聚乙烯亚胺系侧链液晶高分子的合成表征及吸附性能研究

论文摘要

本论文概述聚乙烯亚胺类侧链型液晶高分子的研究进展及其在螯合吸附方面的应用。在分析高分子液晶结构与性能关系的基础上,设计并合成了三个系列以聚乙烯亚胺为主链,亚甲基为柔性间隔基,联苯类衍生物为液晶基元的新型侧链液晶高分子及其离子型聚合物。核磁共振、红外光谱等手段对合成聚合物的结构进行了表征,1H NMR分析计算得到聚合物的取代度和季铵化程度。探讨了合成反应条件对聚合物取代度的影响。结果表明,聚合物的取代度随着反应时间的增加而逐渐增大;均相聚合反应比异相聚合反应得到的聚合物取代度更高;聚合物取代度随侧链液晶基元柔性间隔基的增加而降低。这表明聚合物链的不良溶解性和庞大侧基的位阻效应是导致取代度降低的原因。示差扫描量热,偏光显微镜,X射线衍射研究了聚合物的液晶相行为和液晶相结构。结果表明,液晶相的生成与否以及液晶相的类型与液晶基元、柔性间隔基（n）和取代度有关。对于聚合物POMen,只有当间隔基亚甲基数目（n）大于2时才呈现近晶SB相,分子内部液晶基元成单分子层排列。聚合物PHn液晶相为近晶SE相,分子内部液晶基元具有以单分子层排列为主的复杂结构,层内还存在高度的分子间位置序。聚合物PCNn液晶相为向列相,分子的质心没有远程位置序,仅存在近程有序。聚合物POMen、PHn和PCNn的清亮点温度随n值的增加而降低,并呈现明显的奇偶效应。只有当液晶基元在主链上的取代度达到一定程度时,聚合物才呈现液晶态,聚合物的相变温度和相变焓随着取代度的增加而升高。DSC、POM、XRD表征了聚合物季铵盐POMe4CH3、POMe4OMe4和PCNnCH3的液晶性能。结果表明聚合物季铵盐POMe4CH3、POMe4OMe4液晶相结构为近晶SA相,聚合物分子内部具有离子层和非离子层双层结构;聚合物季铵盐PCNnCH3液晶相结构为向列相。与聚合物POMe4相比,聚合物季铵盐POMe4CH3、POMe4OMe4的结晶性减弱（ΔHm减小）,液晶性增强（ΔHi减小）,且液晶态稳定性增加（ΔT增大）。表明季胺化可以增强其液晶性。聚合物季铵盐POMe4CH3、POMe4OMe4的结晶性和液晶性先随着季铵化程度的增加而减弱;后又随着季铵化程度的增加而增加。TG分析表明聚合物季铵盐热稳定性较差。静态吸附法研究了聚合物树脂对Hg（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、zn（Ⅱ）的吸附性能。结果表明,树脂POMen和PHn对Hg（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）有较好的吸附能力,对Co（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）的吸附能力小。聚合物树脂POMen和PHn在混合金属离子溶液中对Hg（Ⅱ）表现出很好的选择吸附性。对比聚合物树脂在不同聚集态结构下对单个金属离子最大吸附容量,结果显示,液晶高分子树脂在其液晶态淬火处理后对金属离子的吸附能力,特别是吸附选择性有所提高。这表明聚合物侧链液晶基元的有序排列有助于提高树脂的吸附性能和选择吸附性。聚合物树脂对金属离子的吸附容量随温度的增加而增大,树脂PH4在其液晶态下（温度T＞Tg）对Hg（Ⅱ）的吸附容量发生突跃式的增长。对Hg（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附动力学研究表明,树脂达到吸附平衡所需的时间都比较短。同时,聚合物树脂还具有较好的解吸和重复使用性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 侧链高分子（SCLCP）研究进展
• 1.2.1 共价键型SCLCP
• 1.2.3 超分子结构SCLCP
• 1.3 聚乙烯亚胺（PEI）的研究进展
• 1.3.1 聚乙烯亚胺系液晶高分子的研究进展
• 1.3.2 聚乙烯亚胺系树脂在螯合吸附方面的研究进展
• 1.4 课题研究的目的及意义
• 第2章 液晶基元的合成与表征
• 2.1 前言
• 2.2 合成路线
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 原料与试剂
• 2.3.2 合成与制备
• 2.3.3 测试与表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 合成反应条件的影响
• 2.4.2 液晶基元的结构表征
• 2.4.3 液晶基元的相变行为
• 2.5 本章小结
• 第3章 聚乙烯亚胺侧链型液晶高分子的合成与表征
• 3.1 前言
• 3.2 合成路线
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 原料与试剂
• 3.3.2 合成与制备
• 3.3.3 测试与表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 聚合物的结构表征
• 3.4.2 聚合物的取代度
• 3.5 本章小结
• 第4章 聚乙烯亚胺侧链型液晶高分子的液晶态
• 4.1 表征方法简介
• 4.1.1 示差扫描量热法（DSC）
• 4.1.2 热台偏光显微镜法（POM）
• 4.1.3 X射线衍射法（XRD）
• 4.2 聚合物液晶态研究
• 4.2.1 主要仪器
• 4.2.2 聚合物POMen液晶态研究
• 4.2.3 聚合物PHn液晶态研究
• 4.2.4 聚合物PCNn液晶态研究
• 4.2.5 聚合物液晶态的影响因素
• 4.3 本章小结
• 第5章 聚乙烯亚胺离子型液晶高分子的合成与表征
• 5.1 前言
• 5.2 合成路线
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 原料与试剂
• 5.3.2 合成与制备
• 5.3.3 测试与表征
• 5.4 结果与讨论
• 3的液晶态表征'>5.4.1 聚合物季铵盐POMe4CH₃的液晶态表征
• 5.4.2 聚合物季铵盐POMe4OMe4的液晶态表征
• 3的液晶态表征'>5.4.3 聚合物季铵盐PCNnCH₃的液晶态表征
• 5.4.4 聚合物的季铵化程度
• 5.5 本章小结
• 第6章 侧链含液晶基元聚乙烯亚胺树脂的吸附性能
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 合成路线
• 6.2.2 仪器与药品
• 6.2.3 溶液的配制
• 6.2.4 聚合物树脂吸附性能的测定
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 聚合物树脂对单个金属离子的最大吸附容量
• 6.3.2 聚合物树脂对混合金属离子的选择吸附性能
• 6.3.3 液晶相有序结构对聚合物树脂吸附性能的影响
• 6.3.4 温度对聚合物树脂吸附性能的影响
• 6.3.5 聚合物树脂的吸附动力学
• 6.3.6 聚合物树脂的重复使用性能
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文情况