[發明專利]一種超交聯多孔聚合物纖維及制備方法

有效

• 申請號: 202110886513.7
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113529205B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 張寶亮;王繼啟;張云飛;劉逸凡;溫煦;劉蘇瑤
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: D01F6/94
• 分類號: D01F6/94;D01F1/10;D01F11/08;D01F9/24
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種超交聯多孔聚合物纖維及制備方法，將大分子單體和催化劑溶解在良溶劑1,2－二氯乙烷中，隨后加至非良溶劑二甲基硅油中，受溶解度差異影響，大分子單體析出，在機械攪拌的取向拉伸作用下形成細絲，二甲基硅油能夠將拉伸而成的細絲分隔開，液態細絲得以穩定存在于反應體系中，最終在催化劑的作用下發生超交聯反應，固化形成超交聯多孔聚合物纖維。該方法可實現具有較大尺寸(毫米級長度，微米級直徑)、大長徑比、高比表面積超交聯聚合物纖維的快速合成，所得材料在水體污染物去除、氣體吸附分離、蛋白印跡載體等領域可得到廣泛應用，且可經碳化后轉化為多孔碳纖維使用。

技術領域

本發明屬于多孔聚合物材料領域，涉及一種超交聯多孔聚合物纖維及制備方法。

背景技術

超交聯聚合物是由剛性芳香族單體通過付-克烷基化反應形成的具有橋連網狀結構的一類多孔聚合物材料，具有質輕、孔結構可控、比表面積大、好的熱穩定性和化學穩定性等優點，因而被廣泛應用于水處理、多相催化、氣體吸附與分離等領域。其中，超交聯聚合物纖維擁有區別于顆粒狀材料的一維結構，易于進一步通過搭接纏繞組裝成三維網絡，力學性能顯著增強，在應用過程中表現出更明顯的優勢。因此，開發超交聯聚合物纖維的合成方法對于制備高性能多孔聚合物材料具有重要意義。

超交聯聚合物纖維的合成策略以模板法為主，通常是在反應體系中加入模板劑，芳香族小分子單體在模板劑表面聚合，形成纖維結構(Polym.Chem.2019,10,4239；ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,20779)。或者通過有機合成手段先制備瓶刷狀共聚物前驅體，以其主鏈作為模板，其側鏈的大量芳環在外交聯劑的作用下編織形成超交聯結構，得到超交聯聚合物纖維，但該方法制備過程中需要用到RAFT控制聚合，技術難度大，制備效率低，不適用于大規模制備(Polym.Chem.,2016,7,4975)。目前，還尚未見到以芳香族大分子為單體，通過簡單一步法合成超交聯聚合物纖維的報道，該發明有望進一步豐富超交聯聚合物纖維的合成方法。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種超交聯多孔聚合物纖維及制備方法，以含有氯芐基或溴芐基的芳香族大分子為單體制備超交聯聚合物纖維的新策略。將大分子單體與催化劑一同溶解在良溶劑1,2－二氯乙烷中，隨后加至非良溶劑二甲基硅油中，受溶解度差異影響，大分子單體析出，在機械攪拌的取向拉伸作用下形成細絲，二甲基硅油能夠將拉伸而成的細絲分隔開，液態細絲得以穩定存在于反應體系中而不發生聚并，最終在催化劑的作用下進行超交聯反應，固化形成超交聯多孔聚合物纖維。該方法可實現具有較大尺寸(毫米級長度，微米級直徑)、大長徑比、高比表面積超交聯聚合物纖維的快速合成。

技術方案

一種超交聯多孔聚合物纖維，其特征在于以大分子單體在催化劑的作用下發生超交聯反應，聚合形成超交聯多孔聚合物纖維；微觀分子結構：由不同聚合度的聚苯乙烯結構的線性聚合物分子鏈，通過鏈間隨機發生付克烷基化反應形成的亞甲基相交聯；形成毫米級長度和微米級直徑的大長徑比、高比表面積超交聯聚合物纖維。

所述大分子單體包括：

所述催化劑為無水三氯化鐵或無水三氯化鋁。

一種制備所述超交聯多孔聚合物纖維的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：在超聲輔助下，將大分子單體溶解于1,2－二氯乙烷中得到溶液I；所述溶液I中大分子單體濃度為0.02～0.07g/mL；

步驟2：在超聲輔助下，將催化劑溶解于1,2－二氯乙烷中得到溶液II；所述溶液II中于催化劑濃度為0.01～0.05g/mL；

步驟3：向容器中加入二甲基硅油并置于油浴鍋中，升溫至42～52℃；