聚乙烯醇極性泡沫材料的綠色制備機(jī)理研究結(jié)題摘要

高性能、多功能、環(huán)保型極性泡沫塑料，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高科技領(lǐng)域迫切需要的關(guān)鍵材料。聚乙烯醇（PVA）是一種多羥基強(qiáng)極性高分子，具良好離子交換、絡(luò)合、螯合、物理吸附性，良好耐熱性，優(yōu)異力學(xué)性能，在一定條件下可生物降解，生物相容性好，可與多種有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物及生物材料共混復(fù)合，可望制備高性能、多功能、環(huán)保型泡沫塑料。但PVA熔點(diǎn)與分解溫度接近，難以熱塑加工，其泡沫材料的制備多基于溶液法，如溶液機(jī)械攪拌或化學(xué)發(fā)泡方法，不利于發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，制備高性能和多功能的泡沫材料，迫切需要建立PVA 極性泡沫材料制備新技術(shù)新原理。 本項(xiàng)目以建立一種簡(jiǎn)單、清潔的PVA極性泡沫材料綠色制備新技術(shù)新原理為目標(biāo)，按計(jì)劃認(rèn)真開(kāi)展研究工作，取得系統(tǒng)的、有特色的創(chuàng)新性研究成果，出色完成研究計(jì)劃，全面達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。1、以?xún)r(jià)格低廉、無(wú)毒，無(wú)污染的水為增塑劑兼物理發(fā)泡劑，通過(guò)水與PVA間氫鍵作用，抑制PVA自身分子內(nèi)和分子間氫鍵，降低PVA熔點(diǎn)，獲得80℃以上熱塑加工窗口，實(shí)現(xiàn)了改性PVA的熔融塑化；并利用水的降壓汽化原理，實(shí)現(xiàn)了水在PVA 熔體中的發(fā)泡；2、深入研究了體系中水與PVA間相互作用，水狀態(tài)及與水含量、溫度場(chǎng)等的關(guān)系，闡述了水對(duì)PVA的增塑機(jī)理；3、系統(tǒng)研究了發(fā)泡體系中水汽化的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及影響因素，PVA 熔體的熔體強(qiáng)度及調(diào)控、對(duì)氣泡形成和增長(zhǎng)的影響，泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控及穩(wěn)定，建立了水發(fā)泡與水狀態(tài)間的關(guān)系，闡明了水在PVA熔體中的汽化（發(fā)泡）機(jī)理；4、通過(guò)調(diào)控發(fā)泡劑體系、水含量、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、成核劑種類(lèi)及含量等，及采用不同分子量PVA共混和交聯(lián)，調(diào)控PVA中水狀態(tài)及其蒸發(fā)速率、PVA 熔體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了水的可控釋放，泡孔的可控增長(zhǎng)與固定，制備了泡孔結(jié)構(gòu)可控、孔徑分布均勻、模量可調(diào)的PVA極性泡沫材料。 與PVA傳統(tǒng)溶液機(jī)械發(fā)泡法或化學(xué)發(fā)泡法制備工藝相比，以水為增塑劑兼物理發(fā)泡劑，通過(guò)熔融發(fā)泡，制備PVA泡沫材料，是一種清潔、高效、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的PVA極性泡沫材料綠色制備技術(shù)，易于規(guī)模化生產(chǎn)，并可根據(jù)需要生產(chǎn)不同形狀的泡沫制品，在外科敷料、藥物釋放、包裝、儲(chǔ)冷保鮮、廢水處理、隔聲降噪等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表學(xué)術(shù)期刊論文5篇（SCI 收錄4篇，EI收錄2篇），國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議論文2篇（其中邀請(qǐng)報(bào)告1篇），獲準(zhǔn)授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)。

高性能、多功能、環(huán)保型極性泡沫塑料，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高科技領(lǐng)域迫切需要的關(guān)鍵材料。聚乙烯醇（PVA）極性強(qiáng)、強(qiáng)度高、生物相容性好、在一定條件下可生物降解，可望制備高性能、多功能、環(huán)保型泡沫塑料。本項(xiàng)目擬針對(duì)PVA熔點(diǎn)與分解溫度接近，傳統(tǒng)溶液機(jī)械攪拌或化學(xué)發(fā)泡方法不利于發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)的問(wèn)題，提出以水為增塑劑兼物理發(fā)泡劑，通過(guò)熔融發(fā)泡，制備PVA泡沫材料的綠色發(fā)泡技術(shù)，深入研究其制備機(jī)理，包括水與PVA間氫鍵作用、水在PVA中的狀態(tài)及與體系組分、溫度、壓力間的關(guān)系、對(duì)PVA熱塑加工性能的影響，PVA的熔體強(qiáng)度，水在PVA熔體中汽化（發(fā)泡）的熱力學(xué)（蒸發(fā)焓）、動(dòng)力學(xué)（蒸發(fā)速率）及影響因素，建立泡孔結(jié)構(gòu)與水含量、PVA熔體強(qiáng)度、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、冷卻速率間的關(guān)系，為在加工中實(shí)現(xiàn)水的可控發(fā)泡，制備泡孔結(jié)構(gòu)可控、孔徑分布均勻的PVA極性泡沫材料提供理論指導(dǎo)，具有重要意義。

本項(xiàng)目研究鋁電解雙極性惰性電極的制備及腐蝕機(jī)理。采用粉末冶金的方法和真空感應(yīng)熔煉的方法制備N(xiāo)i-Al-Fe-Cu系合金陽(yáng)極，該陽(yáng)極具有鋁遷移功能。采用熱壓的方法制備多孔的TiB2陰極。采用機(jī)械的方法或熱擠壓的方法將陽(yáng)極和陰極復(fù)合在一起。在電解過(guò)程中，在陰極析出的鋁部分可穿過(guò)陽(yáng)極，遷移到陽(yáng)極反應(yīng)面，形成氧化物保護(hù)膜，保護(hù)陽(yáng)極。本項(xiàng)目著重研究鋁在陽(yáng)極中的遷移機(jī)理，通過(guò)控制陽(yáng)極結(jié)構(gòu)來(lái)控制遷移速度。研究陽(yáng)極氧化膜的形成與溶解機(jī)理，以控制其溶解速度。使鋁的遷移速度與氧化膜的生成速度、溶解速度相匹配。雙極性電極的使用可以解決惰性陽(yáng)極連接困難的問(wèn)題，對(duì)惰性電極電解槽的研制具有促進(jìn)作用。為解決鋁電解工業(yè)的節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題具有重要的意義。

聚乙烯醇是一類(lèi)工業(yè)應(yīng)用廣泛的水溶性合成高分子；它在涂料、造紙、粘結(jié)、表面活性劑等領(lǐng)域的應(yīng)用與它的溶液、熔體的性能密切相關(guān)。在聚乙烯醇主鏈中引入支化結(jié)構(gòu)，可有效調(diào)控其溶液、熔體性能，拓展聚乙烯醇的應(yīng)用范圍，發(fā)展新材料。在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下，本項(xiàng)目系統(tǒng)開(kāi)展了支化聚乙烯醇制備方法學(xué)、聚乙烯醇近程結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系及聚乙烯醇基功能材料的研究工作，具體內(nèi)容包括： （1）設(shè)計(jì)合成出由酰胺鍵橋接可聚合基團(tuán)（雙鍵）及鏈轉(zhuǎn)移基團(tuán)（黃原酸酯基團(tuán)）的支化單體 — N-烯丙基-（2-乙基黃原酸基）-丙酰胺（NAPA）和由羧酸酯鍵橋接的支化單體 — 2-（2-乙基黃原酸基）丙酰氧基丙烯酸乙酯（ETcPE）；通過(guò)對(duì)支化單體在醇解條件下穩(wěn)定性的研究，掌握并建立了保持醇解過(guò)程中支化點(diǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)。 （2）結(jié)合“活性”/可控自由基聚合物法與自縮合乙烯基共聚合法，以NAPA或ETcPE為支化單體與乙烯酯類(lèi)單體共聚合成出具有支化結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體；建立了通過(guò)線(xiàn)性鏈轉(zhuǎn)移劑與支化單體復(fù)配，同步調(diào)控聚合物支化結(jié)構(gòu)和分子量的方案；揭示了聚合過(guò)程中支化結(jié)構(gòu)的演化和發(fā)展規(guī)律；建立了通過(guò)選擇性醇解制備支化聚乙烯醇的方案。 （3）探索、發(fā)展了基于氧化-還原引發(fā)型自縮合乙烯基共聚合制備支化聚乙酸乙烯酯及支化聚乙烯醇的方案，揭示了聚合過(guò)程中支化結(jié)構(gòu)的演化與發(fā)展規(guī)律；建立了基于已商業(yè)化支化單體（DMAEMA）和氧化-還原引發(fā)的常規(guī)自由基聚合、快速、高效合成高分子量支化聚合物的方案，豐富了乙烯基單體支化聚合方法學(xué)。 （4）系統(tǒng)研究了聚乙烯醇近程結(jié)構(gòu)（支化結(jié)構(gòu)、共聚單體含量、乙酰氧酯基序列分布等）對(duì)聚乙烯醇聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及性能的影響規(guī)律。進(jìn)一步發(fā)展出表面活性劑用聚乙烯醇基功能材料及面向環(huán)境凈化用聚乙烯醇多孔材料。 本項(xiàng)目發(fā)表學(xué)術(shù)論文6篇，會(huì)議論文4篇，獲準(zhǔn)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，圓滿(mǎn)王城項(xiàng)目計(jì)劃研究?jī)?nèi)容，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。相關(guān)研究成果為設(shè)計(jì)、發(fā)展新型聚乙酸乙烯酯材料、聚乙烯醇材料積累了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供了基礎(chǔ)研究理論和方法。