功能化聚苯乙烯树脂的制备及其应用的初步研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:silvervan
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功能高分子的内容丰富、品种繁多、发展迅速,已经成为工业生产各个领域必不可少的关键材料,将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。聚苯乙烯树脂(PS)经功能化后,可赋予树脂新的、更广泛的用途,因而为人们所关注。可获得不同功能基团的PS,如:磺酸基、卤素基、硝基、不同碳链的烷基等,但目前存在着如双键含量太少且位于树脂结构内部、难以控制微球粒径及担载量等问题。   本文以丙烯酰氯为酰基化试剂,通过Friedel-Craft酰基化反应制备含有双键的聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂的最优工艺条件为:反应时间为30min,催化剂:丙烯酰氯=1.25:1;最佳投料比为1:2:2。在该优化条件下,可制得双键含量为3.85mmol·g-1、远高于传统共聚法得到的“悬挂双键”含量的聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂。其化学性质更活泼,能引入更多的功能基团,应用范围更广。该功能化树脂的结构经红外光谱、化学滴定及氯元素分析得到表征。   其次,介绍了采用丁二酸酐为酰基化试剂,经Friedel-Crafts酰基化反应得到脂肪族羧酸型阳离子交换树脂。最佳优化条件为:二氯甲烷:硝基苯=10:1,混合溶剂量=11mL/g-PS,反应时间为10h,AlCl3:丁二酸酐=3:1。在该优化条件下可获得高担载量(3.50mmol·g-1)的、有手臂链长的脂肪族弱酸型阳离子交换树脂。该方法可控制反应程度,在疏水性的交联聚苯乙烯微球近表面和表面进行功能化。制成的羧基树脂结构规整,粒径均一,可通过优化条件控制担载量,可克服大量羧基包裹在微球内部,或难以控制水解条件、难以控制微球的粒径和担载量等缺点,并且反应条件温和。经过酸碱滴定、红外光谱等分析手段可定性、定量地确定了该产物的结构和担载量。   在交联的聚苯乙烯微球上,以顺丁烯二酸酐作为酰基化试剂,通过Friedel-Crafts酰基化反应,得到一种含有双键的脂肪族弱酸型阳离子交换树脂。通过对反应条件的优化,可获得高双键担载量(约为3.16mmol·g-1)的、有手臂链长的脂肪族弱酸型阳离子交换树脂,且最高羧基担载量为354mmol·g-1。   最后,通过Michael反应,以乙二胺化交联聚苯乙烯树脂和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸为原料,制备得到新型的脂肪磺酸基阳离子交换树脂。最佳反应条件为:反应时间18h,温度100℃,PS-Acyl-EDA:AMPS:K2CO3:TBAB(摩尔比)=1:10:2:0.2。该方法不同于以往的树脂磺化方法,而具有较长的手臂链,易于和其它物质反应或进行离子交换。而且避免了芳香族磺酸树脂的磺化水解逆反应。并对其吸附Cr3+的条件进行了优化,对相关的吸附等温线,动力学性能,溶液pH值,温度等影响因素进行了研究,得到了吸附的最佳条件:pH=5,吸附时间为175min,1g树脂处理20mL浓度为250mg·L-1的Cr3+液为最佳固液配比,且吸附率可达100%。用10%的盐酸可以基本将吸附在树脂上的Cr3+全部解吸下来,达到将Cr3+完全回收利用的目的。
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