CN105884952A - 高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及应用，本发明以碳微球和表面活性剂构成乳液稳定剂，获得油包水高内相乳液、进一步聚合油相去除水制得高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，该材料具有良好的机械强度，用于油水分离表现出高的吸油容量与快的吸油速率，并且具有良好的气体渗透性能。

Description

高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及应用
技术领域
本发明特别涉及一种基于油包水高内相乳液聚合制备高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及应用，具体涉及采用碳微球和表面活性剂司班-80构成的乳液稳定剂，获得油包水高内相乳液、进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应用。
背景技术
多孔聚合物材料的研究在化学领域一直是一个热点。由于高内相乳液模板法聚合制备的多孔材料具有低密度和高度多孔性，并且可以通过调控乳液方便快捷的对制得材料的结构进行控制。与其它制备多孔材料的方法比如相分离法或溶剂致孔法等相比，该方法由于可以对材料的孔直径大小及通道直径分布进行精确控制，所以被认为是制备聚合物多孔材料的最有效方法之一。然而利用表面活性剂稳定的高内相乳液制得的材料具有机械强度差，成本高等缺点。近些年，已经有一些文献报道了利用粒子稳定的高内相乳液作为模板合成多孔聚合物材料，这种方法有利于改善材料的机械强度，降低制备成本。前提是这些固体粒子需要具有恰当的表面润湿特性，所以往往需要对固体粒子表面进行表面功能化处理，从而增加了合成的复杂性。而在本发明中通过水热反应制备了一种碳微球，可以通过改变水热合成温度来调控表面的润湿特性。制备简单，反应温和。我们利用双亲性碳微球稳定的油包水高内相乳液聚合获得了高达90％的高孔隙率超大孔聚苯乙烯材料，此发明的公布，可望突破有限种类的固体粒子对于高内相乳液模板法制备聚合物多孔材料的限制。并且在碳微球和司班-80共同稳定的高内相乳液中，制得的材料孔连通性显著提高对于今后发展高内相乳液模板法聚合物多孔材料结构的拓展具有重要的科学与实践意义。在如本发明中，高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料具有良好的机械强度，用于油水分离表现出高的吸油容量与快的吸油速率，并且具有良好的气体渗透性能。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开了一种碳微球的固体粒子稳定剂，利用碳微球和表面活性剂共同构成的稳定剂，获得油包水高内相乳液、进一步聚合油相去除水制得高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，该材料具有良好的机械强度，用于油水分离表现出高的吸油容量与快的吸油速率，并且具有良好的气体渗透性能。本发明所述的高孔隙率超大孔径的聚苯乙烯材料的合成，包括如下步骤：将苯乙烯与二乙烯基苯作为油相，将稳定剂和引发剂溶于油相中，将水相加入到上述油相中，在1000转每分钟的速率下搅拌1分钟制备油包水的高内相乳液，制得的高内相乳液在50℃下反应20h后，冷冻干燥去除水，制得高孔隙率、超大孔径的聚苯乙烯材料。
所述的稳定剂由碳微球组成或碳微球与司班-80共同组成。
所述的稳定剂单独由碳微球组成时，形成的乳液聚合得到了高孔隙率、闭合超大孔聚苯乙烯材料。
所述的稳定剂由碳微球和司班-80共同组成时，形成乳液聚合得到了高度连通的分级连通孔聚苯乙烯材料。
采用扫描电镜(SEM)S-4800观测制得材料的孔结构形貌。
本发明的制备方法简单，经碳微球稳定高内相乳液获得了孔隙率高达90％的超大孔聚苯乙烯材料，孔径在200-700μm之间。
所述的高孔隙率、闭合超大孔聚苯乙烯材料具有良好的机械强度，用于油水分离表现出高的吸油容量与快的吸油速率。
所述的高度连通的分级连通孔聚苯乙烯材料具有良好的气体渗透性能。
附图说明
图1高孔隙率、闭合超大孔聚苯乙烯材料的扫描电子显微镜照片
图2高度连通的分级连通孔聚苯乙烯材料的扫描电子显微镜照片
具体实施方式
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中的试验材料，如无特殊说明，均为自常规化学试剂商店购买得到的。所用的吸收有机物包括甲苯，氯苯，二氯甲烷，四氯化碳，四氢呋喃，乙腈，十氢化萘，乙醇，环己烷等。对上述这些油类进行了吸收能力测试。以下主要以吸收甲苯为例，便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。
实施案例1、应用所述的高孔隙率、闭合超大孔聚苯乙烯材料的制备与油水分离性能
(1)所述的高孔隙率、闭合超大孔聚苯乙烯材料的制备
利用酵母菌水热碳化得到碳微球(具体制备方法见中国发明专利200910237792.3)，然后将2mL苯乙烯与二乙烯基苯(体积比为9∶1)作为油相，0.2g碳微球和0.01g引发剂偶氮二异庚腈溶于油相中，将占总体积比为18mL的水加入到上述油相中，在1000转每分钟的速率下搅拌1分钟制备油包水的高内相乳液，制得的高内相乳液在50℃下反应20h后，冷冻干燥去除水，制得闭合超大孔高孔隙率聚苯乙烯材料。
(2)油水分离性能
将一定量的甲苯和水混合，切一小块1×1×1cm材料下来，放入混合液中，在吸收达到饱和之后收集样品，测试其体积和质量的变化，分别计算其质量吸收能力，体积吸收能力，以及膨胀率。吸收结束后材料吸收了30g/g的甲苯试剂，而且在60s内吸收完全。
实施案例2、高度连通的分级连通孔聚苯乙烯材料的制备与气体渗透性能
(1)高度连通的分级连通孔聚苯乙烯材料的制备
将酵母菌水热碳化得到碳微球(具体制备方法见中国发明专利200910237792.3)，然后将0.3g碳微球和0.5mL表面活性剂司班-80和0.01g的引发剂偶氮二异庚腈分散到4mL苯乙烯和二乙烯基苯(体积比1∶1)的混合物中。然后32mL水添加到上述溶液中，在1000转每分钟的速率下搅拌1分钟制备油包水的高内相乳液，制得的高内相乳液在50℃下反应20h后，冷冻干燥去除水，制得高度连通的分级连通孔聚苯乙烯材料。
(2)气体渗透性能测试
根据达西定律利用压力上升技术测试气体渗透性能，测得氮气气体渗透系数为1.35达西。

Claims (4)

1.高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的合成及应用，其特征在于合成方法新颖独特、操作方便、制得材料应用性能好。所述高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料的制备方法包括以下步骤：将苯乙烯与二乙烯基苯作为油相，将乳液稳定剂和引发剂偶氮二异庚腈溶于油相中，将水相加入到上述油相中，搅拌，制得油包水的高内相乳液；
乳液反应后，干燥得高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料；
所得材料具有亲油疏水能力，用作吸油材料处理水体表面的有机污染物；
所得材料具有良好的气体渗透性能。
2.如权利要求1所述的高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，其特征在于：所述的乳液稳定剂由碳微球或碳微球与表面活性剂司班-80共同构成。
3.如权利要求1-2所述的高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，其特征在于：乳液稳定剂单独由碳微球组成时，形成的高内相乳液聚合得到了高孔隙率、闭合的超大孔聚苯乙烯材料。其所述可吸收的油类包括原油，汽油，柴油，煤油，机油。所述的有机污染物包括甲苯，氯苯，二氯甲烷，四氯化碳，四氢呋喃，乙腈，十氢化萘，乙醇，环己烷等。
4.如权利要求1-2所述的高孔隙率、超大孔聚苯乙烯材料，其特征在于：稳定剂由碳微球和表面活性剂司班-80共同组成时，形成的乳液聚合得到了高度连通的分级大孔聚苯乙烯材料。所得材料具有良好的气体渗透性能。
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