Síntese e caracterização de copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) e divinilbenzeno com propriedades magnéticas

Nesta dissertação, foram sintetizados copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) (PMMA), divinilbenzeno (DVB) com propriedades magnéticas pela técnica de polimerização em suspensão. O material utilizado para conferir propriedade magnética foi o ferro. Foi estudada a influência das variáveis reacionais para a formação de microesferas (ordem de adição das fases orgânica e aquosa e a dispersão do ferro antes e após a pré-polimerização), o efeito da concentração de ferro adicionado na polimerização, a influência da razão molar MMA/DVB na formação do copolímero, o efeito do tipo de agente de suspensão e a velocidade de agitação para a síntese dos copolímeros. Os copolímeros foram caracterizados quanto à morfologia, estabilidade térmica, teor de ferro incorporado, distribuição de tamanho de partículas, propriedades magnéticas, área superficial, volume e tamanho de poros. As análises de propriedades magnéticas mostraram que os materiais obtidos não apresentaram ciclos de histerese, estando assim próximos de um material com propriedades superparamagnéticas, com magnetização de saturação entre 8,0 e 13,0 emu/g. Os copolímeros sintetizados com velocidade de agitação 500 RPM, temperaturade 90 C, tempo de polimerização de 24h, monômeros MMA/DVB 50/50 (% molar); razão volumétrica fase orgânica/fase aquosa 1/3, diluente heptano, grau de diluição 100% apresentaram melhor controle morfológico, melhor magnetização de saturação, tamanho de partículas menores e maior tamanho de poros

Estudo para a regionalização do gerenciamento de resíduos sólidos no Estado do Rio de Janeiro

Impulsionados pela Lei 12.305/2010, que instituiu a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), os estados brasileiros estão tentando viabilizar, especialmente com foco na destinação dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), soluções consorciadas, visto que os resultados ambientais em termos de gerenciamento de resíduos sólidos, alcançados nos esforços individuais dos municípios, estão muito longe dos patamares aceitáveis. Sendo assim, o Estado do Rio de Janeiro, assim como demais estados brasileiros, para atendimento a nova PNRS precisará erradicar os lixões até o ano de 2014. Este trabalho tem por objetivo principal avaliar e analisar a viabilidade da estratégia do Ministério do Meio Ambiente (MMA), contemplada na PNRS, que indica a formação de consórcios entre os municípios para um melhor gerenciamento dos RSU, especialmente no que tange à sua destinação final, visando a confirmar a pertinência da escolha ou visualizar outras alternativas, em termos conceituais. Os resultados obtidos nesta pesquisa mostram que é indiscutível a contribuição de uma gestão regionalizada do RSU, através da formação de soluções consorciadas, observados no estudo de caso do Consórcio Costa Verde. Um grande desafio encontrado é o equacionamento de conflitos de interesses, em prol de um melhor gerenciamento dos resíduos, atenuando as divergências político-partidárias para que as tomadas de decisões sejam baseadas, sobretudo nas questões técnicas e administrativas, estabelecendo a melhor forma de proteger o meio ambiente

Cianobactérias como parâmetro de qualidade ambiental: um estudo no complexo lagunas de Jacarepaguá.

O Complexo Lagunar de Jacarepaguá, localizado no município do Rio de Janeiro, região sudeste do Brasil, é formado pelas lagunas de Jacarepaguá, Camorim, Tijuca e Marapendi. Estas lagunas estão interligadas ao mar pelo canal da Joatinga e têm como afluentes rios e canais que vertem dos maciços da Tijuca e da Pedra Branca. Recebem esgotos sanitários e efluentes industriais, além de contribuições difusas de águas de drenagem e circulação das massas de águas de várias origens, com elevada carga de poluição. A eutrofização cultural aliada aos processos de evolução de ecossistemas costeiros produziu um estado de degradação destas águas com constantes florações de cianobactérias potencialmente tóxicas. O presente estudo tem como objetivo avaliar a ocorrência das cianobactérias (Classe Cyanophyceae) no Complexo Lagunar de Jacarepaguá e corroborar a hipótese de serem boas indicadoras de qualidade ambiental de águas salobras. Foi realizado um monitoramento ambiental nas lagunas de Jacarepaguá, Camorim, Tijuca e Marapendi, nos anos de 2004 a 2006, sendo analisados parâmetros físicos, químicos e biológicos. Os resultados obtidos demonstraram a dominância e a persistência das cianobactérias em elevadas concentrações de nutrientes, caracterizando a hipereutrofização dessas lagunas. As estratégias ecológicas das cianobactérias garantiram sua dominância em quase todo o período amostral e demonstraram ser um refinado sensor das variáveis ambientais. A salinidade não foi um fator de limitação ao desenvolvimento desses microorganismos. Desta forma, este estudo, oferece subsídios para gestão de recursos hídricos, corroborando com a legislação CONAMA 357/05-MMA, na sugestão de indicação deste parâmetro de qualidade ambiental também para ambientes salobros na classe 1.

Localização colaborativa em robótica de enxame.

Diversas das possíveis aplicações da robótica de enxame demandam que cada robô seja capaz de estimar a sua posição. A informação de localização dos robôs é necessária, por exemplo, para que cada elemento do enxame possa se posicionar dentro de uma formatura de robôs pré-definida. Da mesma forma, quando os robôs atuam como sensores móveis, a informação de posição é necessária para que seja possível identificar o local dos eventos medidos. Em virtude do tamanho, custo e energia dos dispositivos, bem como limitações impostas pelo ambiente de operação, a solução mais evidente, i.e. utilizar um Sistema de Posicionamento Global (GPS), torna-se muitas vezes inviável. O método proposto neste trabalho permite que as posições absolutas de um conjunto de nós desconhecidos sejam estimadas, com base nas coordenadas de um conjunto de nós de referência e nas medidas de distância tomadas entre os nós da rede. A solução é obtida por meio de uma estratégia de processamento distribuído, onde cada nó desconhecido estima sua própria posição e ajuda os seus vizinhos a calcular as suas respectivas coordenadas. A solução conta com um novo método denominado Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), ora proposto com o objetivo de melhorar a qualidade da posição inicial dos nós desconhecidos em caso de falhas durante o reconhecimento dos nós de referência. O refinamento das posições é feito com base nos algoritmos de busca por retrocesso (BSA) e de otimização por enxame de partículas (PSO), cujos desempenhos são comparados. Para compor a função objetivo, é introduzido um novo método para o cálculo do fator de confiança dos nós da rede, o Fator de Confiança pela Área Min-Max (MMA-CF), o qual é comparado com o Fator de Confiança por Saltos às Referências (HTA-CF), previamente existente. Com base no método de localização proposto, foram desenvolvidos quatro algoritmos, os quais são avaliados por meio de simulações realizadas no MATLABr e experimentos conduzidos em enxames de robôs do tipo Kilobot. O desempenho dos algoritmos é avaliado em problemas com diferentes topologias, quantidades de nós e proporção de nós de referência. O desempenho dos algoritmos é também comparado com o de outros algoritmos de localização, tendo apresentado resultados 40% a 51% melhores. Os resultados das simulações e dos experimentos demonstram a eficácia do método proposto.

Linear multimodal actuation through discrete coupling

Due to technological limitations, robot actuators are often designed for specific tasks with narrow performance goals, whereas a wide range of behaviors is necessary for autonomous robots in uncertain complex environments. In an effort to increase the versatility of actuators, we introduce a new concept of multimodal actuation (MMA) that employs dynamic coupling in the form of clutches and brakes to change its mode of operation. The dynamic coupling allows motors and passive elements such as springs to be engaged and disengaged within a single actuator. We apply the concept to a linear series elastic actuator which uses friction brakes controlled online for the dynamic coupling. With this prototype, we are able to demonstrate several modes of operation including stiff position control, series elastic actuation as well as the possibility to store and release energy in a controlled manner for explosive tasks such as jumping. In this paper, we model the proposed concept of actuation and show a systematic performance analysis of the physical prototype that we developed in our laboratory. © 1996-2012 IEEE.

Casting preforms for microstructured polymer optical fibre fabrication

A monolithic structured polymer preform was formed by in-situ chemical polymerization of high-purity MMA monomer in a home-made mould. The conditions for fabrication of the preforms were optimized and the preform was drawn to microstructured polymer optical fibre. The optical properties of the resultant elliptical-core fibre were measured. This technique provides advantages over alternative preform fabrication methods such as drilling and capillary stacking, which are less suitable for mass production. (c) 2006 Optical Society of America.

稀土/高聚物杂化材料的制备及发光性能的研究

本论文旨在开发能使无机材料和有机材料的功能互补、协同优化的无机/有机复合发光材料的制备方法，并研究其发光性质，以发展一类新型的高性能发光材料。首先基于无机组份与有机组份的物理和化学性质的差异，采用能保持其性质均不改变的低温软化学合成法-溶胶-凝胶技术，无机组份选择具有优良光、热稳定性的SiO_2，有机组份选择具有和无机SiO_2相似折射率和优良力学性能的丙烯酸类如甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，采用两步溶胶-凝胶法和在交联剂3-(三甲氧基硅)丙基甲基丙烯酸酯(MSMA)存在下快速制备了两种杂化基质材料SiO_2/P(MMA-MSMA)和SiO_2/P(HEMA-MSMA)。由于使用两步溶胶-凝胶法，大大缩短了溶胶的成胶时间，所得杂化材料具有良好的光学透明性。实验结果表明，在基质材料中形成了无机网络和聚合物网络，无机相和有机相之间存在着强的化学键，两相间无明显的界面，即形成了互穿网络，粒子的尺寸在100 nm以内，属于纳米材料。由于原位聚合物与无机SiO_2基质同时生成，不仅使杂化基质材料具有一定的韧性，而且可有效降低无机SiO_2凝胶基质的热聚集和光损耗，是制备复合发光材料的优良基质材料。由于TiO_2基质具有较低的声子能量(可降低发光组份的非辐射跃迁几率)，也是一种良好的基质材料。研究了在DMF存在下透明TiO_2凝胶基质的快速制备方法。由于DMF上的氮原子可和Ti-OH上羟基形成氢键，从而大大降低了钛酸丁酯的水解速率，避免了钛酸丁酯直接水解时沉淀的出现，通过调节DMF的用量，可以在不同时间内制备透明的TiO_2凝胶。凝胶经热处理后，其结构从无定型态转变为锐钛矿相，经800℃热处理后己全部转变为会红石相。此制备方法不仅快速，而且比现有的溶胶-凝胶法制备金红石相TiO_2的温度至少降低了200℃。基于高分子聚合物聚乙烯醇缩丁醛(PVB)具有良好的成膜性能，采用旋转涂敷法制备了SiO_2/PVB杂化膜，通过调节溶胶的粘度和匀胶的速度，可以制备不同厚度的薄膜，为杂化发光膜的制备提供了依据。基于1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(TPB)在蓝光波段其有优良的发光性能，制备了掺杂TPB的SiO_2凝胶，并研究其在溶胶-凝胶过程中光谱性质的变化。由于凝胶基质的“笼保护”效应，掺杂于溶胶-凝胶基质中的TPB具有较高的热稳定性，其热分解温度达460℃。TPB具有较高的猝灭浓度，相对于它的氯仿溶液，TPB在凝胶基质中猝灭浓度提高2～3个数量级。另外，在凝胶基质中比其在氯仿溶液中具有较长的荧光寿命，这对于此类发光材料的实用化具有重要意义。基于基质的组成、微结构及化学环境，可影响发光组份之间的相互作用和能量传递规律，制备了双掺UO_2~(2+)和Eu~(3+)的TiO_2凝胶。由于在TiO_2凝胶基质中Eu~(3+)的激发光谱和UO_2~(2+)的发射光谱具有较大的光谱重叠，研究了它们之间的能量传递机制。实验结果表明，在TiO_2凝胶中，存在着UO_2~(2+)向Eu~(3+)的能量传递过程，其能量转移效率和能量转移速率随Eu~(3+)浓度的增大而增大。通过对Stern-Volmer曲线的分析，得出Eu~(3+)对UO_2~(2+)荧光的猝灭机制主要为稳态猝灭机制，此研究为丌发新的发光材料提供了科学依据。为克服传统溶胶-凝胶法制备光功能材料时预先掺杂法的缺点和局限，缩短制备光功能材料的周期，基于溶胶-凝胶水解、缩聚的特点和稀土配合物的形成规律，首次提出应用两步溶胶-凝胶法于SiO_2基质中快速原位合成了稀土配合物的方法。它是即在用盐酸作为酸性催化剂水解一定时间的溶胶中，加入六次甲基四胺作为碱性催化剂。六次甲基四胺的加入，一方面，加快了凝胶的形成，另一方面，使溶胶的介质逐步适合配合物的形成，最终在凝胶基质的形成中原位合成了稀土配合物。由于采用两步溶胶-凝胶法，缩短了凝胶时间，可在数小时内制备出透明含原位配合物的湿凝胶。采用荧光光谱、吸收光谱、IR光谱及荧光寿命测量等手段，对原位合成稀土配合物的过程进行了跟踪表征。实验结果表明，对于水杨酸-Tb~(3+)配合物的原位合成，在溶胶阶段无配合物的形成，此时，水杨酸向Tb~(3+)的能量传递属于分子间能量传递过程，即扩散控制的碰撞过程；在湿凝胶中，Tb~(3+)与水杨酸形成了配合物，在紫外光激发下，通过水杨酸向Tb~(3+)的分子内能量转移，发出Tb~(3+)强烈的特征荧光。此复合光功能材料制备技术，具有一定的创新性和实用价值。应用上述两步溶胶一凝胶法于SiO_2及SiO_2/聚合物杂化基质中快速原位合成了稀土β-二酮、芳香羧酸及杂环配体phen配台物，并制备了稀土配合物SiO_2/PVB杂化发光薄膜。原位稀土配合物在紫外光激发下发出其相应稀土离子的特征谱线，和纯配合物相比，其激发光谱变为-不对称的宽带，发射光谱表现出较少的劈裂：山于杂化基质的保护作用，原位合成的稀土配合物具有较好的光稳定性和热稳定性；由于原位合成的配合物被固定于基质的微孔中，在IR光谱上，其相关振动吸收较弱；配合物的名义掺杂在0.6 mol%时，发光强度随掺杂浓度的增加而增加，无浓度猝灭现象；SEM表明，含有原位合成的配合物的材料，具有一定的均匀性，粒子尺寸在纳米级范围。为发展多种无机基质稀土有机配合物光功能材料的复合技术，拓宽无机/有机光功能材料的制备方法，首次采用离子交换法将稀土配合物Eu(DBM)_3phen和Tb(AA)_3phen嵌入到层状化合物α-磷酸氢锆(α-ZrP)中，制备了嵌有稀土配合物的组装体，并研究了组装体的光物理性质。基于层状化合物的结构特点，首先将对甲氧基苯胺(PMA)嵌入层状化合物中，得到预组装体，使层间距变大，然后再通过离子交换的方式，制得含有稀土配合物的组装体。XRD光谱和紫外-可见吸收光谱证明配合物组装进了层状化合物中。在紫外光激发下，组装体发出相应稀土离子的特征谱线；和纯配合物粉末相比，其激发光谱发生一定的蓝移，而其发射光谱则表现出较少的劈裂；由于基质的保护作用，组装体中的配合物具有较高的荧光寿命和发光效率。研究、制备了改性MCM-41与稀土配合物Eu(DBM)_3phen的复合组装体发光材料，并研究了组装体的发光性质。由于羟基的高能振动将极大地猝灭稀土离子的荧光发射，所以采用3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-[(3-三乙氧基硅)]丙基乙二胺和4-(三乙氧基硅)丁氰三种硅烷化试剂对介孔分子筛MCM-41内壁羟基进行了修饰。组装体在紫外光激发下发出稀土离子的特征谱线，经氨丙基三乙氧基硅烷改性后的组装体，其发光强度约为未改性MCM-41前组装体的9倍，说明了经改性后，减少了基质中的羟基含量，降低了因羟基的高能振动而引起的非辐射跃迁几率，提高了组装体的荧光强度；对不同的改性剂的改性效果的研究表明，经4-(三乙氧基硅)丁氰改性、N-[(3-三乙氧基硅)]丙基乙二胺改性和3-氨丙基三乙氧基硅烷改性MCM-41改性后的的组装体的荧光强度依次增加，同时，稀土离子在其中的荧光寿命也依次增加。以上复合技术为研究和开发具有高效、长寿命的复合发光材料提供了新的可能。为满足不同条件下材料的要求，选择具有优良发光性能的稀土配合物，将其引入P(MAA-St)共聚物的合成过程中，制备了质轻、透明性好的掺杂有稀土配合物的透明发光树脂，并研究了发光树脂的光物理性质。透明发光树脂具有良好的透光性，密度在1.2 g/cm~3；在紫外光照射下，树脂发出稀土离子强烈的特征荧光，在掺杂浓度不大于4wt%时，发光强度随掺杂浓度的增大而增大。稀土配合物在发光树脂中较其在乙醇溶液中具有较长的荧光寿命。与其相应的纯配合物的乙醇溶液相比，稀土配合物在发光树脂中的周围环境极性增大，格位对称性升高。

含β-二酮结构高性能聚合物的合成、表征与性能

合成出12种β-二酮化合物：1-（4-硝基苯基)-3-苯基-1,3-丙二酮(1)、1-(3-硝基苯基)-3-苯基-1,3-丙二酮(2)、1-(4-胺基苯基)-3-苯基-1,3-丙二酮(3)、1-(3-胺基苯基)-3-苯基-1,3-丙二酮(4)、1-(4-马来酰亚胺基苯基)-3-苯基-1,3-丙二酮(5)、1-(3-马来酰亚胺基苯基)-3-苯基-1,3-丙二酮(6)、1,3-双(3一硝基苯基)-1，3-丙二酮(7)、1-(3-硝基苯基)-3-(4-硝基苯基)-1,3-丙二酮(8)、1,3-双(4-硝基苯基)-1,3-丙二酮(9)；1,3-双(3-氨基苯基)-1,3-丙二酮(10)、1-(3-氨基苯基)-3-(4-氨基苯基)-1,3-丙二酮(11)、1,3-双(4-氨基苯基)-1,3-丙二酮(12)。12种化合物的结构均经多种光谱表征方法得到证实。采用定量~1H和~(13)C-NMR方法测定了化合物5-12酮式、烯醇式异构体的含量；烯醇式-酮式互变异构平衡常数；以及化合物5、6、8、lO烯醇式异构体的相对百分比。应用荧光光谱法研究了化合物的荧光性能，比较了取代基位置对其荧光性能的影响。以化合物5和6为单体，成功地制备出侧链含有B-二酮结构的2种马来酰亚胺均聚物。聚合研究结果表明间位取代的单体聚合速率明显大于对位取代的单体。光谱表征结果表明均聚物侧链的B-二酮基团主要以其烯醇式的形式存在，但是由于琥珀酰亚胺的共轭效应小于马来酰亚胺的共轭效应，因此均聚物的酮式异构体含量较之单体相对增大。荧光光谱研究表明虽然均聚物酮式异构体含量较高，但受大分子结构的影响，其荧光强度较小分子类似物有所降低。均聚物性能测试结果表明间位取代的均聚物较之对位取代的均聚物表现出较高的热性能。以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(St)、乙烯基正丁醚(BVE)、甲基丙烯酸正丁酯(BMA)、4-乙烯基吡啶(VPy)、1-乙烯基咪唑(VI)为第二单体，分别同化合物5和6共聚合成功地制备出十一种马来酰亚胺共聚物。共聚合研究结果表明，依第二单体的不同，部分共聚物表现出典型的交替共聚物性质，如第二单体为St、PPy和VI。当第二单体含有强质子受体性能的基团，如吡啶基和咪唑基时，同β-二酮基团的烯醇式存在大分子链内的分子间氢键作用。这种分子内氢键的相互作用，直接导致共聚物荧光性能的增强。此外，所有共聚物在保持良好的热稳定性能基础上，平均分子量均有相当大的提高，共聚物数均分子量最高者可达十几万。与此同时，共聚物的溶解性能也得到了彻底的改善，所有共聚物均可溶于氯仿、丙酮、四氢呋喃等溶剂。根据共聚微分方程，采用斜率截距法分别测定了十一组共聚体系的竞聚率。进而应用Alfrey-Price方程，求得的单体5和6的Q值和e值。单体5的平均Q和e值分别为1.08和1.94；单体6的平均Q和e值分别为1.05和1.69。以二胺单体10、11和12同多种二酐经由聚酰胺酸热或化学环化首次成功地合成出二十几种主链含有β-二酮结构的聚酰亚胺。粘度实验表明，由3种二胺合成的聚酰胺酸分子量都不高在0.30-1.09dL/g之间变化。比较3种二胺单体与相同二酐制备的聚酰胺酸分子量，其的大小次序为：10 > 11 > 12。溶解性实验表明由含有柔性桥联基团，如O，C(CF_3)_2，SO_2和C(CH_3)_2基团的二酐制备的聚酰亚胺表现出良好的溶解性，其中，同一种二酐与3种二胺单体制备的聚酰亚胺的溶解性的大小次序为：10 > 11 > 12。所得聚酰亚胺均表现出较高的玻璃化转变温度，如200℃以上，和热分解温度，如10％热失重温度于氮气和空气氛下均在400℃以上。广角X射线衍射分析表明多数聚酰亚胺为非晶聚合物，但是依二胺和二酐结构的不同，部分聚酰亚胺形态结构呈现出一定的有序性。比较含3种二胺单体的聚酰亚胺膜性能，以含二胺单体10的聚酰亚胺膜性能最佳。拉伸实验结果给出其断裂伸长率在2-6%之间；抗张强度在29-72Mpa之间；杨氏模量在1414-2111Mpa之间。二胺的活性取决于氨基的电子给予性，而氨基的电子给予性与氨基质子和直接联于氨基的碳原子化学位移密切相关。因此，由其化学位移的大小可推断出二胺的活性。根据NMR测得的二胺的氨基质子或直接联于氨基的碳原子化学位移，二胺活性的大小次序为：10 > 11 > 12。二胺结构对聚酰亚胺性能的影响主要来自二胺分子的空间立体结构或分子结构的对称性。二胺的线性越差，聚酰亚胺的溶解性越好；而二胺分子的对称性越好、刚性越强，聚酰亚胺的Tg越高。因此，比较三种二胺的结构，不难得出含3种二胺单体的聚酰亚胺的溶解性大小次序为：10 > 11 > 12，而含3种二胺单体的聚酰亚胺的Tg大小次序为：12 > 11 > 10。以上推论与实验结果完全一致。在成功地合成出主、侧链含β-二酮结构高性能聚合物的基础上，我们对β-二酮聚合物的光化学和配位化学性质进行了初步探索性研究。β-二酮聚合物的光化学性质研究表明，由于大分子结构的影响聚合物光酮化过程的暗反应变得非常之缓慢，因此，光酮化过程很难趋于平衡。聚合物与二乙烯基苯的光加成交联反应研究结果表明，在紫外光照条件下，聚合物与二乙烯基苯发生了光加成交联反应。以β-二酮聚合物作为配体兼载体同四氯化钛配合反应，成功地制备出聚合物负载过渡金属钛配合物催化剂。配合物催化剂的结构分析表明钛与聚合物配体存在多种配位形式。所得催化剂同MAO组成的催化体系可有效催化乙烯的配位聚合反应，在铝钛比仅为200时，催化剂的聚合活性可达3.9 * 10~5g/molTi·h。由于多种配位形式导致的多催化活性中心，因此，所得聚乙烯具有较宽的结晶熔融温度范围。该催化体系同样可有效催化苯乙烯的间同聚合。本体聚合铝钛比为200时，其聚合活性为5.2 * 104g/molTi·h。所得聚苯乙烯熔点温度达263 ℃，为典型的间同聚苯乙烯。以化合物5或6为配体，合成出三种三元稀土离子铕配合物单体。以上述三种配合物单体同MMA或St共聚制备出三种稀土聚合物配合物。考察了聚合物配合物荧光强度与其结构和铕含量的关系。所得聚合物配合物均为白色粉末，易溶于常用有机溶剂如氯仿、丙酮和四氢呋喃等。采用溶液浇铸法或旋转涂膜法，可方便地制备成无色透明薄膜。在紫外光激发下，薄膜发出特征的红色稀土离子铕的荧光。遗憾的是，在我们试图将聚合物配合物用于电致发光研究中，没有获得成功。

单组分茂稀土催化剂催化极性单体聚合

本论文分为两部分，第一部分合成一些新型茂稀土催化剂。一共合成出四类22种稀土金属有机配合物。第二部分尝试了茂基稀土配合物对甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯腈（AN）、4-乙烯基吡啶（4-VP）、已内酯（CL）的聚合，研究了其聚合规律，并对其聚合物进行了表征。主要结果如下：1. 合成出四类22种稀土金属有机配合物：第一类：氯化稀土配合物(C_9H_7)_2LnCl(THF)_n (Ln = Y，Yb，Nd，Sm)，Me_2Si(Ind)_2 YCl(THF)_n，Me_2Si(Flu)_2YCl(THF)_n， Me_2Si(Ind)(Flu)YCl(THF)_n。第二类：稀土胺化物(C_9H_7)_2LnN(i-Pr)_2(THF) (Ln = Y，Yb)， Me_2Si(Ind)_2YN(i-Pr)_2，Me_2Si(Flu)_2Y N(i-Pr)_2， Me_2Si(Ind)(Flu)YN(i-Pr)_2。第三类：稀土与铝双金属配合物(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，Me_2Si(Flu)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2， Me_2Si(Ind)(Flu)Y(μ-Et)_2AlEt_2，(C_9H_7)_2Sm(μ-Me)_2AlMe_2， (C_9H_7)_2Sm(μ-Et)_2AlEt_2。第四类：二价钐配合物(C_9H_7)_2Sm(THF)_3，(C_(13)H_9)_2Sm(THF)_2， Me_2Si(Flu)_2Sm(THF)_x，Me_2Si(Ind)(Flu)Sm (THF)_x， (CH_2)_2(fLU)_2Sm(THF)_x。对每类配合物分别进行了核磁、红外及紫外分析。2.茂稀土配合物催化极性单体聚合（1）甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合 首次发现(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2， (C_9H_7)_2LnN(i-Pr)_2(THF) (Ln = Y，Yb)， Me_2Si(Ind)_2YN(i-Pr)_2，Me_2Si(Flu)_2YN(i-Pr)_2， Me_2Si(Ind)(Flu)YN(i-Pr)_2 MMA聚合均表现出极高的催化活性，其中以(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2催化MMA所得的PMMA全同含量（mm）可达94.8%。（2）丙烯腈（AN）聚合：首次发现(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，(C_9H_7)_2LnN(i-Pr)_2(THF) (Ln=Y，Yb)对AN聚合表现出较高的催化活性，并且发现往此催化体系中加入添加剂PhONa，基催化活性及分子量都明显提高。其聚合物的立构规整性用~(13)C-NMR谱进行了表征，发现聚合物的结构均为无规结构。(3)4-乙烯基吡啶（4-VP）聚合：首次发现(C_9H_7)_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，(C_9H_7)_2Sm(THF)_3对4-VP聚合表现出很好的催化活性，并且发现单体浓度及催化剂用量对4-VP聚合有较大的影响。此外，一些桥联配体的二价钐配合物Me_2Si(Flu)_2Sm(THF)_x，Me_2Si(Ind)(Flu)Sm(THF)_x， (CH_2)_2(Flu)_2Sm(THF)_x也能催化4-VP聚合，但其催化活性较低。（4）已内酯（CL）聚合：比较了各类茂稀土催化剂对己内酯开环聚合的催化活性。发现Ind_2Y(μ-Et)_2AlEt_2，Ind_2YN(i-Pr)_2(THF)， Me_2Si(Ind)(Flu)YN(i-Pr)_2(THF)，Me_2Si(Flu)_2YN(i-Pr)_2(THF)， Me_2Si(Ind)_2YN(i-Pr)_2(THF)，Ind_2Sm(THF)_x， Me_2Si(Flu)_2Sm(THF)_x，Me_2Si(Ind)(Flu)Sm(THF)_x， (CH_2)_2(Flu)_2Sm(THF)_x均能有效地催化己内酯开环聚合，二价稀土金属配合物的催化活性要比三价稀土金属配合物高。

非茂过渡金属烯烃聚合催化剂的研究

本论文合成、表征了一系列以镍、钦为中心离子的非茂过渡金属配合物，研究了这些配合物催化烯烃聚合的反应行为。主要工作和结论如下：1．合成、表征了一系列水杨醛亚胺中性镍配合物。在改性甲基铝氧烷（MMAO）的活化下，这些中性镍配合物可高效催化降冰片烯伽BE）的加成聚合，在优化条件下，催化活性高达7.1×107 gPNBE／molNi.h，聚降冰片烯的分子量高达1.5×106g／mol。2．合成、表征了三种新型p一二酮单亚胺中性镍配合物。X-射线分析表明，这些中性镍配合物的空间构型为扭曲的平面四边形。在Ni（CO）2的活化下，这些中性镍配合物可催化乙烯聚合生成以甲基支化为主的支化聚乙烯。在MMAO的活化下，这些中性镍配合物是降冰片烯加成聚合的高效催化剂，在优化条件下，催化活性高达4.5×107gPNBE／molNi.h，聚降冰片烯的分子量高达1.1×106g／mol。另外，这些中性镍配合物在MMAO的活化下，可催化甲基丙烯酸甲酷（MMA）聚合，生成富间规的聚甲基丙烯酸甲酷（rr一70％）。令人惊讶的是，这些中性镍配合物／MMAO体系还能催化乙烯和MMA的共聚合反应，生成乙烯与MMA的无规共聚物，极性单体的插入率可达16.7 mol％。3．合成、表征了一系列新型β-二酮单亚胺钦配合物。X-射线分析表明，这些钦配合物的立体构型为含有一个CZ轴的变形八面体。常温下，这些钦配合物在MMAO的活化下，可以高效催化乙烯活性聚合，催化活性可达1.3×l06g PE/molTi-h，生成无支链的线性聚乙烯。常温下，这些钦配合物瓜IMAO体系还能高效催化乙烯和降冰片烯的活性共聚合反应，催化活性高达3.2×106gpolymer／molTi'h，所得聚合物为乙烯与降冰片烯的交替共聚物（COC）。利用该催化体系的活性聚合性质，制备了包含半晶和无定形两种结构片段的新型A-B二嵌段共聚物（PE-b1ock-COC）。4．合成、表征了一系列新型β-二亚胺钦配合物。在MMAO的活化下，这些钦配合物可以常温催化乙烯聚合，在优化条件下，催化活性可达4.6×105 gPe／molTi-h，生成双峰分布的聚乙烯，重均分子量高达6.6×105g／mol。

高分子混合物薄膜表面形态的形成与稳定性

本工作主要从实验上探索了组分的分子量、薄膜厚度、混合物的组成等因素对不相容高分子混合物薄膜表面形态的形成和稳定性的影响规律。在此基础上，利用软印刷的方法对基底表面进行图案化，来控制高分子混合物的相分离行为，以制备规则排列的有序图案。用原子力显微镜（AFM）、偏光显微镜（OM）、X-射线光电子能谱（XPS）等手段，系统研究了PS护MMA混合物薄膜的初始形态及其在退火过程中的形态演变规律。（1）随着PS分子量的增加，研究发现其形态的变化存在一过渡区域并予以合理解释；即：薄膜的初始形态由纳米尺度的相分离向宏观相分离的表面形态过渡；高温下退火时，其形态的演变存在两种过程。（2）对不同厚度的PS／PMMA混合物薄膜，在退火过程中观察到两种能长时间存在的新的表面形态，并阐明其稳定存在的原因；对PS护MMA混合物超薄膜，长时间退火时，在薄膜表面观察到二次相分离。（3）首次提出了利用混合物薄膜的相分离抑制去润湿的方法，即低浓度的PMMA可以抑制PS薄膜的去润湿行为，其稳定机理归结为PMMA优先向基底的表面分离而形成的厚度为少L个纳米的PMMA富相层。（4）研究了PS／P MMA混合物薄膜在OTS图案化基底上的形态变化，结果表明，薄膜的形态演变主要由横向受限和基底的表面自由能决定。通过控制受限程度和退火时间，可得到多种形态。以PS／P 4VP夕昆合体系为例，探索了如何利用高分子混合物薄膜的相分离制备具有规则排列的有序结构。研究表明，只有当PS的分子量相对较小时，在SAM图案化的基底表面，才比较容易形成规则排列的相分离图案。该规则排列的相分离图案具有良好的热稳定性。为深刻理解在旋涂过程中高分子聚集结构的变化情况，以SESS为例，用DFM研究了旋涂高分子薄膜的形成过程。当溶液浓度较低时，首次观察到了条状取向结构并提出该结构的形成机理，说明在旋涂过程中其复杂的剪切拉伸场可以引起柔顺性高分子线团或聚集体的取向。

过渡金属烯烃聚合催化剂的研究

本论文合成、表征了一系列以铁、钻、镍、铬为中心离子的非茂过渡金属配合物，研究了这些配合物催化烯烃聚合的反应行为。主要工作和结论如下：1，合成、表征了一系列苯环邻、对位含取代基的毗咤双亚胺铁、钻乙烯聚合催化剂。在改性甲基铝氧烷（MMAO）的活化下，这些配合物可高效催化乙烯聚合。在优化条件下，研究了邻、对位取代基电子效应对催化活性的影响。对于铁催化剂来说，不仅邻位取代基体积的大小对乙烯的插入及所得聚合物的分子量有微调作用，对位取代基的电子效应也对催化活性和聚合物分子量影响也很大。2．我们在单核毗咤双亚胺铁催化剂的基础上，设计合成了环状三核铁催化剂。这种环状三核铁催化剂的活性中心位于环状结构的内部。在有机铝的活化下，可高效催化乙烯聚合。新的催化剂展示出更长的催化剂寿命，与单核铁催化剂相比，性能上得到非常大的改善，不但能防止催化剂分子间的失活，还可有效抑制链转移反应的发生。3．在MMAO的活化下，吡啶双亚胺铁可催化（甲基）丙烯酸酷的聚合。催化MMA的聚合时，得到低分子量、窄分布的间规PMMA；催化BMA的聚合时，活性很高，得到无规、低分子量的PBMA；催化丙烯酸酷聚合时，不仅活性高，而且易得到高分子量的聚合物。催化活性、聚合物产率、立构规整度、分子量及分子量分布都会受到反应参数、催化剂结构及助催化剂的性质的影响。4．合成、表征了一系列带有不同取代基的份二亚胺镍催化剂。在MMAO的活化下，这些镍配合物可以高效催化乙烯聚合。不仅邻位取代基体积的大小对乙烯的插入及所得聚合物的分子量有微调作用，对位取代基的电子效应也对催化活性、聚合物分子量及其支化度也有很大的影响。5．合成、表征了一系列新型二苯硫醚双亚胺铬催化剂。在MMAO的活化下，这些铬配合物可常温催化乙烯聚合，生成具有宽分布的聚乙烯。配体结构以及聚合条件对催化剂的活性及所得聚合物的性质有很大影响。

丁腈羟聚氨酯／聚甲基丙烯酸甲酯互穿网络高聚物的制备、形态和T_g转变行为的研究

采用同步法合成了丁腈羟聚氨酯[PU(HTBN)]/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)互穿网络高聚物(IPN)，丁腈羟(HTBN)以甲苯二异氰酸酯(TDI)固化，PMMA的交联剂为二甲基丙烯酸-缩乙二醇酯(DEGDMA)。用H－500型电子显微镜(TEM)观察形态，用DDV－II型粘弹谱仪测定动态力学谱。实验结果表明，提高任一组分交联程度，均使体系的“强迫互容”性增加，PMMA相区可从3000～6000 A变成1000 A左右，加入与HTBN等当量的三羟甲基丙烷（TMP），或在DEGDMA用量为MMA重量的2％时，样品表现出两相连续性都较大的形态，两个T_g转变峰之间的Tanδ值也较高。提高腈其含量，可增加体系的化学相容性。当HTBN中丙烯腈含量约为24％时，表现为半相容体系。样品的Tanδ值在－20～＋120 ℃范围内，均在0.2～0.3上下，PMMA相区为200 A左右。在半相容体系中，“强迫互容”性对T_g较变行为和形态均有较明显影响。样品在动态力学谱上有两个转变峰，T_(g1)和T_(g2)，T_(g1)是PU（HTBN）的T_g转变，T_(g2)是PMMA的T_g转变。我们发现某些样品出现T_(g2)高于PMMA的T_g现象。通过对简化体系的研究表明，此现象与MMA跟HTBN上双键的反应有关，反应条件较激烈或1,2结构含量较高时，T_(g2)升高的幅度也较大。我们还制得一些阻尼特性较好的样品，它们具有用做吸振材料的可能性。

聚合物共混体系的相容性研究

研究聚合物共混体系的相容性有很多方法。本文除采用DSC和DMA等常用的方法外，还尝试性地采用仅气相色谱（IGC）来探讨共混高聚物的等温相分离和高聚物间的相互作用的强度，进而说明高聚物间的相容性。肯定了IGC是测定高聚物的各种转变温度及相互作用参数的可靠方法。本工作研究了聚偏氟乙烯（PVF_2）和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物[P(MMA-co-st)]共混体系的相容性和结晶性能；粉末固相氯化的氯化聚乙烯（CPE，Cl含量为62.1wt%）分别与P（MMA-co-st），乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA，VA含量为40wt%）共混体系的相容性；估算了EVA，CPE及其共混物的溶度参数（82）PVF_2/P(MMA-co-st)共混体系的DSC，DMA等研究结果表明，该共混体系是部分相容体系，其相容程度与组成有关；以组成为50/50的共混物的相容程度最好；又与样品的热历史有关。共混体中PVF_2的结晶能力取决于P（MMA-co-st）的含量。探针分子与纯聚物CPE，EVA和P（MMA-co-st）及共混物CPE/P（MMA-co-st），EVA/CPE的相互作用与探针分子的种类和分子量以及温度有关。用IGC所测得的CPE，P（MMA-co-st）以及EVA，CPE间的相互作用张度与所用探针分子种类，共混组成比和温度相关，并结合DSC、TMA对SPE/P（MMA-co-st），EVA/CPE共混体系的相容性作了定性说明。本工作还用IGC法测定了CPE/P（MMA-co-st）共混体系的转变温度，探讨了部分相容体系以及EVA/CPE的lgVg～10~3/T的线性方程，这对探讨共混体系的等温相分离过程和预言共混体系在所测的温度范围内任一点的比保留体积很有意义。最后，用IGC法估算了EVA，CPE及其共混物的溶度参数肯定了IGC法估测高聚物溶度参数的可靠性，发现共混物的溶度参数相对于其纯聚物组份的平均加和值有负的偏差。

胆甾液晶/聚合物混合体系结构与性质的研究

采用自由基聚合的方法分别合成了一系列不同共聚组成和不同分子量的MMA－n-BMA共聚物。通过偏光显微镜，DSC、X-射线衍射，电子显微镜以及扭辩分析等手段研究了ChN/poly（MMA－co－BMA）体系的相溶性，结构形态及其液晶性质，考察了共聚物结构因素对体系性质的影响。对多组分胆甾液品／聚合物体系的情况也进行了部分研究。研究表明：在一定组成范围内ChN/poly(MMA-co-BMA)体系具有一般的胆甾液晶性质。聚合物组分对ChN的结晶性具有明显的抑制作用，并最终导致了部分ChN组成S_A相的冻结。在多组分胆甾液晶的PDLC体系中，共聚物组分可以明显地提高体系液晶相的稳定性。另外，合成了胆甾液晶单体ChA，对其结构及液晶性质进行了表征和研究，并偿试了ChA-n-BMA共聚物的制备及其液晶性质的研究。发现在一定条件下，上述不完全聚合体系中的Ch相结构可以冻结在室温下。上述两种体系具有作为存貯材料的可能性。