胀度次之,而以三甲胺型聚苯乙烯系阴离子交换微球在甲醇中的溶胀度最大,可达11.18 mL/g；经过胺化反应4种可溶性阴离子交换聚合物的热稳定性降低,热稳定性依次为：DMEA-AEP> DMIPA-AEP> TMA-AEP> TEA-AEP;4种可溶性阴离子交换聚合物材料在甲醇中均可以完全溶解,TMA-AEP在甲醇中的溶解度先增大后减少,其中离子交换容量为2.53mmol/g时溶解度最大；4种可溶性阴离子交换聚合物材料,取代度越大,吸水率越大,TEA-AEP的吸水性最强,其吸水率最高达到10.0,且吸水溶胀后可达到原膜片面积的4.3倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 离子交换膜概述
• 1.1.1 离子交换膜的分类
• 1.1.2 离子交换膜的制备方法
• 1.1.3 离子交换膜的应用与发展前景
• 1.2 阴离子交换材料的研究进展
• 1.2.1 阴离子交换材料的制备技术
• 1.2.2 阴离子交换材料的表征手段
• 1.2.3 阴离子交换材料的应用领域
• 1.3 选题意义与创新之处
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 研究目标
• 1.4 本章小结
• 第二章 线型聚（苯乙烯-乙烯）嵌段共聚物氯甲基化交联特性
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 线型聚（苯乙烯-乙烯）嵌段共聚物的氯甲基化
• 2.2.2 溶剂抽提
• 2.2.3 氯甲基化线型聚（苯乙烯-乙烯）嵌段共聚物的后交联
• 2.2.4 线型聚苯乙烯系聚合物氯甲基化程度的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外光谱分析
• 2.3.2 交联程度研究
• 2.3.3 热稳定性分析
• 2.3.4 氯甲基化动力学研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物的制备与表征
• 3.1 实验材料与仪器
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 仪器设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 氯甲基聚苯乙烯系交联微球的胺化
• 3.2.2 线型聚苯乙烯系聚合物的氯甲基化
• 3.2.3 氯甲基化线型聚苯乙烯系聚合物的胺化
• 3.2.4 聚苯乙烯系阴离子交换聚合物的分析表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚苯乙烯系阴离子交换微球的溶胀度研究
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 热失重分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物的成膜性能研究
• 4.1 实验材料与仪器
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 仪器设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 溶解度测定
• 4.2.2 溶解性实验
• 4.2.3 黏度实验
• 4.2.4 吸水率与溶胀度实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 可溶性聚苯乙烯系阴离子交换聚合物的溶解度研究
• 4.3.2 溶解性分析
• 4.3.3 黏度行为分析
• 4.3.4 吸水率分析
• 4.3.5 溶胀度分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历