苯乙烯微波等离子体聚合研究

论文摘要

当今,可持续发展作为指导各国经济社会发展的一项总体战略,已经逐渐被人们所认同。化学工业在给人们带来众多利益的同时,也给生态环境带来了沉重的负担。开发清洁高效的化学反应过程,以达到标本兼治的效果,已成为当代化学的学科前沿和重点发展方向之一。作为现代物理技术的微波、等离子体,应用在化学领域中具有操作方便、清洁、高效、环保、反应快速、选择性好、无滞后效应等优点,引起各国研究者的广泛关注和极大兴趣。本文以苯乙烯为主要原料,采用辉光等离子体技术,以二氧化碳为反应气体和利用微波辐射与溶胶凝胶、乳液聚合相结合,分别合成了苯乙烯/CO2共聚膜和苯乙烯/TiO2复合微球,研究了在非常规条件下苯乙烯/TiO2和苯乙烯/CO2的聚合反应规律,并采用IR、XPS等手段对所得产物进行了表征。研究结果显示,所得等离子体共聚膜不仅具有明显的聚苯乙烯特征峰;且等离子体聚合膜在1709 cm-1（C=O）和3296 cm-1（-OH）处出现了新吸收峰,其吸收峰的相对强度随二氧化碳流量值的增大而增强,表明等离子体聚合反应过程中二氧化碳与苯乙烯发生了反应。但一些苯环在等离子体聚合过程中遭到了破坏,枝化程度增加。采用偏光显微镜对所得等离子体聚合膜表面进行了观察,结果显示,以二氧化碳作为反应气体的等离子体聚合膜表面呈现类似波状的图形;随着二氧化碳流量的增加,相邻两个波之间的宽度变大;无二氧化碳作为反应气体的聚合膜没有明显的波纹图形。在微波技术协助下,本研究利用溶胶-凝胶法合成的二氧化钛溶胶与苯乙烯进行原位乳液聚合制备了核-壳结构的复合微球,微球表面光滑,粒径较小,且呈单分散性。常规加热乳液聚合与微波辐射乳液聚合结果的比较表明,常规加热乳液聚合所得复合微球的粒径明显大于微波辐射乳液聚合所得的复合微球,微球直径分布较宽,说明微波辐射乳液聚合适用于制备单分散且粒径较小的复合微球。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 等离子体简介
• 1.2 等离子体聚合
• 1.2.1 等离子体聚合物的合成
• 1.2.1.1 烃的等离子体的聚合
• 1.2.1.2 含氮、氧有机化合物的等离子体聚合
• 1.2.1.3 有机物与非聚合性气体混合物的聚合
• 1.3 等离子体引发聚合
• 1.3.1 等离子体引发聚合及其特点
• 1.3.2 等离子体引发聚合的单体
• 1.3.2.1 水溶性烯类单体
• 1.3.2.2 苯乙烯及其衔生物
• 1.3.2.3 环氧化合物
• 1.3.3 等离子体引发聚合的应用
• 1.3.3.1 超高分子量聚合物的合成
• 1.3.3.2 嵌段共聚物的合成
• 1.3.3.3 固相开环聚合
• 1.3.3.4 等离子体引发接枝聚合
• 1.3.3.5 等离子体引发溶剂化聚合
• 1.4 等离子体表面改性
• 1.4.1 等离子体表面改性方法
• 1.4.1.1 等离子体表面处理
• 1.5 二氧化碳等离子体转化的研究进展
• 1.5.1 等离子体作用下二氧化碳的转换
• 1.5.1.1 等离子体转换二氧化碳为一氧化碳
• 1.5.1.2 离等子体转换二氧化碳为有价值的碳氢化合物
• 1.5.1.3 离等子体转换二氧化碳为含氧化合物
• 1.6 微波技术在高聚物合成中的应用
• 1.6.1 微波用于本体聚合
• 1.6.2 微波用于溶液聚合
• 1.6.3 微波用于乳液聚合
• 1.6.4 功能高分子的制备
• 1.7 原位法制备无机/聚合物纳米复合微粒材料研究进展
• 1.7.1 原位聚合法
• 1.7.2 原位生成法
• 1.8 课题的提出和本论文拟研究内容
• 2的共聚合'>第二章 辉光放电条件下苯乙烯与CO₂的共聚合
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 反应装置
• 2.2.2 原料及试剂
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 等离子体沉积膜的测试与表征
• 2.2.4.1 扫描电镜（SEM）分析
• 2.2.4.2 付立叶红外光谱（FTIR）分析
• 2.2.4.3 X 光电子能谱（XPS）分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 等离子体反应参数对沉积膜质量的影响
• 2.3.1.1 放电功率对薄膜沉积质量的影响
• 2.3.1.2 放电时间对薄膜沉积质量的影响
• 2.3.1.3 放电距离对薄膜沉积质量的影响
• 2 流量对薄膜沉积质量的影响'>2.3.1.4 CO₂流量对薄膜沉积质量的影响
• 2.3.2 结构表征
• 2.3.2.1 溶解性
• 2.3.2.2 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.2.3 FTIR 分析
• 2.3.2.4 XPS 分析
• 2.3.2.5 共聚机理
• 2.4 小结
• 2共聚膜形貌的影响'>第三章 等离子沉积条件对苯乙烯/CO₂共聚膜形貌的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 薄膜沉积装置
• 3.2.2 原料及试剂
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 等离子体沉积膜的表征
• 3.2.4.1 光学显微镜分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 等离子体反应参数对沉积膜形貌的影响
• 3.3.1.1 放电功率对薄膜形貌的影响
• 3.3.1.2 放电时间对薄膜形貌的影响
• 3.3.1.3 放电距离对薄膜形貌的影响
• 2 流量对薄膜形貌的影响'>3.3.1.4 CO₂流量对薄膜形貌的影响
• 3.4 小结
• 第四章 二氧化钛溶胶的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料及仪器
• 4.2.1.1 原料及试剂
• 4.2.1.2 主要仪器及型号
• 4.2.2 二氧化钛溶胶的制备过程
• 4.2.3 二氧化钛溶胶的分析测试
• 4.2.3.1 二氧化钛溶胶的粒径及分布
• 4.2.3.2 二氧化钛溶胶的表面张力测定
• 4.2.3.3 付立叶红外光谱（FTIR）分析
• 4.2.3.4 X 光电子能谱（XPS）分析
• 4.2.3.5 热失重测试（TGA）
• 4.2.3.6 X 射线（XRD）分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 溶胶-凝胶法的反应机理
• 4.3.2 反应条件对二氧化钛溶胶的粒径及分布的影响
• 4.3.2.1 微波功率对二氧化钛溶胶的粒径及分布的影响
• 4.3.2.2 反应时间对二氧化钛溶胶的粒径及分布的影响
• 4.3.2.3 反应温度对二氧化钛溶胶的粒径及分布的影响
• 4.3.2.4 钛酸丁酯的含量对二氧化钛溶胶的粒径及分布的影响
• 4.3.3 反应条件对二氧化钛溶胶表面张力的影响
• 4.3.3.1 反应温度对二氧化钛溶胶表面张力的影响
• 4.3.3.2 微波功率对二氧化钛溶胶表面张力的影响
• 4.3.3.3 钛酸丁酯的含量对二氧化钛溶胶表面张力的影响
• 4.3.4 红外光谱分析
• 4.3.5 XPS 分析
• 4.3.6 热失重分析
• 4.3.7 XRD 分析
• 4.4 小结
• 2复合微球的制备'>第五章 微波条件下PS/TiO₂复合微球的制备
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料及仪器
• 5.2.1.1 原料及试剂
• 5.2.1.2 主要仪器及型号
• 2 复合微球的制备'>5.2.2 微波协助下PS/TiO₂复合微球的制备
• 5.2.3 结构表征及性能测试
• 5.2.3.1 转化率的测定
• 5.2.3.2 复合乳胶粒子的粒度及其分布测定
• 5.2.3.3 复合乳胶粒子的透射电镜（TEM）形貌观察
• 5.2.3.4 复合乳胶粒子的扫描电镜（SEM）形貌观察
• 5.2.3.5 样品红外光谱分析（IR）
• 5.2.3.6 X 射线光电子能谱分析（XPS）
• 5.2.3.7 热失重测试（TGA）
• 5.2.3.8 玻璃化转变温度测试（Tg）
• 5.2.3.9 GPC 分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 纳米微粒存在下乳液聚合的机理
• 5.3.1.1 化学键合机理
• 5.3.1.2 静电相互作用机理
• 5.3.1.3 吸附机理
• 5.3.2 微波辐射乳液聚合反应
• 5.3.2.1 微波作用原理
• 5.3.2.2 反应条件对微波辐射乳液聚合的影响
• 5.3.2.3 反应条件对复合乳胶粒子的粒度及其分布的影响
• 5.3.2.4 复合乳胶粒子的透射电子显微镜（TEM）分析
• 5.3.2.5 复合乳胶粒子的扫描电子显微镜（SEM）分析
• 5.3.2.6 复合乳胶粒子的红外光谱分析（IR）
• 5.3.2.7 复合乳胶粒子的X 射线光电子能谱分析（XPS）
• 5.3.2.8 复合乳胶粒的热失重（TGA）分析
• 5.3.2.9 DSC 分析
• 5.3.2.10 GPC 分析
• 5.3.3 常规乳液聚合与微波辐射乳液聚合比较
• 5.3.3.1 两种不同聚合方法对微球粒径分布的影响
• 5.3.3.2 聚合方法对微球形貌的影响
• 5.3.3.3 两种不同聚合方法对PS 玻璃化温度（Tg）的影响
• 5.3.3.4 两种不同聚合方法对GPC 的影响
• 5.4 小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文情况
• 致谢