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聚苯乙烯基高分子微球因其物理特征和化学可修饰性,在诸多技术领域有较大的应用前景。因而其制备与应用拓展已成为材料研究领域的热点。磺化聚苯乙烯微球是聚苯乙烯基微球中一种重要品种,其制备方法主要是通过加入浓硫酸或其他硫酸盐对聚苯乙烯微球进行表面修饰。由于工艺过程使用浓硫酸易造成设备腐蚀和污染环境,且磺化后磺酸基仅存在于微球的表面、磺酸基量不易控制等缺点。本论文以碳酸钙为载体,利用对乙烯苯磺酸进行表面修饰,而后再用苯乙烯、二乙烯基苯、过氧化二苯甲酰在碳酸钙表面吸附交联,得到聚苯乙烯基包覆的碳酸钙微球。将聚苯乙烯基包覆的碳酸钙微球进行酸化处理和中温炭化处理分别获得磺化聚苯乙烯空心微球(SPS-HMs)和炭化磺化聚苯乙烯实心微球(CSPS-SMs)。以SPS-HMs和CSPS-SMs为基材在催化和复合材料方面开展了以下工作:1、聚苯乙烯基微球的制备(1)SPS-HMs先将对乙烯苯磺酸对碳酸钙进行修饰,再加入苯乙烯、二乙烯基苯和自由基引发剂对修饰碳酸钙表面进行交联包覆得到产物后,再用浓盐酸对其进行酸化制得磺化空心微球并对其结构和性能进行检测分析。OM和SEM测试结果表明,聚苯乙烯基包覆材料的形状为球形或近球形;IR、XPS以及EDX分析结果表明,聚苯乙烯基微球的磺酸基在球的内表面;(2)CSPS-SMs先将对乙烯苯磺酸对碳酸钙进行修饰,再加入苯乙烯、二乙烯基苯和自由基引发剂对修饰碳酸钙表面进行交联包覆得到产物后,在氮气氛围,程序升温下炭化14h,制得聚苯乙烯包覆的碳酸钙炭化微球。OM和SEM测试结果表明,聚苯乙烯炭化材料的形状为球形或近球形;IR检测分析可知,CSPS-SMs中含有磺酸基的存在;XPS和EDX测试表明,在CSPS-SMs的外表面没有发现磺酸基的存在,而红外谱分析中表明球体存在磺酸基,因此,磺酸基在微球的内表面,不会影响高分子材料加工稳定性。2、SPS-HMs在有机催化中的应用(1)利用SPS-HMs作为催化剂对环己酮和乙二醇缩酮反应的转化率问题,考察了催化剂用量、反应温度、反应时间、物料配比以及重复利用次数对收率的影响问题。研究发现:当催化剂用量为0.5%(环己酮质量来计量),反应时间为2h,环己酮与乙二醇的物料比为1:1.2,反应温度为100℃时,缩酮的转化率达到99.9%。比常用的缩酮催化剂的催化效率高,且SPS-HMs催化性能稳定。(2)利用SPS-HMs作为五倍子单宁酸的水解催化剂,考察了催化剂用量、反应温度、反应时间、物料配比以及重复利用次数对其水解收率的问题。实验结果表明:当催化剂用量为7%(按单宁酸质量来计量),反应时间为6h,反应温度为80℃,物料比为1:3时,其没食子酸的产率能达到96.99%。相比目前常用的催化剂其所得到的产率要高,废水排放少。3、CSPS-SMs在复合材料中的应用(1)以CSPS-SMs和PA66为原料,通过熔融共混法制备了 CSPS-SMs/PA66复合材料,并研究了复合材料的结构和性能。TGA测试结果表明CSPS-SMs/PA66复合材料具有较好的热降解稳定性;IR分析结果表明CSPS-SMs在共混挤出过程中与PA66发生了界面作用;同时,DSC、DMA、热变形以及维卡软化点温度测试分析的结果表明CSPS-SMs/PA66复合材料的熔融温度、结晶温度、储能模量、玻璃化转变温度、热变形以及维卡软化点温度高于纯PA66;力学性能结果分析表明:当CSPS-SMs用量为5 phr时制备的炭化CSPS-SMs/PA66复合材料与纯PA66相比其拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弹性模量分别上升了 13.88 MPa、1.02 kJ/m2、7.4 MPa和0.24 GPa;SEM冲击断面结果分析表明CSPS-SMs/PA66复合材料中球表面与基体界面相容性作用好。(2)以CSPS-SMs和PC为原料,通过熔融共混法制备了 CSPS-SMs/PC复合材料,并研究了复合材料的力学性能。SEM冲击断面结果分析表明:CSPS-SMs/PC复合材料与硬脂酸、铝酸酯和钛酸酯修饰的碳酸钙/PC复合材料进行对比,其粒子分散均匀,没有出现孔洞和粒子脱落现象;力学性能结果分析表明:随着CSPS-SMs用量的增加,CSPS-SMs/PC复合材料的拉伸强度和弯曲强度呈现先上升后下降的趋势;当加入3份CSPS-SMs时,CSPS-SMs/PC复合材料与其他修饰剂修饰碳酸钙所制备的PC复合材料进行对比其拉伸强度、弯曲强度、弹性模量都有明显的上升。(3)通过开炼机湿法混炼方法制备了 CSPS-SMs/NBR复合材料。无转子硫化仪实验结果表明:随着CSPS-SMs用量的增加,CSPS-SMs/NBR复合材料的最小扭矩、最大扭矩、扭矩差呈现先增加后下降的趋势。交联密度结果分析表明:随着CSPS-SMs用量的增加,CSPS-SMs/NBR复合材料交联密度呈现上升的趋势;力学性能结果分析表明湿法混炼法比干法混炼法所制备的CSPS-SMs/NBR复合材料的力学性能好;随着CSPS-SMs用量的增加,CSPS-SMs/NBR复合材料的拉伸强度、扯断伸长率呈现先增大后下降的趋势,300%定伸应力呈现上升的趋势;当含对乙烯苯磺酸量为7%的CSPS-SMs用量为100 phr时,其CSPS-SMs/NBR复合材料的拉伸强度、扯裂伸长率与纯NBR相比分别提高了 213.6%和170.9%;SEM冲击断面结果分析表明:CSPS-SMs/NBR复合材料,其粒子分散均匀,没有出现孔洞和粒子脱落现象。