高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及應(yīng)用
【專利摘要】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械強度，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。
【專利說明】
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)域一直是一個熱點。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，并且可以通過調(diào)控乳液方便快捷的對制得材料的結(jié)構(gòu)進行控制。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，該方法由于可以對材料的孔直徑大小及通道直徑分布進行精確控制，所以被認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械強度差，成本高等缺點。近些年，已經(jīng)有一些文獻報道了利用粒子穩(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械強度，降低制備成本。前提是這些固體粒子需要具有恰當?shù)谋砻鏉櫇裉匦?，所以往往需要對固體粒子表面進行表面功能化處理，從而增加了合成的復(fù)雜性。而在本發(fā)明中通過水熱反應(yīng)制備了一種碳微球，可以通過改變水熱合成溫度來調(diào)控表面的潤濕特性。制備簡單，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，可望突破有限種類的固體粒子對于高內(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械強度，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)問題是公開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械強度，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)定劑單獨由碳微球組成時，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，形成乳液聚合得到了高度連通的分級連通孔聚苯乙烯材料。
[0007]采用掃描電鏡(SEM) S-4800觀測制得材料的孔結(jié)構(gòu)形貌。
[0008]本發(fā)明的制備方法簡單，經(jīng)碳微球穩(wěn)定高內(nèi)相乳液獲得了孔隙率高達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械強度，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連通孔聚苯乙烯材料具有良好的氣體滲透性能。
【附圖說明】
[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高度連通的分級連通孔聚苯乙烯材料的掃描電子顯微鏡照片
【具體實施方式】
[0013]下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中的試驗材料，如無特殊說明，均為自常規(guī)化學(xué)試劑商店購買得到的。所用的吸收有機物包括甲苯，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。對上述這些油類進行了吸收能力測試。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(具體制備方法見中國發(fā)明專利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，放入混合液中，在吸收達到飽和之后收集樣品，測試其體積和質(zhì)量的變化，分別計算其質(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]實施案例2、高度連通的分級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(具體制備方法見中國發(fā)明專利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連通孔聚苯乙烯材料。
[0022](2)氣體滲透性能測試
[0023]根據(jù)達西定律利用壓力上升技術(shù)測試氣體滲透性能，測得氮氣氣體滲透系數(shù)為1.35達西。
【主權(quán)項】
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)定劑單獨由碳微球組成時，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包括原油，汽油，柴油，煤油，機油。所述的有機污染物包括甲苯，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，形成的乳液聚合得到了高度連通的分級大孔聚苯乙烯材料。所得材料具有良好的氣體滲透性能。
【文檔編號】C08J9/28GK105884952SQ201510006645
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月7日
【發(fā)明人】周克斌, 于淑貞
【申請人】中國科學(xué)院大學(xué)