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大孔交联共聚球体的制备(大孔离子交换树脂)(二)

大孔交联共聚球体的制备(大孔离子交换树脂)(二)

  • 2022-10-13

以致孔剂来区分,大孔型离子交换树脂共聚球体的制备可有以下几种类型:

(1)以非良溶剂为致孔剂的大孔离子交换树脂悬浮共聚:方法是将单体、引发剂与致孔剂混溶在一起进行悬浮共聚。从单个球体看这是一种微型的沉淀共聚反应。在聚合反应的开始阶段,分子链不太长的聚合物尚能溶解在单体与致孔剂的混合体系中。随着大分子链的增长,出现相分离。体系成为聚合物相(被单体所溶胀)和溶剂相(含单体和少量聚合物)。单体在共聚物相的不断聚合,使高分子链互相缠绕,溶胀减小,并且聚合物相在界面张力的作用下成为球状。单体在聚合物相内的继续聚合及大分子链的相互缠绕导致凝胶化,形成微胶球(gelmicrospher)或称微胶核(nuclei)。随着共聚反应的进行和微胶核的不断生成,微胶核聚集成团,并因团内单体的聚合使微胶核连结在一起,成为微胶团或称为微球。

在大孔结构形成的第二步,共聚反应继续进行,微球也集聚并连结在一起,而溶剂相中单体的浓度越来越小。交联剂与单体的比例也在不断地变化。实际上,在绝大多数情况下,共聚体系不是r1=1r2=1的恒份共聚体系。对苯乙烯-二乙烯体系米说,在此阶段,二乙烯苯与苯乙烯的比例要小于起始的配料比。因而连结在一起的微球,因微胶核生成的时间不同,在交联结构上是不均匀的。

在大孔结构形成的第三阶段,溶剂相中单体的浓度变得很稀,聚合反应已非常慢,共聚过程已基本结束。在用水蒸气蒸馏蒸出致孔剂时,溶剂相残留单体转入聚合物相,并在聚合物相内完成最后的共聚反应。此连结在一起的微球也被固定化,形成了最后的大孔结构。

关于大孔结构的形成过程可用下式来进一步说明:

大分子链的聚集-→-→微球-→球状大孔树脂

5~20nm 60~500nm 0.1~1.0mm

(估计)    (电镜)

比较疏松的微胶(microgels)向更紧密的聚集状态过渡的阶段。微胶团中的孔隙不断地被新生成的聚合物所填充,孔体积和孔径逐渐变小。单体转化率达到最高的水平,微胶团中的胶粒体积收缩,使聚合物颗粒之间的空隙增大。不仅孔径、孔体积迅速增大,孔径也变得更加均匀。到聚合结束时,聚合物的固化使共聚物的大孔型结构最后形成,孔体积达到最大值。然而,在水蒸气蒸馏阶段,由于致孔剂被蒸出,引起共聚球体的收缩和孔结构的“塌陷”。孔体积降低,孔径也变小。

最后形成的大孔共聚物含有三种结构的孔。

1)凝胶孔 在溶胀态、微胶核的分子链间的空隙。

2)微孔(microporosity) 微球当中在胶核或其微胶团之间的孔。孔径从几到几十nm,并构成内表面。

3)大孔(macroporosity) 微球及其凝聚团之间的孔,孔直径在25nm以上。

这三种结构的孔就是最后构成大孔离子交换树脂的三种孔。

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