高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明特別涉及高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及應(yīng)用，本發(fā)明以碳微球和表面活性劑構(gòu)成乳液穩(wěn)定劑，獲得油包水高內(nèi)相乳液、進(jìn)一步聚合油相去除水制得高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，該材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，用于油水分離表現(xiàn)出高的吸油容量與快的吸油速率，并且具有良好的氣體滲透性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明特別涉及一種基于油包水高內(nèi)相乳液聚合制備高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及應(yīng)用，具體涉及采用碳微球和表面活性劑司班-80構(gòu)成的乳液穩(wěn)定劑，獲得油包水高內(nèi)相乳液、進(jìn)一步聚合油相去除水制得高孔隙率、超大孔聚苯乙烯以及用作吸油材料方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔聚合物材料的研究在化學(xué)領(lǐng)域一直是一個(gè)熱點(diǎn)。由于高內(nèi)相乳液模板法聚合制備的多孔材料具有低密度和高度多孔性，并且可以通過(guò)調(diào)控乳液方便快捷的對(duì)制得材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。與其它制備多孔材料的方法比如相分離法或溶劑致孔法等相比，該方法由于可以對(duì)材料的孔直徑大小及通道直徑分布進(jìn)行精確控制，所以被認(rèn)為是制備聚合物多孔材料的最有效方法之一。然而利用表面活性劑穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液制得的材料具有機(jī)械強(qiáng)度差，成本高等缺點(diǎn)。近些年，已經(jīng)有一些文獻(xiàn)報(bào)道了利用粒子穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液作為模板合成多孔聚合物材料，這種方法有利于改善材料的機(jī)械強(qiáng)度，降低制備成本。前提是這些固體粒子需要具有恰當(dāng)?shù)谋砻鏉?rùn)濕特性，所以往往需要對(duì)固體粒子表面進(jìn)行表面功能化處理，從而增加了合成的復(fù)雜性。而在本發(fā)明中通過(guò)水熱反應(yīng)制備了一種碳微球，可以通過(guò)改變水熱合成溫度來(lái)調(diào)控表面的潤(rùn)濕特性。制備簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫和。我們利用雙親性碳微球穩(wěn)定的油包水高內(nèi)相乳液聚合獲得了高達(dá)90%的高孔隙率超大孔聚苯乙烯材料，此發(fā)明的公布，可望突破有限種類(lèi)的固體粒子對(duì)于高內(nèi)相乳液模板法制備聚合物多孔材料的限制。并且在碳微球和司班-80共同穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液中，制得的材料孔連通性顯著提高對(duì)于今后發(fā)展高內(nèi)相乳液模板法聚合物多孔材料結(jié)構(gòu)的拓展具有重要的科學(xué)與實(shí)踐意義。在如本發(fā)明中，高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，用于油水分離表現(xiàn)出高的吸油容量與快的吸油速率，并且具有良好的氣體滲透性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是公開(kāi)了一種碳微球的固體粒子穩(wěn)定劑，利用碳微球和表面活性劑共同構(gòu)成的穩(wěn)定劑，獲得油包水高內(nèi)相乳液、進(jìn)一步聚合油相去除水制得高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，該材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，用于油水分離表現(xiàn)出高的吸油容量與快的吸油速率，并且具有良好的氣體滲透性能。本發(fā)明所述的高孔隙率超大孔徑的聚苯乙烯材料的合成，包括如下步驟:將苯乙烯與二乙烯基苯作為油相，將穩(wěn)定劑和引發(fā)劑溶于油相中，將水相加入到上述油相中，在1000轉(zhuǎn)每分鐘的速率下攪拌I分鐘制備油包水的高內(nèi)相乳液，制得的高內(nèi)相乳液在50°c下反應(yīng)20h后，冷凍干燥去除水，制得高孔隙率、超大孔徑的聚苯乙烯材料。
[0004]所述的穩(wěn)定劑由碳微球組成或碳微球與司班-80共同組成。
[0005]所述的穩(wěn)定劑單獨(dú)由碳微球組成時(shí)，形成的乳液聚合得到了高孔隙率、閉合超大孔聚苯乙稀材料。
[0006]所述的穩(wěn)定劑由碳微球和司班-80共同組成時(shí)，形成乳液聚合得到了高度連通的分級(jí)連通孔聚苯乙烯材料。
[0007]采用掃描電鏡(SEM) S-4800觀測(cè)制得材料的孔結(jié)構(gòu)形貌。
[0008]本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，經(jīng)碳微球穩(wěn)定高內(nèi)相乳液獲得了孔隙率高達(dá)90%的超大孔聚苯乙烯材料，孔徑在200-700 μ m之間。
[0009]所述的高孔隙率、閉合超大孔聚苯乙烯材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，用于油水分離表現(xiàn)出高的吸油容量與快的吸油速率。
[0010]所述的高度連通的分級(jí)連通孔聚苯乙烯材料具有良好的氣體滲透性能。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1高孔隙率、閉合超大孔聚苯乙烯材料的掃描電子顯微鏡照片
[0012]圖2高度連通的分級(jí)連通孔聚苯乙烯材料的掃描電子顯微鏡照片
【具體實(shí)施方式】
[0013]下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中的試驗(yàn)材料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為自常規(guī)化學(xué)試劑商店購(gòu)買(mǎi)得到的。所用的吸收有機(jī)物包括甲苯，氯苯，二氯甲烷，四氯化碳，四氫呋喃，乙腈，十氫化萘，乙醇，環(huán)己烷等。對(duì)上述這些油類(lèi)進(jìn)行了吸收能力測(cè)試。以下主要以吸收甲苯為例，便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。
[0014]實(shí)施案例1、應(yīng)用所述的高孔隙率、閉合超大孔聚苯乙烯材料的制備與油水分離性會(huì)K
[0015](I)所述的高孔隙率、閉合超大孔聚苯乙烯材料的制備
[0016]利用酵母菌水熱碳化得到碳微球(具體制備方法見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200910237792.3)，然后將2mL苯乙烯與二乙烯基苯(體積比為9: I)作為油相，0.2g碳微球和0.0lg引發(fā)劑偶氮二異庚腈溶于油相中，將占總體積比為ISmL的水加入到上述油相中，在1000轉(zhuǎn)每分鐘的速率下攪拌I分鐘制備油包水的高內(nèi)相乳液，制得的高內(nèi)相乳液在50°C下反應(yīng)20h后，冷凍干燥去除水，制得閉合超大孔高孔隙率聚苯乙烯材料。
[0017](2)油水分離性能
[0018]將一定量的甲苯和水混合，切一小塊I X I X Icm材料下來(lái)，放入混合液中，在吸收達(dá)到飽和之后收集樣品，測(cè)試其體積和質(zhì)量的變化，分別計(jì)算其質(zhì)量吸收能力，體積吸收能力，以及膨脹率。吸收結(jié)束后材料吸收了 30g/g的甲苯試劑，而且在60s內(nèi)吸收完全。
[0019]實(shí)施案例2、高度連通的分級(jí)連通孔聚苯乙烯材料的制備與氣體滲透性能
[0020](I)高度連通的分級(jí)連通孔聚苯乙烯材料的制備
[0021]將酵母菌水熱碳化得到碳微球(具體制備方法見(jiàn)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200910237792.3)，然后將0.3g碳微球和0.5mL表面活性劑司班-80和0.0lg的引發(fā)劑偶氮二異庚腈分散到4mL苯乙烯和二乙烯基苯(體積比1:1)的混合物中。然后32mL水添加到上述溶液中，在1000轉(zhuǎn)每分鐘的速率下攪拌I分鐘制備油包水的高內(nèi)相乳液，制得的高內(nèi)相乳液在50°C下反應(yīng)20h后，冷凍干燥去除水，制得高度連通的分級(jí)連通孔聚苯乙烯材料。
[0022](2)氣體滲透性能測(cè)試
[0023]根據(jù)達(dá)西定律利用壓力上升技術(shù)測(cè)試氣體滲透性能，測(cè)得氮?dú)鈿怏w滲透系數(shù)為1.35達(dá)西。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及應(yīng)用，其特征在于合成方法新穎獨(dú)特、操作方便、制得材料應(yīng)用性能好。所述高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的制備方法包括以下步驟:將苯乙烯與二乙烯基苯作為油相，將乳液穩(wěn)定劑和引發(fā)劑偶氮二異庚腈溶于油相中，將水相加入到上述油相中，攪拌，制得油包水的高內(nèi)相乳液； 乳液反應(yīng)后，干燥得高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料； 所得材料具有親油疏水能力，用作吸油材料處理水體表面的有機(jī)污染物； 所得材料具有良好的氣體滲透性能。2.如權(quán)利要求1所述的高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，其特征在于:所述的乳液穩(wěn)定劑由碳微球或碳微球與表面活性劑司班-80共同構(gòu)成。3.如權(quán)利要求1-2所述的高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，其特征在于:乳液穩(wěn)定劑單獨(dú)由碳微球組成時(shí)，形成的高內(nèi)相乳液聚合得到了高孔隙率、閉合的超大孔聚苯乙烯材料。其所述可吸收的油類(lèi)包括原油，汽油，柴油，煤油，機(jī)油。所述的有機(jī)污染物包括甲苯，氯苯，二氯甲烷，四氯化碳，四氫呋喃，乙腈，十氫化萘，乙醇，環(huán)己烷等。4.如權(quán)利要求1-2所述的高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，其特征在于:穩(wěn)定劑由碳微球和表面活性劑司班-80共同組成時(shí)，形成的乳液聚合得到了高度連通的分級(jí)大孔聚苯乙烯材料。所得材料具有良好的氣體滲透性能。
【文檔編號(hào)】C08J9/28GK105884952SQ201510006645
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月7日
【發(fā)明人】周克斌, 于淑貞
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大學(xué)