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单体序列分布对定义明确的三元共聚物:Poly(vinyl acetate-co-vinyl butyrate-co-vinyl butyl ether)亲CO_2性质的影响

朱泽文  
【摘要】:由于亲CO_2聚合物在二氧化碳体系中的诸多应用,比如在界面工程中作为稳定剂来提高界面稳定性,在石油工程中作为增稠剂来提高石油采收率,以及在气体分离技术中作为气体分离膜提高气体分离效率。为了在这些领域中展现更出色的性能,近些年来很多努力致力于设计环境友好的高性能亲CO_2聚合物。但是这些亲CO_2聚合物在CO_2中普遍具有较低的溶解性,这大大制约了超临界二氧化碳的应用前景。因此设计高溶解性的亲CO_2聚合物,以及构建亲CO_2聚合物结构对其溶解性能影响的关系是十分必要的,是未来开发高溶解能力的亲CO_2聚合物的必经之路。本论以亲CO_2的聚醋酸乙烯酯基共聚物为研究对象,首先通过可逆的加成断裂链转移(RAFT)聚合对三个亲CO_2单体:醋酸乙烯酯(VAc)、醋酸丁烯酯(VBu),乙烯基丁基醚(VBE)的均聚合以及共聚合进行动力学研究;之后通过测定成对的竞聚率,基于Alfrey-Goldfinger-Skeist模型来监控合成一系列具有精确组分和分子量的二元、三元共聚物。随后为了构建亲CO_2聚合物结构与性能关系,我们使用统计学计算得到了定义明确的亲CO_2聚合物的单体序列分布概率,并用其变化特点解释了亲CO_2聚合物的相行为,首次构建了亲CO_2共聚物单体序列分布对其溶解性影响。具体内容如下:首先基于三个亲CO_2单体:VAc、VBu和VBE进行RAFT均聚、多元共聚实验,并通过传统动力学研究方法进行了理论研究;动力学微观常数表明,含有VBE的聚合体系聚合速率很低,链转移常数普遍很高。通过二元RAFT共聚实验,使用三种方法确定竞聚率的平均值作为最终的竞聚率数值,从这些数值可以看出单体在共聚体系中不同的单体消耗速率,并且可以预先估测出单体的消耗倾向:VBuVAcVBE;之后使用Alfrey-Goldfinger-Skeist模型将瞬时的单体组成和累计单体组成与转化率进行数学模型的构建,实际测得的数据与理论模型数据相吻合。合成了两类定义明确的亲CO_2共聚物,第一类亲CO_2聚合物对应着VAc:VBu比例固定为1:1,VBE为变量;第二类亲CO_2聚合物对应着VBE含量为20%,VAc和VBu为变量。对合成的定义明确的亲CO_2共聚合物进行溶解性测试,发现两类聚合物都出现了最高临界溶解压力(UCSP)行为,并且在分子量为6800-7200 g/mol的聚合物中,单体组分比例(VAc:VBu:VBE)为41.8:40.4:17.8的聚合物发现具有最大的浊点压力。最后我们发现具有VBE单体含量多的三元单体可以有效降低分子间相互作用,而具有对称3D结构的三元单体可以与CO_2产生很强的相互作用。


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