脲醛树脂花状微球的形成机制及形貌控制
花状微球是指外形呈花状的3D微球结构，由片层结构组装而成，将片层结构看做“花瓣”，则整个微球可看做是由“花瓣”组成的“花球”，因而得名。由于其特殊的花瓣状结构具有较大的比表面积，有较多的反应活性位点等优点，花状微球在催化剂载体、电池材料、微波吸收、pH响应等领域都存在广泛应用。 迄今为止，几乎所有的花状微球都是用无机化合物制备的，而以有机物为基体制备的花状微球却极其罕见。这是因为金属和无机非金属的分子极性强，更易结晶，有机物基体由于巨大的分子量和复杂的缠绕结构，其结晶一般比较困难，即形成有序结构的难度较大，以有机物基材料为原料制备花状微球一直是一个挑战。 本文以甲醛和尿素为原料，使用简单的沉淀聚合制备了形貌规整的，粒径大小为8～15μm的有机物基脲醛树脂花状微球。通过SEM、FTIR、XRD、XPS等多种测试表征手段来研究脲醛花球的形貌和结构变化。结果表明，在众多的影响因素中，pH是控制花状微球形成的关键因素。特定的pH条件(pH=4)和温度的降低都有利于降低甲醛和尿素的反应速率，进而降低产物的沉降和析出速率，使得脲醛树脂预聚物有充分的时间结晶和自组装，生成有序结构，进而生成花状微球。不同原料比、不同合成方法则主要从改变脲醛树脂的结构方面影响脲醛树脂微球的形貌。最后，通过脲醛花球的时间追踪提出了脲醛树脂花状微球的形成机理，即氢键自组装理论。这是首次对脲醛树脂花状微球的形成提出可能的形成理论。 依据该机理，进一步选择硫脲和甲醛反应成功制备出硫脲醛树脂花状微球，并通过改变硫脲甲醛比调节了硫脲醛花球的组成，采用FTIR，SEM，XRD和紫外光谱等测试手段对不同原料比的硫脲醛树脂花状微球进行了表征，结果表明:硫脲醛树脂花状微球的成功制备验证了理论的合理性;并且所制备的不同原料比的硫脲醛树脂花状微球确有对Ag+的吸附能力;其中甲醛硫脲比为4时(F4T1树脂)对Ag+的吸附能力最佳，其最大吸附容量为8.1747mmol/g。是一种优质吸附剂。本文的研究内容对其他有机物基花状微球的形成及后续应用有极大的指导意义。
脲醛树脂花状微球;制备工艺;微观形貌;氢键自组装理论
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
程珏
2019
中文
TQ323.3;TQ320.6
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）