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利用高内相乳液模板法合成具有吸附、阻燃性能的多孔复合材料认领

被引量： 1

作者：

芦祯

学位授予单位：

中国科学技术大学

摘要：

聚合物多孔材料由于其结构特性,而被广泛用于分子识别捕捉、吸附、传感、催化、环境科学及生物组织工程等多种领域中。利用高内相乳液(High internal phase emulsions,HIPEs)模板法所制备的贯通多孔材料具有诸如大比表面积、高孔隙率、低密度等特点,其化学组成与孔结构均可简单调控,因此成为合成多孔材料最简单常用的方法之一。本论文主要以W/O高内相乳液模板法,通过调控组成,设计结构,并在乳液分散相中引入无机碳酸钙粒子、阻燃体系组分,制备了具有重金属离子吸附、阻燃隔热功能的多孔聚合物泡沫(polyHIPEs)基复合材料。具体研究内容如下:1、碳酸钙粒子掺杂的柔性polyHIPEs的制备及吸附性能研究。首先,通过溶液共混沉淀法制备了碳酸钙粒子,利用红外光谱仪(FT-IR)、X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征其形貌和结构。然后利用高内相乳液模板法,在分散相中加入所得碳酸钙粒子,制备了CaCO3@聚(丙烯酸异辛酯-乙二醇二甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸羟乙酯)(CaCO3@P(EHA-EDGMA-HEMA))贯通多孔材料,通过SEM观察水相比例、乳化剂含量、交联剂含量和单体配比对复合材料的形貌与结构的影响,确定了最佳的原料配比。研究了 polyHIPEs复合材料对溶液中镉离子的吸附性能,发现吸附过程是吸热的,并且随溶液pH值的升高,吸附效率上升。吸附过程遵循Langmuir等温模型,吸附动力学遵循伪二阶动力学模型,对溶液中镉离子的最大吸附量为101.6 mg/g。此外,polyHIPEs复合材料对溶液中的镉离子和铅离子有良好的吸附选择性。2、聚磷酸铵(APP)/淀粉体系掺杂的polyHIPEs的制备及阻燃性能研究。利用高内相乳液模板法,在分散相加入APP/淀粉,并控制水相比例,制备了APP/淀粉@聚(苯乙烯-二乙烯基苯)(APP/淀粉@P(St-DVB))闭孔复合泡沫材料。利用热重分析(TGA)研究了 polyHIPEs复合材料的热稳定性和成炭量,发现APP的加入使复合材料的热稳定性提升,成炭量增加。通过锥形量热仪(CCT)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)对复合材料的燃烧性能进行表征,结果表明APP/淀粉@polyHIPEs复合材料的热释放率峰值(PHRR)、热释放总量(THR)和产烟量相比于纯polyHIPEs泡沫材料分别减少了 74.7%、65.9%和24.7%,并且其LOI值与UL-94级别也分别达到25.8%和V1级别。利用SEM、拉曼光谱(Raman)、XRD和X射线光电子能谱(XPS)分析了复合材料燃烧后残炭的形貌和组成,结果表明随着APP/淀粉负载量的增加,残炭变得更加致密,石墨化程度增加,在高温燃烧过程中形成了C-O-P、PO3-等稳定的化学键,从而能有效地减缓燃烧和阻碍热量的传递。

摘要译文

关键词：

高内相乳液; 多孔材料; 重金属离子吸附; 阻燃材料

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

高分子化学与物理

导师：

刘华蓉

中图分类号：

TB332[非金属复合材料⑨]

学科分类号：

080501[材料学];080505[复合材料];080509[能源材料]

D O I：

10.27517/d.cnki.gzkju.2022.001295