偏氯乙烯共聚物合成及多孔碳制备的研究

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偏氯乙烯类(VDC)聚合物具有耐化学腐蚀、透明、阻隔性好等优点,工业上生产VDC类聚合物的反应机理均为传统的自由基聚合。传统自由基聚合具有“引发速率慢、增长速率快、容易发生链终止和链转移”的特点,导致合成的聚合物结构规整性差,分子链上异常结构多,分子量分布宽。VDC单体具有较高的链转移常数,目前的活性自由基聚合方法中仅有可逆加成-断裂转移聚合法(RAFT)适应VDC单体的活性聚合,而RAFT试剂本身性质限制了RAFT法的使用。  本文利用单电子转移活性自由基(SET-LRP)聚合法实现了VDC共聚物的活性自由基聚合。采用三碘甲烷(CHI3)为引发剂,连二亚硫酸钠/碳酸氢钠(Na2S2O4/NaHCO3)为催化剂体系,羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素为分散剂制备偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(VDC-MA)共聚物。考察反应时间、反应温度、引发剂用量、催化剂用量对聚合反应的影响。结果表明,随着反应时间的增加,聚合转化率随之增加,反应到后期转化率增加变缓,ln([M]0/[M]t)与反应时间呈一级线性关系;随着反应时间的增加,转化率和分子量增加,分子量分布变窄,反应具有活性聚合的一般特征。适宜的聚合条件为反应物配比为n(VDC):n(MA):n(Na2S2O4):n(NaHCO3)=400:50:6.14:18,反应温度45℃,反应时间18h,引发剂CHI3与VDC单体质量比值为0.005:1,羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素作为复合分散剂。使用红外光谱(FTIR)和核磁共振(1H-NMR)测定VDC-MA共聚物的结构,探讨了聚合反应的机理。推测机理表明该聚合方法符合单电子转移活性自由基聚合特征。  对制备的VDC-MA共聚物直接炭化制备多孔碳。通过共聚物热失重特性分析得出:共聚物中 MA的增加,炭化后剩余重量率下降,说明 MA的引入可能会改变孔结构;对炭化物进行了XRD、孔结构和比表面积、表观形貌、TEM等分析得出:不同组成比例的VDC-MA共聚物基炭化物的吸脱附等温曲线属于IV型等温线;VDC-MA20共聚物基炭化物的比表面积达到968 m2·g-1,中孔率达到45.6%;VDC共聚物中MA分解可形成的中孔甚至大孔结构。
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