超吸收高强度复合材料吸油凝胶的制备、结构与性能

The application of polymer oil-aborbing gel increases fast as it can absorb, maintain and release many kinds of oils and organic solvents. However, the absorbency and mechanical strength of traditional oil-abosrbing gel is low. A novel gel with homogeneous crosslinking structure will be prepared by using nano particle as crosslinker instead of organic molecular, and incorporate weakly coordinating anions into the structure. The influence of crosslinker on crosslinking structure and property of the gel will be investigated. Different molecular chain structure will be designed by changing branch structure and flexibility. According to the research of the gel structure and its absorbency property, the relationship between its structure and property will be clarified. The method of designing chain structure, network structure and ajusting property will be founded. Our research is very useful for design and prepare high performance oil-absorbing gel with special structure.

作为特殊的可以吸收、保持及缓释各种油品及有机溶剂的凝胶材料，聚合物吸油凝胶的用途和用量都迅速增加，尤其是在处理海上浮油及含油废水方面需求巨大。传统吸油凝胶不仅吸收率低且机械强度差，难以满足实际需求,且分子链结构与其性能的关系也不清晰。本课题拟以纳米尺寸的颗粒交联剂代替传统小分子交联剂，并在分子链中引入弱配合离子，制备出交联网络结构均匀且网络间具有一定电荷排斥作用的新型结构纳米复合吸油凝胶，研究交联剂用量对其交联结构及性能的影响。针对新型交联结构的凝胶，设计不同支链长度、不同支化度、柔顺性的分子链结构，研究不同链结构对吸油性能的影响。通过对凝胶链结构与性能（强度、有机溶剂吸收率及重复利用性能等）的研究，阐明凝胶性能与其高分子链结构的关系；建立高强度、高吸收性吸油凝胶的分子链及交联网络结构设计与性能调控的方法。本研究结果将对探索设计与制备特殊结构的高性能吸油凝胶具有重要的理论意义及借鉴作用。

作为特殊的可以吸收、保持及缓释各种油品及有机溶剂的凝胶材料，聚合物吸油凝胶的用途和用量都迅速增加，尤其是在处理海上浮油及含油废水方面需求巨大。传统吸油凝胶不仅吸收率低且机械强度差，难以满足实际需求,且分子链结构与其性能的关系也不清晰。本课题首先以丙烯酸丁酯(BA)和苯乙烯(st)为单体，二乙烯基苯(DVB)为化学交联剂，过硫酸钾为引发剂，十二烷基苯磺酸钠为乳化剂，采用乳液聚合法制备了吸油凝胶，通过提高分子量来提高凝胶的吸收能力及机械性能，并测定其对甲苯、环己烷、丙酮、无水乙醇的吸收性能，探索了油品种类对吸油凝胶的影响，并对其吸附动力学进行了研究。溶胀速率符合一级动力学方程，通过实验结果拟合得到了吸油材料在部分有机溶剂中的瞬时吸附速率方程。制备了新型微球交联剂—OSS。将新型微球交联剂引入吸油聚合物体系，代替传统的小分子交联剂，通过溶液聚合得到了新型的吸油凝胶，采用新型微球交联剂交联后吸油凝胶的最好溶剂吸收性能与同样条件下采用传统的二乙烯苯交联的凝胶的吸收率分别为66g/g和31g/g,吸收率明显提升。考察了在凝胶中引入离子液体对吸油性能的影响，通过比较发现，引入离子基团后的凝胶吸油能力较不含离子液体的凝胶在不同的溶剂中均有提升。分别考察了甲基丙烯酸月桂酯和1-乙烯基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑双三氟甲烷黄酰亚胺盐、以及1-乙烯基-3-辛基咪唑六氟磷酸盐，并且考察了单体的配比、离子盐的种类、引发剂的用量、交联剂的用量等因素对合成的凝胶的吸油性能的影响。结果表明离子液体的引入有助于分子链在有机溶剂中以较为舒展的构象存在，进而可以有更多的溶剂分子进入聚合物凝胶网络内部。通过以上研究，为设计高吸油率和良好机械性能的吸油凝胶提供了理论指导，更均匀的聚合物微球交联网络可以有效提高吸油凝胶的吸油能力和机械性能，而通过引入离子液体可以有效提高凝胶的吸油能力。