离子液体聚合物接枝改性无机纳米粒子及其在聚合物ScCO2发泡中的应用研究

采用环境友好的超临界二氧化碳取代传统发泡剂是聚合物发泡工艺发展的必然趋势之一。针对二氧化碳在聚合物中溶解能力差，成核效率低等问题，提出利用离子液体聚合物（具有极强的吸附二氧化碳能力）接枝改性的无机纳米粒子，既增加二氧化碳的溶解度，又充分发挥无机纳米粒子的异相成核作用，避免传统聚合物相增溶导致的二氧化碳富集区成核问题，提高成核效率和泡孔密度。以聚合物纳米支持膜系统（由基材和基材上的高分子薄膜构成，分别模拟纳米粒子表面及接枝聚合物）实现接枝离子液体聚合物的性质及二氧化碳在离子液体聚合物中富集的定量表征。系统研究离子液体聚合物的相态尺寸及分子链段运动能力、界面层性质（涉及异相成核点和成核效率问题）的调控理论和方法，揭示其对聚合物发泡的作用机理,掌握调控规律。本课题的研究不仅会大大推进超临界二氧化碳在聚合物发泡领域中的实用化进程，还能为高性能纳米复合发泡材料的设计和制备提供理论指导和实验依据。

采用超临界二氧化碳制备泡孔尺寸小，泡孔密度高的聚合物发泡材料是该领域的必然发展趋势之一。开发结构可控、成核效率高的无机成核剂是实现这一目标的有效途径。本项目将一种具有强吸附二氧化碳能力的离子液体聚合物应用到聚合物超临界二氧化碳（scCO2）微孔发泡中，系统地研究了离子液体聚合物对scCO2的富集、无机纳米粒子分散及异相成核、聚合物发泡材料泡孔形貌的影响规律。项目首先将离子液体通过共聚的方法引入到聚苯乙烯基体中，发现离子液体聚合物段能够增加scCO2在聚合物基体中的溶解度，所制备的发泡材料泡孔尺寸小、泡孔密度高；进一步将离子液体聚合物采用ATRP的方法接枝到纳米二氧化硅粒子的表面。研究发现，离子液体聚合物能够实现scCO2在纳米二氧化硅表面的局部富集，与传统改性的纳米二氧化硅粒子相比，其异相成核效率大大增加，研究结果表明实现scCO2在无机纳米粒子表面的富集是提高其异相成核效率的有效方法之一；本项目还将离子液体接枝在氧化石墨烯表面， 考察了接枝改性氧化石墨烯的化学还原过程以及对二氧化碳的吸附行为。结果表明，接枝离子液体的氧化石墨烯通过控制还原时间能实现部分还原，还原后的石墨烯既具有一定的导电性又具有良好的水溶性。同时接枝的离子液体聚合物大大提高了石墨烯的二氧化碳吸附性能。在以石墨烯作为异相成核剂的聚合物scCO2微孔发泡研究中，我们首先研究了氧化石墨烯片层的异相成核作用，发现氧化石墨烯具有一定的成核作用，但其在聚苯乙烯基体中的分散较差，降低了其成核效率。为此，本项目利用离子液体单体为反应型表面活性剂采用无皂乳液聚合物制备了表面带正电荷的聚合物乳胶粒子，利用其与氧化石墨烯静电组装作用实现了氧化石墨烯和石墨烯的均匀分散， 并考察了均匀分散的氧化石墨烯及石墨烯片层在聚合物scCO2发泡中的异相成核作用。为进一步研究离子液体聚合物改性无机纳米粒子与聚合物基体界面相互作用对异相成核的影响，制备了含离子液体聚合物段的嵌段共聚物，调控了两嵌段的组成比例。在利用聚合物支持膜体系研究界面相互作用方面，建立了纳米空洞愈合法研究聚合物薄膜表面链段运动的方法，并利用该方法研究了scCO2作用下聚合物链段的运动规律，为后续研究打下基础。综上，通过项目的研究，基本完成了项目的主要研究内容，实现了研究目标，取得了一定的研究成果。

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