摘要
双马来酰亚胺(BMI)树脂具有优异的电绝缘性、耐热性和耐辐射性等优点，被广泛应用于航空航天和机械等领域。纯BMI树脂的加工性差和抗冲击性能低，限制其应用范围。因此，制备BMI基纳米复合材料和形状记忆材料等功能材料成为BMI研究的热点。BMI单体具有反应活性高和分子结构设计性强等优点，可根据需求合成BMI基功能聚合物。BMI单体溶解性较差，合成形貌和粒径可控的BMI基功能性微球比较困难。本文通过自稳定沉淀(2SP)聚合方法，4,4'-双马来酰亚胺基二苯甲烷(BMIM)分别与醋酸乙烯、苊烯和柠檬烯共聚合，制备出不同形貌(实心和空心)、粒径和化学组成的BMIM基功能聚合物微球。在深入了解BMIM基聚合物微球的结构和性能后，研究其在催化和吸附领域的应用。主要研究内容如下： 1. 以BMIM和醋酸乙烯(VAc)为单体，采用2SP聚合法制备双马来酰亚胺-醋酸乙烯聚合物(PBV)微球，系统研究反应时间、反应温度、反应溶剂比例、单体总浓度、单体摩尔比和引发剂用量对PBV的形貌、产率和粒径的影响。结果表明：以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲基乙基酮(MEK)混合溶剂为反应介质，BMIM/VAc摩尔比1/2，总浓度167 mmol/L，引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)用量为单体总质量1.5wt%，100℃反应3 h，得到PBV的产率为93%，平均粒径约为2.430μm，粒径分布系数(PSD)为1.003。采用模板法，以马来酸酐(MAH)和VAc共聚物(PMV)为核，BMIM、VAc和二乙烯基苯(DVB)共聚物(PBVD)为壳，合成核壳粒子PMV@PBVD，用DMF刻蚀PMV核得到中空微球PBVD，将其作为催化剂载体负载Cu纳米粒子，合成催化剂Cu/PBVD，催化叠氮乙酸乙酯和1,7-辛二炔的“点击”反应，得到产物产率为93%，展现出良好的催化效果。 2. 在乙酸丁酯/DMF混合溶剂中，BMIM与苊烯(AP)通过2SP聚合法制备交联聚合物(PBA)微球。系统地研究反应参数对PBA微球的形貌、产率和粒径的影响。结果表明：BMIM/AP摩尔比1/2，总浓度200 mmol/L，AIBN用量为单体总质量3.5wt%，105℃反应4 h，得到PBA的产率为88%，平均粒径约为2.461μm，PSD为1.028。由于AP分子的萘环和BMIM分子刚性酰亚胺环，PBA具有优异的热稳定性，初始分解温度为435℃， 800℃残炭率高达35%。PBA磺酸化改性后得到磺酸基功能化PBA微球(PBA-SO3H)，将其用作固体酸催化剂，催化月桂酸(LA)和无水甲醇生成生物柴油的反应， LA转化率高达94%，经过5次循环催化反应后LA转化率仍高于90%。 3. 在DMF/乙酸异戊酯混合溶剂中，BMIM和生物质柠檬烯(LIM)单体通过2SP聚合生成BMIM基交联聚合物(PBL)微球。系统地研究反应参数对PBL微球形貌、产率和粒径的影响。结果表明：BMIM/LIM摩尔比2/3，总浓度188 mmol/L，AIBN用量为单体总质量2.5wt%，90℃反应5 h，得到PBL的产率为91%，平均粒径约为2.178μm， PSD为1.007。 4. 采用模板法，以BMIM和LIM为单体制备具有独特壳层结构的新型BMIM基中空聚合物微球(HPBL)，HPBL碱性水解制备羧基功能化微球(HPBL-COOH)，研究其处理染料废水性能。以孔雀绿(MG)和结晶紫(CV)作为模型污染物，详细研究染料溶液的pH值、吸附温度和盐效应等对HPBL-COOH吸附性能的影响。结果表明：HPBL-COOH对MG和CV表现出优异的吸附性能；当pH为10时，HPBL-COOH对MG和CV的最大吸附容量分别为3807 mg/g和2783 mg/g，5 min内达到饱和吸附。吸附行为符合准二级动力学方程和Langmuir模型，表明HPBL-COOH对MG和CV的吸附为单层吸附，静电引力在吸附过程中起重要作用。经过5次吸附-解吸附循环后HPBL-COOH对MG和CV的去除率仍高达99%。 本文制备三种功能聚合物微球，并对其形貌和性能进行系统研究。PBV具有良好的形貌和性能，通过进一步改性制备的Cu/PBVD具有良好的催化性能。单分散PBA具有良好的形貌和热稳定性，进一步改性制备的PBA-SO3H作为固体酸催化剂具有良好的催化性能。BMIM和LIM共聚合得到PBL和HPBL-COOH，HPBL-COOH对阳离子染料有良好的吸附性能。本文为2SP聚合法制备功能聚合物微球以及其在催化和吸附方面的应用提供实验基础。
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