用超临界二氧化碳制备微孔聚合物材料
由于微孔聚合物材料具有许多独特优点，如比表面高、强度重量比高、力学性能良好等，因而近年来在许多领域得到广泛应用。微孔聚合物材料的制备方法众多，但通常需要使用对环境有害的挥发性有机溶剂，人们正在寻求更清洁的制备方法。方法之一就是把超临界流体引入到传统的制备方法中作溶剂或增塑剂。超临界二氧化碳(scCO2)具有许多诱人的物理性质，作为一种环境友好的溶剂在微孔聚合物制备中引起了特别关注。目前，scCO2在微孔聚合物材料制备过程中已被成功地用作溶剂、非溶剂或发泡剂。本文用scCO2作为发泡剂或非溶剂分别制得了孔状聚合物微球和微孔膜。
首先，用scCO2作物理发泡剂经快速降压法发泡聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球，发泡后的PMMA微球仍旧保持完好的球形并具有非孔皮层和开孔微孔核心结构。研究了发泡条件如CO2压力、温度和孔生长时间对微球粒径、粒径分布和形貌的影响。结果表明：微球粒径随饱和压力和温度的升高而增大，随孔生长时间的延长而减小。在此基础上，利用相似的方法发泡了交联和未交联的聚苯乙烯微球。结果表明，未交联的聚苯乙烯微球经scCO2处理后，形状已完全改变，微球间相互融合，变成很大的完整块体，有明显的发泡痕迹，泡孔清晰可见；而交联的聚苯乙烯微球在本试验所选条件下发泡后球形保持完好，粒径几乎不变，说明该微球几乎没有被发泡。
利用scCO2做非溶剂诱导聚偏氟乙烯(PVDF]/N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶液发生相转化而制得PVDF微孔膜。所得PVDF膜同时具有液—液分相和结晶作用形成的形貌特性(相互连接的PVDF粒状微晶所包围的蜂窝状结构)。研究了CO2压力、温度和起始聚合物浓度对微孔膜形貌和结构的影响。也研究了在铸膜液中添加与PVDF混溶性良好的聚合物PMMA对膜形貌和结构的影响。结果表明，膜结构随铸膜液中PVDF/PMMA质量比及聚合物浓度的变化而发生显著变化；而CO2压力和温度变化对膜结构和形貌的影响较小。
最后，研究了无机盐添加剂LiCl对scCO2诱导相转化制得的PVDF微孔膜的形貌和晶体结构的影响。结果发现，对不含LiCl的体系-微孔膜显示出液—液相分离和结晶作用两种过程所形成的形貌特性(相互连接的PVDF粒状微晶包围的蜂窝状孔结构)。而对含盐体系，微孔膜内部形成大孔结构。随着LiCl添加量的增大，大孔尺寸先增大后减小。宽角X射线衍射分析表明，从不含盐LiCl体系所制得的膜中PVDF晶体结构为α型(II型)，而由含盐体系所制得的膜中PVDF晶体结构为β型(I型)。感应耦合等离子体质谱分析表明，PVDF微孔膜中仍有约16-22 wt％的LiCl残留。
- 作者：
- 黄师荣
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 核技术及应用
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 吴国忠
- 中图分类号：
- TB383；TB324
- 关键词：
- 孔状微球；微孔膜；二氧化碳；发泡剂
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