250 resultados para ~(13)C NMR
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针对聚β一经基丁酸酷(PHB)加工窗口窄、脆性严重等不足,本论文采用在PHB分子链上接枝极性小分子顺丁烯二酸醉(MA)和将PHB与聚8一已内醋(PCL)进行醋交换的方法对其分子链进行化学修饰,试图通过PHB的分子结构变化改变其聚集态结构,从而使PHB在性能上有较大幅度的提高。获得的主要研究结果如下:1.本工作采用自由基引发聚合方法研究了PHB与MA的接枝反应。讨论了各种反应条件,如溶剂种类、单体浓度、引发剂浓度、反应时间和温度等对接枝反应的影响,确定了PHB接枝MA的最佳反应条件。采用对酸配基团进行化学滴定和~(13)C NMR方法对接枝产物的接枝率和结构进行了表征。结果表明,M八接枝到PHB的叔碳原子上,接枝率可以控制在0.2∽0.85%的范围内。2.采用DSC、WARD、POM和TGA等方法对PHB及其接枝顺丁烯二酸配共聚物(PHB-g-MA)的结晶行为、·热稳定性和生物降解特性进行了研究。结果表明:接枝产物的热稳定性明显优于PHB,热分解温度随接枝率不同提高了20-40℃。接枝后,MA基团阻碍了PHB的结晶,降低了PHB的结晶能力,使得PHB的结晶行为发生很大的变化。结晶温度降低,冷结晶温度升高,结晶焙略有下降。与PHB相比,PHB-g-MA的球晶环带结构变得清晰规整,随着接枝率的提高,球晶的环带宽度逐渐增加。在 DSC升温过程中PHB-g-MA发生重结晶,产生熔融双峰现象。但是WAXD的实验结果表明,PHB接枝MA并没有改变它的结晶结构。J . PHB接枝MA后,PHB的力学性能保持不变,并且MA基团能够促进PHB的生物降解和改善PHB的溶解性。4.采用FTIR和‘~1H NMR研究了PHB-g-MA的热分解机理。结果表明,PHB-g-MA的热分解机理与PHB相同:在高温条件下,PHB分子链的醋基部分形成六元环结构,断链时夺取亚甲基氢,生成竣基和双键两种端基。5.采用TGA方法选择不同的升温速率研究了PHB和不同接枝率的PHB-g-MA的热分解行为。PHB-g-MA的热分解温度随着接枝率的增加逐渐增加,然后逐渐下降。接枝率为0.56%时,PHB-g-MA的热分解温度最高,达到256.6℃。由Flynn-Wall-Ozawa方法得到的PHB的热分解活化能随着热失重率的增加而逐渐下降;而PHB-g-MA的热分解活化能随着接枝率和热失重率的不同,表现出不同的规律。接枝率为0.56%时,它的热分解活化能达到最大,为116.51kJ/mol.采用DSC方法对PHB和PHB-g-MA的等温结晶动力学和熔融行为进行了研究。用Avrarnl方程分析的结果表明,MA的引入使得PHB的结晶能力下降,但是并没有改变它的结晶成核机理和生长方式。随着接枝率的增加,结晶活化能增加。等温结晶后的PHB-g-MA表现出双熔融行为,这是在升温过程中发生熔融重结晶的结果。这种熔融行为不仅与样品的接枝率有关,而且也会受到结晶温度的影响7.在不同的冷却速率下用DSC方法研究了PHB和PHB-g-MA的非等温结晶动力学和熔融行为。结果表明,PHB和PHB-g-MA在非等温结晶过程中的结晶行为与冷却速率和接枝率密切相关。用Jeziorny方法改进的Avrami方程分析了PHB和PHB-g-MA的非等温结晶行为。当冷却速率较低时,PHB-9-MA的结晶机理与PHB不同。非等温结晶后的PHB-g-MA的熔融行为表现出熔融双峰,这是在升温过程中发生熔融重结晶的结果。8.用DSC方法研究了甲壳胺(CS)的热行为,测得CS的玻璃化转变温度(Tg)为80.4'C。考察了不同组成的PHB/CS和PHB-g-MA/CS共混体系的热行为。在PHB/CS=20/80, 40/60的共混体系中有单一的Tg出现;而 PHB-g-MA/CS=20/80, 40/60, 60/40的共混体系中也有单一的Tgo随着共混体系中PHB含量的减少,T_g逐渐增加,表明这些共混体系具有相容性。在共混体系中,随着CS含量的增加,PHB和PHB-g-MA组分的熔点和熔融烩显著降低。与对PHB相比,CS对PHB-g-MA熔点和熔融焙的抑止作用更大。9.通过FTIR, WAXD和XP S研究了相容共混体系中PHB, PHB-g-MA与CS组.分间的特殊相互作用。FTIR结果表明两组.分间形成较弱的氢键。这种氢键作用比CS自身分子内的氢键作用小,以至于很难“破坏”CS自身的聚集态结构,但是它可以“扰乱”PHB, PHB-g-MA和CS原有的结晶形貌。这一结果被WAXD进一步证实。XPS的结果清楚地表明分子间氢键作用是通过CS中的-NH_2与PHB-g-MA的C=O产生的。在PHB分子链中接枝MA基团,可以增强这种相互作用,使PHB-g-MAICS-共混体系的Nls和C1s结合能和谱型发生明显改变。10.用熔融法和溶液法将PHB和PCL进行醋交换反应,制备PHB和PCL的共聚醋(PHB-co-PCL).讨论了各种反应条件,如组分、反应时间和温度、催化剂种类和用量等对醋交换反应的影响。采用~(13)C NMR和FTIR方法对醋交换产物的结构进行了表征。结果表明,提高反应温度和延长反应时间有利于酷交换反应的发生。调整反应条件,共聚酷中PCL的含量可以控制在0.95-4.81%的范围内。在本实验条件下,制备的PHB-co-PCL均为嵌段共聚物。11.采用DSC、WARD、POM和TGA等方法对PHB-co-PCL的热行为、晶体结构和热稳定性进行了研究。随着酷交换量的增加,PHB-co-PCL的结晶行为发生很大的变化。冷结晶温度、结晶一温度和熔点均降低。并且 PHB-co-PCL在升温过程中表现出熔融双峰,这是共聚酷在结晶过程中结晶不完善导致在升温过程中发生熔融重结晶的结果,。PCL链段的引入并没有改变PHB的晶体结构,却使得共聚酷的结晶规整性下降。而且PHB-co-PCL的热稳定性基本保持不变。
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利用邻苯二甲酸酐中苯环上的取代基由于受到两个羰基的吸电子作用有较好的活性,进行亲核取代反应合成聚酰亚胺近年来才引起人们的注意。根据这个反应可以从邻苯二甲酸酐出发,与双酚缩合先合成二酐单体,再与二胺反应合成易加工而性能良好的聚酰亚胺,而且已实现了工业生产。同时也可以从双取代酞酰亚胺出发直接与双酚进行亲核取代缩聚合成相同结构的聚酰亚胺。后者较前者具有合成路线短的优点,又无前者由于多种会反应所引起复杂分子链结构等缺点。文献上对双(硝基酞酰亚胺)与双酚的亲核取代缩聚反应合成聚酰亚胺的研究工作,有一些报导,而对双(氯代酞酰亚胺)与双酚A的亲核取代缩聚亦有专利,从文献报导来看,亲核取代缩聚法合成聚酰亚胺因反应条件要求苛刻,利用此法还不易合成出分子量高的聚合物。如何克服上述缺点,解决合成上的问题,是很有意义的。我们以双酚A与双(4-氯代酞亚胺)二苯醚的亲核取代缩聚反应为重点,采用NaOH溶液成盐的方法进行双(氯代酞酰亚胺)与双酚的亲核取代缩聚合成聚酰亚胺的研究。对影响反应的各种参数,如碱量,温度、固含量,溶剂,代水剂以及水份等对反应的影响,作了比较详细的探索,提出了从双(氯代酞酰亚胺)与双酚出发,用NaOH溶液成盐,通过亲核取代缩聚反应合成聚酰亚胺的比较合适的条件。研究了几种具有代表性的不同结构的双酚分别与双(4-氯代酞酰亚胺)二苯醚和双(3-氯代酞酰亚胺)二苯醚的亲核取代缩聚反应,所得结果表明,在相同的反应条件下,反应的难易一般取决于苯氧负离子的电子密度,和反应中心上正电荷对电子的吸引力,以及聚合物的溶解性。双酚A不仅其氧负离子有很强的亲核性,而且所得聚合的溶解性能也很好,照理应能很好地进行反应,但无论从我们的工作或文献上报导的结果来看,用惯常方法,以NaOH溶液成盐,从双酚A很难得比浓对数粘度较高的聚合物(美国专利从双(氯代酞酰亚胺)出发,合成的双酚A型聚酰亚胺的比浓对数粘度为0.21分升/克,美国General Electric Compang从双(硝茎酞酰亚胺)二苯醚与双酚A缩聚反应所得聚合物的比浓对数粘度是0.23分升/克)。我们从电子密度大的苯氧基虽有较强的亲核能力,但也同时具有较强的与反体系中微量水份形成氢键的能力出发考虑,认为解决问题的关键在于如何使体系中微量水份排除尽,为此我们采用两次代水方法,效果较为明显,使双酚A与双(4-氯代酞酰亚胺)二苯醚缩聚所得聚合物的比浓对数粘度达到0.4分升/克(DMAC,30℃),在此条件下,研究了不同结构的单体的构聚和共聚反应,所合成的一系列均聚和共聚物比浓和粘度在0.4~0.7分升/克范围,且通过共聚可以改善聚合物的溶解性,改进反应情况。在此基础上,我们又对双酚A与双(4-氯代酞酰亚胺)二苯醚的缩聚反应,用NaOH溶值成盐进行了五次代水实险,所得聚合物的分子量又得到进一步提高,其比浓对数粘度达到0.59分升/克。这些研究结果说明我们上述分析是正确的,同时也说明,双氯单体的活是不及双硝基单体,但在我们提出的实验条件下,反应也能很好的进行,而且此种方法没有双硝基单体与酚盐取代反应后所释放的亚硝酸盐所易引起的会反应。我们对所合成的各种不同结构的聚酰亚胺分别利用红外,核磁,X-射线,裂解色谱等进行了结构上的初步分析和探讨。不同结构的聚酰亚胺的红外光谱的显示出所合的聚合物特征峰,结合元素分析结果,并参照合成反应的基本原理证实了所合成的聚酰亚胺的化学结构与所予期的相符。在红外光谱上也初步鉴别了3们异构体聚酰亚胺和4位异构体聚酰亚胺。用~(13)C-NMR对本法所合成的溶解性较好的4种不同结构的聚酰亚胺进行表征,进一步证实了所得聚合物的化学结构,其中两种聚酰胺的~(13)C-NMR谱图与最近文献报导的从双(硝基酞酰亚胺)二苯醚与双酚A进行亲核取代缩聚所得相同结构的聚酰亚胺的~(13)C-NMR表征结果一致。~(13)C-NMR,~1C-NMR鉴定结果还表明利用双(酞酰亚胺)一醚虽需较高温度条件下进行取代缩聚反应,而聚合物的化学结构没有受到破坏。~(13)C-NMR也证明了从双(3-氯代酞酰亚胺)二苯醚出发所合成的聚合物的化学结构。用X-射线对不同结构的聚酰亚胺均聚物和共聚物进行结晶性的初步鉴定,其中由双酚醚和联苯双酚分别与双(4-氯代酞酰亚胺)二苯醚的缩聚产物具有一定程度的结晶,并通过DSC析测发现结晶熔融吸热峰予以进一步证实。普通X-射线鉴定结果对3位和4位异构聚酰亚胺的溶解性能上的差异作出解释。对不同结构的聚酰亚胺用居里点裂解器进行裂解色谱的初步研究和探讨,通过主要裂解产物进一步证明所合成的聚合物的化学结构,并讨论了裂解过程和机理。对各种不同结构的均聚和共聚聚酰亚胺进行溶解性及热稳定性的研究,并与从二胺和二酐出发合成的聚酰亚胺进行比较。亲核取代缩聚法所合成的聚酰胺不仅均有较明显的玻璃化转变,而且也有较好的溶解性能。从二酐与二胺所得相同结构的聚酰亚胺溶解性能不好,可能是由于在热处理环化过程中不易掌握容易产生交联所致。在溶解性能方面还表明3位异构体聚酰亚胺普遍处于4位异构体,由双酚A参与共聚的聚酰亚胺其溶解性能却不同程度地得到改善。热性能研究表明4位异构体聚酰亚胺较3位异构体聚酰亚胺稍稳定,由二酐与二胺缩聚和通过某核取代缩聚所得的相同结构的聚亚胺经DTA和DSC测试,其热稳定性基本相同。
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四-(邻氯苯基)卟吩及其金属络合物比四苯基卟吩、对或间位取代的四苯基卟吩在化学和光谱性质等方面有其独特性,更接近于各种天然卟啉,在理论研究和实用上较为优越。本工作选定四-(邻氯苯基)卟吩(OCITPP)及其金属络合物为研究对象,四苯基卟吩(TPP)及其金属络合物为对比物。合成和制备了OCITPP和TPP两个系列共34种不同的卟啉化合物(包括两种卟吩自由碱、两种主族金属络合物,7种过渡金属络合物和23种稀土金属络合物)。参照制备类似物的文献方法,在制备OCITPP系列化合物(特别是其稀土金属络合物)时作了很大程度的改进,显著缩短了反应时间,改善了反应完全程度。获得了全部34种不同卟啉化合物的紫外-可见光谱和红外光谱数处及谱图,并进行了系统的归属、分析和研究。实验证明,OCITPP系列金属络合物的荧光量子产率“反常地”高于TPP系列相应金属络合物。测试和归属了OCITPP系列化合物的~1H和~(13)C-NMR谱,找出了波谱性质与化合物结构之间的内在联系。研究了OCITPP和TPP系列过渡金属络合物和稀土金属络合物与2,4-二硝基氯代苯之间的配合反应性质,2,4-二硝基氯代苯通过与金属足啉络合物形成激发态络合物而强烈地猝弱金属卟啉的荧光。
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本文研究了以MgCl_2-nBuoH-i-Bu_3Al-TiCl_4/i-Bu_3Al体系为基础的化学反应法乙丙无规共聚高效催化剂的制备方法及过程;催化剂的红外光谱,X-射线衍射,ESR分析;以及聚合反应特征与聚合产物的热性能,X-射线衍射与动态力学性能,溶剂萃取性能;共聚反应的竟聚率与共聚产物序列分布等。催化剂制备过程可以分为三步,即醇解,解醇和载钛。醇解旨在破坏氯化镁的晶体结构,使之生成溶剂化络合物,而解醇则是破坏溶剂化络合物,促氯化镁物相复现,通过载钛反应则使活性中心载负到氯化镁载体上,生成高效载体催化剂。催化剂的IR,X-射线衍射研究表明,上述催化剂是由钛载负在无定形(X-射线衍射)氯化镁载体上而形成的,对催化剂的电子顺磁共振光谱进行了研究,结果表明我们得到的高效载体催化剂具有两类不同的过渡金属活性中心,即配位饱和的钛与配位不饱和的钛。前者是非活性的,在聚合过程中ESR信号无变化;后者是活性的,它又可以分为单空位中心与双空位中心。单空位中心有利于乙烯、丙烯各自均聚合,生成两种链段的嵌段共聚物;双空位中心有利于乙丙无规共聚合,生成非结晶性的乙丙无规共聚物。在双空位中心上,乙烯、丙烯可以配位后予先活性,使链增长速率增大,乙烯、丙烯共聚活性大。用上述催化剂进行乙丙共聚合,丙烯共聚活性较传统的钒催化剂或非载体钛催化剂高得多,乙烯、丙烯共聚的竟聚率r_1 = 7.4, r_2 = 0.21,是迄今为止最接近的。在较远条件下,催化剂的共聚活性可达20万克聚合物/克钛。共聚反应具有催化活性高(较钒体系提高近20倍)、共聚活性大(共聚催化效率比乙烯均聚大10倍以上)及共聚物组成与进料气体组成相近三个特征。本催化剂共聚活性较高的根源在于催化体系的多活性中心、乙烯、丙烯两种单体在MgCl_2载体存在下的活性促进作用,共聚合的催化活性寿命长以及催化剂优良的传质效应。产物的溶剂萃取结果表明,共聚产物可以分为三部分。共聚产物较使用均相催化体系具有较大的链不均匀性。动态力学试验表明共聚物的玻璃化温度与商品乙橡胶相近,随结晶度增大,力学损耗峰峰高降低,并移向高温。乙丙共聚物的热分析和X-射线衍射表明,用高效钛催化剂,乙烯、丙烯都可生成具有晶性的长序列链段。在乙烯、丙烯组成相近时,二者可最大限度地无规共聚,生成非结晶的乙丙无规共聚物。 ~(13)C-NMR测定序列分布的结果支持上述结论。样品~(13)C-NMR序列分布的研究还表明,高效催化剂合成的乙丙共聚物中,不存在丙烯倒置现象,且丙烯单元为定向排列。综合样品热分析和动态力学试验的结果,所得乙丙共聚物具有四种多重转变,即:(1)-120 ℃左右的链段曲柄运动;(2)-50 ℃左右的玻璃化转变;(3)50 ℃左右的PE微晶解序以及(4)120 ℃左右的熔融转变,这些转变都与常规乙丙共聚物中特定的序列结构相对应。
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本文试图用Solvay型的Ziegler-Natta催化剂合成PP-EPR,PP-EPR-PP嵌段共聚物,作为乙丙橡胶(EPT)和聚丙烯(PP)的增容剂,来提高聚丙烯的抗冲击强度,并从力学性能、动态力学谱和形态等方面研究增容剂的增容效果。Ziegler-Natta催化剂能否合成乙丙嵌段共聚物是一个有争议的问题。为此,我们利用改进型的Solvay δ-TiCl_3-Et_2AlCl在已烷中加压淤浆聚合丙烯,发现在120分钟之前,聚丙烯的分子量随时间迅速增加,超过120分钟则变缓慢,并趋向于平衡。这说明催化剂活性中心上的活性链最小有120分钟的时间,若在该时间内用聚合过程中换反应单体的办法,有可能合成嵌段共聚物。乙丙嵌段共聚物形成的直接证明是利用(PP-PE)_(50)。通过气相色谱检测发现,抽真空3分钟可以保证换反应气体的纯度,因而用气相聚合可以得到各段纯净的(PP-PE)_(50)多嵌段共聚物,该嵌段的~(13)c-NMR研究表明,在35.68ppm处存在以化学键相连的长乙烯和长丙烯链的特征共振峰。PGC的研究发现,其在热裂解中产生的G碎片比PP/P混物的多,GC-MS的研究表明G碎片由含7个碳的烃组成的混合物,组分之一具有嵌段共聚物的裂解特征。对PP-EPR系列产物和PP-EPR-PP(5-60-20)用扭摆法进和动态力学分析表明,这些嵌段共聚物只在-30℃左右有一个玻璃化转变。而相应的共混物则分别在-50℃和5℃出现两个玻璃化转变,且各T_g不随组成比和共混方法而变化。这是由于嵌段共聚物中各段间化学键的作用,使各段的T_g内移,从而使较靠近的两个T_g合二为一,在动态力学谱上只表现出一个T_g。粘弹谱仪测定的结果基本上同扭摆法的结果。尽管我们尚未准确地测定出乙丙嵌段共聚物中EPR段的分子量,但我们弄清了PP段的立体构型、等规度、分子量、结晶度和EPR段的乙丙比、无规乙丙共聚物的含量、含有长序列乙烯的结晶度等结构因素。用不同段长的PP-EPR作PP/EPT共混物的增容剂,发现降低PP-EPR中PP段的分子量,三元共混物的力学性能明显升高,而增加EPR段的分子量即聚合时间,其无缺口冲击强度先增加而后又降低,说明有一个EPR段最佳长度范围。根据该现象我们提出模型并进行了解释。结晶度的规律与冲击强度的规律相同,对冲击强度提高较大的增容剂,共混物中PP的结晶度降低,但抗张性能却升高,说明增容剂在两相界面起到主价的连接作用。扭摆法和粘弹谱仪测定的动态力学谱表明,增容剂的加入减小了聚丙烯结晶无序化转变,使PP的T_g突出出来。形态的研究说明,PP-EPR还起了“乳化剂”的作用,使EPT在PP连续相中均匀分散,且其微区大小适中。在PP/EPT(85/15)中加入4%的PP-EPR(5-30)嵌段共聚物,室温(20℃)的“冲击屈服强度”与PP/EPT的相同,-20℃的冲击强度为112kg·cm/cm~2,是PP/EPT的1.5倍,-40℃为72kg·cm/cm~2,是PP/EPT的1.9倍,在应力-应变实验中,三元共混物PP/EPT/PP-EPR(5-30)的σ_b*ε_b为2.97*10~5。比相应的PP/EPT(2.27*10~5)有所提高。说明PP-EPR(5-30)对PP/EPT有良好的增容效果,比文献中使用的PP-EPR(15-55)效果好。用PP-EPR-PP三嵌段共聚物作PP/EPT的增容剂,实验证明比PP-EPR二嵌段共聚物有更好的增容效果。例如,在PP/EPT(85/15)中加入4%的PP-EPR-PP(5-60-20),试样不但在20℃,而且在-20℃均未被冲断;在-20℃的“冲击屈服强度”是PP/EPT冲击强度的1.4倍,PP的9.0倍,-40℃的冲击强度是PP/EPT的2.2倍,PP的8.4倍;且其σ_b*ε_b(2.62*10~5)比PP/EPT(2.60*10~5)的有一定的提高,比PP的(2.45*10~5)也高。对PP/EPT/PP-EPR-PP(5-60-20)三元共混物的试样在-40℃冲断面的形态进行研究表明,加入增容剂的共混物断面凹凸不平,是韧性断裂的特征,且在断裂过程中EPT微区被牵拉出的EPT较多,说明PP和EPT的相界面的作用力较大,增容剂起到了主价键的连接作用。动态力学谱表明,增容剂的加入降低了PP结晶无序化转变。而液氮冷冻的脆断面的形态说明,PP-EPR-PP起到了“乳化剂”的作用,使EPT在PP连续相中大小均匀地分散开。
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本工作对聚丁二烯(PBD)进行了光谱微结构分析,主要考察了三个问题。1、PBD分子链构象对PBD红外光谱的影响本工作对高顺式(c)PBD样品进行了室温和低温(25℃和-150℃)红外光谱测定,发现高顺式PBD在低温下整个光谱吸收峰大部分峰宽变窄,峰强增加,特别是738cm~(-1)峰,在低温下位移至748cm~(-1),峰强增加一倍多。另外还观察到低温结晶态出现802和598cm~(-1)两个吸收峰,在以前文献中未曾有过报导,我们将它们归属为顺式结构结晶峰。通过计算分峰,原来738cm~(-1)峰分成两个位于742和727cm~(-1)的子峰,在低温下,两个子峰分别位移至748和735cm~(-1),与室温时比较,两个子峰半宽都明显变小。748cm~(-1)子峰峰强也大大增加。结构分析表明,顺式结构特征振动CH=CH面外变角与分子链的构象有密切联系,而仅式(T)和1.2(v)结构却不存在这种情况,因而967cm~(-1)(T)和911cm~(-1)(v)两特征峰低温下变化都很小。本工作认为顺式结构738cm~(-1)峰这一变化是由于顺式结构不同分子链构象所造成的。低温和室温下分峰所得的左子峰对应于最稳定构象产生的吸收,右子峰则对应于相对不稳定构象产生的吸收。同时本工作肯定了米晋瑁等人提出的红外光谱定量分析方法在高顺式样品中的适用性。2、PBD分子链序列结构对红外光谱的影响由于在非高顺式样品中存在CCC、CCT、CCV、TCV、TCT、VCV等多种序列形式,通过不同组成的PBD红外光谱分析,发现在乙烯基含量中、高的样品中,原来738cm~(-1)峰已不再存在,峰值出现在733cm~(-1)附近,而且受1.2结构部分吸收的严重影响,顺式结构CH=CH面外变角吸收已不再是顺式结构的特征峰。通过对850至650cm~(-1)光谱区的光谱解析,本工作认为朱晋瑁等人的红外光谱定量分析方法在乙烯含量中、高的样品中已不再适用。3、PBD拉曼光谱的微结构分析本工作对PBD拉曼光谱1600-1700cm~(-1)区进行了光谱测定,选择了1666、1652和1639.5cm~(-1)吸收峰作为T、C和V构型的特征峰,借助于景遐斌老师的计算分峰方法,对PBD样品进行微结构分析,结果表明,各吸收带拟合良好,特征峰峰位稳定,分别在1666±1、1652±1.5和1639.5±1 cm~(-1),半峰宽变化不大,峰与峰之间相互影响很小,也就是说,我们选用的特征峰是合理的。用分峰所得的相对面积,结合~1H-NMR测得的
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本文分三部分论述了聚丙烯酰胺水凝胶的制备、结构、性质和在大分子稀水溶液浓缩方面的应用。I、聚丙烯酰胺水凝胶的制备与研究用以下两种不同方法制备了丙烯酰胺(AM)-丙烯酚钠(AANa)共聚物水凝胶:i、AM-AANa直接辐射共聚:ii、AM水凝胶辐射均聚,再经碱水解。考察以上两个体系的凝胶化剂量,发现前者比后者的凝胶化剂量大一个数量级。理论推导得到水凝胶溶胀比Q_m,与吸收剂量R和共聚物中AANa含量Z之间存在以下关系式:Q_m~(-2/3) ∝ R/Z并用实验证实了所得到的理论关系式。在研究水凝胶溶胀比的影响因素时发现,水凝胶的溶胀比并不随其中的离子基团(-COO~-)含量的增加而无限增加。AM均聚物水凝胶和AANa均聚物水凝胶的溶胀比都不是很大(均不超过400),只有当两者以一定比例混合共聚时,才有最大的溶胀比(大于2000),提出了“有效阴离子”的概念以解释这些现象。在研究pH值对AM-AANa共聚物水凝胶溶胀比的影响时发现,在溶液pH为2.5-3.5之间,水凝胶发生了可逆的相转移,已吸水溶胀的水凝胶突然收缩,释放出所吸入的水,前后体积相差400倍。此外,溶液中无机盐浓度对水凝胶的溶胀比影响很大。当无机盐浓度大于0.01M时,其溶胀比急剧下降。II、用~(13)C-NMR技术研究AM-AANa辐射共聚物的序列分布用以下两种方法合成了线性AM-AANa共聚物:i、AM-AANa直接辐射共聚,ii、AM辐射均聚,再经碱部分水解。研究了AM-AANa共聚体系和AM均聚体系的吸收剂量,对单体转化率和聚合物分子量的影响。用~(13)C-NMR技术研究了AM均聚物、AANa均聚物和AM-AANa共聚物分子链的微观结构。AM均聚物和AANa均聚物中,羰基振动峰的化学位移分别约为180 ppm和185 ppm;而AM-AANa共聚物的羰基振动峰明显分裂成丙烯酰胺(M)和丙烯酸(A)两个区域,而每个区域又分裂成三重小峰。根据这些小峰的相对面积,可以得到其对应三组元的相对强度,由此得到共聚物的序列分布。我们研究了两种不同方法得到的AM-AANa共聚物的序列分布,将各三组元的相对强度,同由一级Markov统计模型所得到的理论曲线进行了比较,结果表明:i、对于AM-AANa直接共聚物,以M为中心的三组元M(M-bar)M、M(M-bar)M、A(M-bar)M的相对强度值同理论曲线较符合,而以A为中心的三组元A(A-bar)A、M(A-bar)A、M(A-bar)M的相对强度则同理论曲线有较大偏离。ii、对于部分水解产物,结果正好相反,即以A为中心的三组元的相对强度值同理论曲线较符合。iii、直接共聚物嵌段成份较多,A(A-bar)A的相对强度值较大;而部分水解产物交替成份较多,M(A-bar)M的相对强度较大。III、水凝胶吸水法浓缩大分子稀水溶液 蛋白质等生物高分子极不稳定,温度、压力等外界条件的变化,都可以导致蛋白质分子的变质,因而其稀水溶液的浓缩是一般方法难以实现的。本工作用AM-AANa共聚物水凝胶吸水溶胀的办法浓缩蛋白质稀水溶液。由于蛋白质分子具有巨大的排斥体积而不被水凝胶吸收,因而其水溶液得到浓缩。本方法在常温常压下进行,不会导致蛋白质分子的变质,而且浓缩过程中并不需要特殊的装置,因而此方法具有很大的可行性。利用AM-AANa共聚物的相转移现象,通过改变pH值,使吸水溶胀的水凝胶收缩,把所吸入的水释放出来,从而可反复使用水凝胶。我们对几种蛋白质分子稀水溶液进行了浓缩试验,浓缩效率均在80%以上,并发现影响浓缩效率的主要因素有以下几种:i、对于不同的蛋白质水溶液,其浓缩效率不同;ii、对于同一种蛋白质分子,浓缩效率与水溶液的浓度有关,溶液越稀,浓缩效果越好;iii、浓缩效率与水凝胶的交联密度有关。对AM-AANa共聚物水凝胶,可通过调节其吸收剂量R,改变其浓缩效率。
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本工作对糠醇(FA)和FA与三-(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)的缩聚和磺化反应以及产物的结构和抗氧,抗氯稳定性进行了系统的研究。对FA与THEIC表面聚合制备反渗透复合膜具有十分重要的指导意义。由热分析方法研究发现,FA和FA与THEIC共缩聚反应过程在DSC谱图上有四个放热反应峰。I、II峰(50~80 ℃)为FA头-尾及头-头醚化脱水线性缩聚反应。III峰(110~130 ℃)为FA缩聚物的端羟甲基与亚甲基脱水反应。IN峰(150~190 ℃)为高温下呋喃甲醚链脱出甲醛,甲醛与亚甲基发生交联反应。催化剂用量的增加有利于羟甲基间脱水醚化反应。FA与THEIC共缩聚反应在150 ℃左右有突变,THEIC参加反应的活性增加。体系中大量硫酸存在对THEIC参加反应不利,同时引起FA缩聚物裂解反应。THEIC的加入可改善FA缩聚物的耐热氧化裂解性能。空气下使起始热失重温度提高了60 ℃;氮气下,起始热失重温度提高80 ℃。FA缩聚物的磺化反应在低温下就开始进行,140 ℃时磺化程度最高。磺化度为0.067个SO_3H/重复单元,离子交换容量(电荷密度)为0.84 meg/g酸型。FA和甲基呋喃齐聚物和其磺化后的~(13)C-NMR分析表明,磺化反应容易发生在端呋喃环与H相连的α位,β位,中间呋喃环β位也可发生磺化反应。磺化反应速度较慢,磺化程度不高。H_2SO_4与FA重量之比大于四分之一时,磺化程度基本不变,H_2SO_4量过高时对产物有裂解作用,因此选择此比例比较适宜。由液体和固体~(13)C-NMR观察到FA缩聚反应过程中,羟甲基于100 ℃基本消失,而呋喃甲醚链生成。产生交联的主要原因是甲醛与亚甲基反应进行的。甲醛也可同呋喃环端αH位和β位发生反应生成羟甲基,羟甲基可继续参加反应使缩聚物产生交联。缩聚物中有明显的端甲基酮、醛和羧酸基的生成。产生的原因如下:FA缩聚物中呋喃环间在较高温度下可发生Diels-Alder反应,裂解色谱-质谱分析检出裂解产物中有CH_3和CH_3等芳香族化合物,证实发生了Diels-Alder反应。FA和甲基呋喃齐聚物在大量硫酸作用下,室温磺化交联产物的固体~(13)C-NMR表明有呋喃环上双键打开的反应。可能为Diels-Alder反应,也可能是环双键打开交联的反应。但形成的温度和反应速度还不十分清楚。FA和FA与THEIC缩聚物经过氧化氢氧化裂解产物裂解失重较大,主链发生了断裂反应红外光谱和固体~(13)C-NMR分析表明产生了大量的酮,醛和羧酸。反应过程可能如下:FA缩聚物经游离氯作用后,有少量缩聚物被裂解掉,共缩聚物中脂肪醚被裂解,生成醇,THEIC部分被裂解掉。于是可初步确定FA缩聚物和FA与TEHIC共缩聚物链中的亚甲基和脂肪醚键是易受氧化攻击的弱点。利用表面内反射红外光谱,电子能谱和电子显微镜等对PEC-1000复合膜和试剂复合膜进行了结构与组成剖析,发现PEC-1000膜分离功能层中含有较多伯醇化合物。膜表面含有较多的O, S, N等原子,因此制复合膜的溶液中,THEIC的含量较高,膜的流动电位随压力变化的速率为-4.67mV/atm,膜功能层中含有较多的极性SO_3~-基团。
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本工作较系统地研究了聚苯胺(PAn)的合成、结构及性能。用红外光谱法及溶液~(13)C-NMR方法研究了本征态PAn的链结构。结果表明具有较高电导率样品的分子链上的芳环以1,4-取代结构为主,苯式单元与醌式单元以3:1的比例无规分布。在对本征态链结构的研究基础上,进一步对掺杂态PAn的FTIR、固体~(13)C-NMR、UV-VIS、Raman、ESR及XPS谱进行了讨论和指认。根据掺杂前后的谱图变化指出,质子酸掺杂发生在醌式结构的氮原子上,正电荷及电子的离域化导致苯式单元和醌式单元发生部分氧化还原反应,生成具有一定电荷分布的含有变体苯结构及变体醌结构的长共轭体系。通过宽线~1H-NMR及ESR方法,研究了PAn的电荷传递过程,指出带有自旋的电子是导电的载流子,它通过Heisenberg交换方式在分子链内传递。分子链间的传递在其导电过程中起了重要作用。采用I_2、MoCl_5及BF_3等氧化试剂对PAn进行掺杂,表明PAn可进行氧化还原掺杂,但所得电导率比质子酸掺杂的低,掺杂过程也与之不同。通过考察PAn在不同条件下的电化学行为并结合现场Raman光谱及现场ESR谱的研究,指出PAn循环伏安曲线上的峰1可解释为将纯苯式结构中近四分之一的苯环氧化为苯二胺双自由基结构的反应;峰3则可能是由峰1的氧化产物继续氧化为苯-醌交替结构的反应;峰2可能与在高电位氧化后的产物进一步水解所得到苯醌与对苯二酚的反应及阴离子的嵌入与脱嵌过程有关。还对PAn的结晶性、热稳定性和空气稳定性以及聚合过程中生成的副产物等方面作了一些研究。
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研究了化学反应催化剂制备及其乙烯/α-烯烃共聚反应规律与机理,探讨了共聚活性增大的原因,提出了α烯烃存在下活性中心浓度增大这一基本论点,并对所得共聚物进行了表征。用WAXD、IR等方法研究了化学反应催化剂制备过程,结果表明原料MgCl_2、n-BuOH、i-Bu_3 Al、TiCl_4之间通过①醇解②解醇③载钛,三步反应最后得到了活性组分高度分散在X射线衍射无定形的MgCl_2微晶上而形成的高效载体催化剂。讨论其乙烯/α-烯烃共聚合的基本规律。提出了α-烯烃促进共聚速率较乙烯均聚速率增大这一实验结果。动力学研究结果表明,催化剂系的非均匀性和多活性中心的存在及α-烯烃分子使活性中心浓度增大是共聚速率增大的根本原因。催化体系及其聚合过程的ESCA与ESR研究 证明了α-烯烃存在下催化活性中心浓度的增大,并得出了ESR信号所反应的Ti~3离子中,也有没有活性的Ti~3离子。同时ESR还从乙烯与乙烯/丙烯共聚合不同的共振吸收峰提出了多活性中心存在的初步证据。从不同侧面探讨了多活性中心存在的证据。指出酯不仅可影响共聚反应的催化效率,而且可以影响共聚物的组成及序列分布。共聚物的形态随α-烯烃加入逐渐变为非晶性无定形。不同α-烯烃对共聚物结晶性能有显著影响。不同α-烯烃共聚物具有不同的临界结晶序列长度。乙烯/丙烯/辛烯三无共聚合催化效率比乙烯/丙烯及乙烯/辛烯二元共聚全催化效率进一步增大,反映了α-烯烃促活作用具有迭加性。从取代基效应理论求得了乙烯/丙烯和乙烯/辛烯共聚物取代基效应参数,以很好地对其~(13)C NMR谱图进行归属。成功地对乙烯/丙烯/辛烯三元共聚物~(13)C NMR结果进行了处理,并指出了文献中的两处错误。
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部分水解高分子量聚丙烯酰胺(HPAM),因其稀溶液粘度很大,被广泛应用于三次采油中作为“活性水”驱油的粘度调节剂,以提高石油的采收率(EOR)。但HPAM的耐盐性、耐温性和贮存稳定性不好,如在电解质的水溶液中的粘度效应明显降低,这些缺点影响了它的使用效果。改性聚丙烯酰胺的合成是聚合物采油中的重要研究课题。我们合成和表征了端丙烯酰胺基聚(β-胺基丙酸)(AMPAE)和2-丙烯酰胺基十六烷磺酸(AMC _(11)S)两种新型共聚单体,并用无规共聚的方法获得了耐盐性、耐热性和贮存稳定性有不同程度改善的新型改性聚丙烯酰胺。1、端丙烯酰胺基聚(β-胺基丙酸)的合成和结构表征。在加有自由基阻聚剂的惰性溶剂中,以叔丁醇钠为引发剂可使丙烯酰胺发生氢转移聚合反应,合成新型大分子单体端丙烯酰胺基聚(β-胺基丙酸)对所合成的分子单体我们用~1H-NMR和IR进行了表征;用端基滴定法和~1H-NMR法测定了大分子单体的分子量;用~(13)C-NMR和NaoH水解法测定了大分子单体的支化度。2、2-丙烯酰胺基十六烷磺酸(AMC_(16)S)的合成和结构表征。丙烯腈、2-烯烃(L_5-L_(18))和发烟硫作用可合成N-烷基磺酸基取代的丙烯酰胺衍生物。我们用~1H-NMR谱可对1-正十六烯得到的产物进行了表征,确定了该化合物的明确结构式,并首次给出了该化合物的质谱图。酸值,溴值和元素分析的结果与所确定的结构式相符。3、丙烯酰胺、端丙烯酰胺基聚(β-胺基丙酸)和丙烯酸钠三元共聚物(AM-AMPAE-ANa)的合成。表征及其溶液性质。以硫酸亚铁/异丙苯过氧化氢氧化还原引发体系合成了不同组成的AM-AMPAE-ANa无规共聚物。经用乙醇:水(体积比) = 20:1的混合溶剂萃取纯制过的样品用IR、~1H-NMR进行了表征;通过~1H-NMR和滴定法测定了共聚的组成;用粘度法估算了共聚物的表观分子量。溶液性质的数据表明,该共聚物的耐盐性比HPAM的耐盐性有所改善,但在2% Nacl溶液中,它的耐温性能比HPAM的耐温性能差,该共聚物有着好的贮存稳定性。4、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基十六烷磺酸铵共聚物(AM-AMC_(16)SNH_4)的合成,表征及其溶液性质。以硫酸亚铁/异丙苯过氧化氢氧化还原引发体系合成了不同组成的AM-AMC_(16)SNH_4无规共聚物,经乙醇萃取纯制过的样品,用IR、~1H-NMR、~(13)C-NMR和元素分析进行了表征;通过样品的S和N元素的含量计算了共聚物的组成;用光散射法测定了共聚物在溶液中的表观分子量;用透射电镜观察了共聚物在不同溶剂中的形态。实验结果表明,共聚物分子在水溶液中存在着一定程度的疏水基因间的缔合作用。溶液性质的数据可以看出,AM-AMC_(16)SNH_4共聚物有着很高的粘度盐水保留值(BR)且有着良好的耐温性和贮存稳定性,是一种性能较好的新型改性聚丙烯酰胺。
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采用(NH_4)_2S_2O_8+HCl体系用化学氧化法首次合成了本征态可溶的聚N-甲基苯胺(PMAn)。系统研究了聚合条件(氧化剂浓度、盐酸浓度、单体浓度)对单体(MAn)聚合行为及所得产物结构,性质的影响,确定了合成较好性能PMAn的最佳聚合条件,即氧化剂与单体摩尔比为2:1,单体浓度为0.5M盐酸浓度为0.1-1.0M。利用FTIR,~(13)C-NMR,XPS及元素分析等手段研究了本征态PMAn的链结构,结果表明PMAn中单体单元以1.4-方式连接形成线性头--尾结构,链上同时存在苯、醌两种结构单元,醌式含量随氧化剂浓度增大或I_2处理而提高。PMAn可由酸碱进行可逆的掺、反掺杂,其掺杂度受PH值影响,在PH=0~4范围内随PH值的降低而增大。PMAn的质子酸掺杂过程在本质上是分子链了质子化过程与所用酸的阴离子无关。FTIR,UV-VIS,ESR,XPS等表征结果说明,掺杂后链上未偶电子显著增加,电子和正电荷高度离域化,形成了大共轭体系。PMAn的电导率随掺杂度的提高而增大,最高可达10~(-3) s/cm,电导率的增大过程与阳离子自由基的增加及其离域化程度的提高过程相一致。苯胺类聚合物的电导率随压力增大而增大,显示了电子导电特性,PMAn的导电载流子是离域化的阳离子自由基。电导率的温度依赖性关系说明电子传输过程符合三维FIT模型。PMAn具有良好的环境稳定性和热稳性,基本征态在一系列有机溶剂中可溶,在酸性介质中显示出电活性。
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本工作对近年来合成的一种新型耐热高分子材料——含酞侧基的聚醚(PEK-C),进行了磺化改性,磺酰胺化改性,季胺化改性,并磺化PEK-C进行了制备荷电膜的探索,制备出了磺化PEK-C的超滤膜及气体分离膜,对其性能进行了研究。1、磺化PEK-C用98%浓H_2SO_4的磺化剂在38℃和60℃温度下对PEK-C进行了磺化改性。结果表明在上述温和条件下可以方便地得到磺化度(X_S)为0.2~1.0的磺化PEK-C(SPEK)。磺化度由反应温度及反应时间加以调节。与文献报导的用H_2SO_4对PEEK的磺化反应比较,浓H_2SO_4磺化法更适于对PEK-C的磺化改性。通过I.R.,~1H和~(13)C NMR分析表明磺化取代反应发生在酸酞单元醚氧键的邻位氢原子上。PEK-C经磺化改性后其溶解性有所下降,由于分子链中引入极性离子基因,几乎失去卤代烃对SPEK-C的溶解能力。由DSC法测得Tg的结果表明Tg随磺化度的增加而呈线性升高,这是磺化后分子链间相互作用力增加使分子链刚性增加的结果。2、磺酰胺化PEK-C用氯磺酸对PEK-C进行磺化,以二乙胺进行胺化在室温~40 ℃下虽然可以得到磺酰胺化的PEK-C(SA-PEK),但结果表明氯磺酸过于强烈,磺酰胺化程度不易控制且导致PEK-C严重降解和胺化时产生交联胶。SA-PEK的溶解度有所提高,但严重的降解和交联使其失去薄膜的可能性。3、氯甲基化,季胺盐化PEK-C用氯甲醚-氧化锌-三氯乙烷或四氯乙烷体系进行PEK-C氯甲基化改性的探索,结果未得到取代度高的产物,原因在于PEK-C在上述体系中的溶解度及反应活性低,与聚芳醚砜类的氯甲基化的行为不同。4、SPEK-C荷电超滤膜的研究由Loeb-Sourirajan转相法制备了具有不对称结构的超滤膜该膜的水通量f = 80ml/cm~2.h,孔隙率Pr>80%。平均孔径200-400A,对6,7000分子量牛血清蛋白的截留率>90%。研究确定了最佳膜液组成及制膜条件,讨论了膜液组成及制膜条件对膜性能及结构的影响。用流动电位和膜电阻表征了SPEK-C膜的荷电性能,讨论了磺化度对膜性能的影响。以扫描电镜研究了SPEK-C膜的形态结构为典型的不对称结构的指状孔超滤膜结构。对膜的耐酸碱性进行了初步考察。5、磺化PEK-C气体分离膜采用压力法测定了SPEK-C(磺酸盐型)均质膜对N_2,H_2透过性能。结果表明与PEK_C均质膜相比较,PH_2有所下降,PN_2下降较大。因而LH_2/N_2有较大提高。SPEK-C磺酸盐型膜的气体透过性能与温度的依赖关系进行了初步探讨。本文还讨论了SPEK-C钠盐,锌盐,铁盐型均质膜对H_2,N_2气体透过性能的影响。
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本文合成了邻羟基苯甲酸、间甲基苯甲酸、邻氯苯甲酸、邻硝基苯甲酸、间硝基苯甲酸、对硝基苯甲酸及反丁烯二酸与十五种稀土的共105种配合物(其中58种未见文献报道),测定了其中22种配合物的晶体结构,并用红外光谱、核磁共振及热分析方法对它们进行了表征。本文系统地研究了稀土羧酸配合物的结构,分析了形成各种聚合状态的原因,并将其他表征方法以与X射线晶体结构相对比,指出文献传统的红外光谱方法推测羧基配位形式对应用于稀土羧酸配合物具有委胸有成竹的局限性,可能产生错误的判断,初步提出用固体~(13)C-NMR方法判别羧基配位方式。从热分析结果指出有可能用芳香羧酸配合物的热分解作为制备纳米稀土氧化物粉末的方法。
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本工作对两种新型的耐热高分子材料——含酞侧基聚芳醚砜(PES-C)和聚芳醚酮(PEK-C)进行了磺化改性,并利用不同金属离子置换的方法得到了钠盐型、铜盐型和铁盐型的改性产物,分别制备了上述各种产物的均质膜并对其各种性能进行了表征。一、改性反应 用98%的浓硫酸在40 ℃和60 ℃的条件下对PES-C、PEK-C进行了磺化改性。结果表明在上述条件下可以得到综合性能(机械强度,气体透过性等)最佳的改性产物,其磺化度(Xs)控制在0.1-0.4之间。通过IR确认了磺化反应的进行,~1H-NMR和~(13)C-NMR等进一步肯定了磺化反应发生在酚酞单元醚氧键的禽位氢原子上,和理论推测相一致也和文献报导的PEEK的磺化反应位置相同。二、性能表征 改性后的PES-C和PEK-C的溶解能力有所下降,由于-SO_3H的极性影响,几乎失去了在卤代烃中的溶解能力,而只能溶于几种强的非质子极性溶剂中,用DSC,动态粘弹谱仪测得磺化后的产物(SPES-C和SPEK-C)的Tg随磺化度的增大而呈线性升高,但在高磺化度(Xs > 0.5)时由于其它因素影响而偏离线性关系。三、气体透过性能采用压力法测定了SPES-C和SPEK- C 的各种改性产物(自由酸型SPES-C-H, 钠盐型SPES-C-Na,铜盐型SPES-C-Cu,铁盐型SPES-C-Fe,SPEK-C与此相同)的氮气、氧气透过率。结果表明与它们各自的原聚合物相比,氮气、氧气的透过率均随磺化度的增加而线性下降,特别是成盐后的产物气体透过率下降更大,此现象说明了引进离子基团后自由体积发生了较大的变化。四、水蒸汽的透过性能 利用透湿杯法分别测定了不同磺化度和不同盐型的水蒸汽透过率。由于磺酸基的引入大大地改善了PEK-C和PES-C的亲水性能,因此水蒸汽的透过率(PH_2O)提高幅度较大。在上述四种改性产物中自由酸型的透水蒸汽率最高,这和-SO_3H与水分子之间有很好的氢键作用是相关的。其它三种盐的PH_2O和Xs之间也呈线性相关性,随Xs的增大而提高。如果同时考虑到气体透过率数据则水蒸汽对氮气的选择性(PH_2O/PN_2)以盐型最佳,其αH_2O N_2可以高达几十万,是一种非常有希望的气体除湿膜的候选材料。