“梳型”離子液體聚合物的制備、表征及其應(yīng)用.pdf

1、離子液體具有低蒸汽壓、高穩(wěn)定性及優(yōu)異的電學(xué)性能等特點，在作為綠色溶劑、電解質(zhì)、電極材料、二氧化碳吸附分離材料等方面具有重要的應(yīng)用前景。通過分子設(shè)計，將離子液體制備成可聚合的離子液體單體，進(jìn)而通過聚合得到離子液體聚合物進(jìn)一步拓寬了離子液體的應(yīng)用范圍。然而，離子液體聚合物存在成本高、加工困難等缺點，將離子液體與其他聚合物進(jìn)行共聚得到共聚物能夠解決這一問題，但目前主要以無規(guī)共聚物為主。許多研究表明，將離子液體聚合物設(shè)計為具有特殊結(jié)構(gòu)，如嵌段、

2、接枝、超支化等的共聚物，不僅提高離子液體聚合物的性能，還能擴展其應(yīng)用領(lǐng)域，具有重要的理論和應(yīng)用價值。為此，本論文采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)直接引發(fā)離子液體單體聚合制備了具有梳狀結(jié)構(gòu)的共聚物，系統(tǒng)研究了離子液體的活性自由基聚合行為、共聚物結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系，并將其用于石墨烯分散和二氧化碳?xì)怏w分離，初步探討了具有梳狀的離子液體聚合物在該領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。
　　論文首先利用苯乙烯(St)與對氯甲基苯乙烯(VBC)和甲基丙烯酸2-(2

3、-溴代異丁酰氧基)乙酯(Biem)的無規(guī)共聚制備了兩種大分子引發(fā)劑，即poly(St-co-VBC)和poly(St-co-Biem)，通過控制投料比實現(xiàn)了ATRP引發(fā)活性點密度的調(diào)控，采用傅里葉紅外(FTIR)、核磁共振(1H-NMR)、差示掃描量熱法(DSC)等表征手法對共聚物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明，通過共聚具有ATRP活性基團(tuán)的單體能夠在共聚物鏈上有效的引入ATRP引發(fā)基團(tuán)，通過調(diào)控共聚單體比例能夠控制接枝點密度。

4、　　利用上述的大分子引發(fā)劑，我們采用ATRP直接引發(fā)離子液體單體（1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸鹽）的方法合成了一系列以聚苯乙烯(PS)或poly(St-co-Biem)為主鏈，以離子液體聚合物(PILs)為支鏈的梳型離子液體聚合物，考察了兩種大分子引發(fā)劑活性聚合行為。結(jié)果表明，兩種大分子引發(fā)劑均能有效引發(fā)離子液體單體的聚合得到梳型離子液體聚合物。但兩者活性有所差別，poly(St-co-VBC)活性較低，需在高溫下才能引發(fā)離子液體單

5、體聚合，且產(chǎn)率偏低，而poly(St-co-Biem)能夠在相對較低的溫度下實現(xiàn)離子液體的聚合。通過1H-NMR、FTIR、GPC、X射線光電子能譜(XPS)對梳型離子液體聚合物的結(jié)構(gòu)表征，我們發(fā)現(xiàn)通過改變大分子引發(fā)劑的組成和反應(yīng)時間來控制接枝密度和接枝長度，接枝密度點低的大分子引發(fā)劑有利于制備長側(cè)鏈的共聚物。利用DSC和電化學(xué)阻抗(EIS)對聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和電化學(xué)性能進(jìn)行分析，結(jié)果顯示梳型共聚物與PS相比，玻璃化轉(zhuǎn)變溫

6、度略微升高，特別是當(dāng)離子液體接枝密度高時玻璃化轉(zhuǎn)變溫度變化明顯。此外，接枝的離子液體聚合物大大提高了共聚物的電導(dǎo)率，增加接枝鏈長度以及提高接枝密度均能有效提高其電化學(xué)阻抗性能，而提高接枝密度效果更加明顯。
　　最后，論文還嘗試將合成的梳型離子液體聚合物用于石墨烯在有機溶劑中分散的穩(wěn)定劑和二氧化碳分離膜的添加劑。為此，我們首先將氧化石墨烯在碳酸丙烯酯(PC)溶液中，在梳型離子液體聚合物存在下進(jìn)行原位熱還原，得到了高度穩(wěn)定的還原氧化石