聚乙烯醇极性泡沫材料的绿色制备机理研究

高性能、多功能、环保型极性泡沫塑料，是国民经济和高科技领域迫切需要的关键材料。聚乙烯醇（PVA）是一种多羟基强极性高分子，具良好离子交换、络合、螯合、物理吸附性，良好耐热性，优异力学性能，在一定条件下可生物降解，生物相容性好，可与多种有机、无机化合物及生物材料共混复合，可望制备高性能、多功能、环保型泡沫塑料。但PVA熔点与分解温度接近，难以热塑加工，其泡沫材料的制备多基于溶液法，如溶液机械搅拌或化学发泡方法，不利于发挥其性能优势，制备高性能和多功能的泡沫材料，迫切需要建立PVA 极性泡沫材料制备新技术新原理。 本项目以建立一种简单、清洁的PVA极性泡沫材料绿色制备新技术新原理为目标，按计划认真开展研究工作，取得系统的、有特色的创新性研究成果，出色完成研究计划，全面达到预期目标。1、以价格低廉、无毒，无污染的水为增塑剂兼物理发泡剂，通过水与PVA间氢键作用，抑制PVA自身分子内和分子间氢键，降低PVA熔点，获得80℃以上热塑加工窗口，实现了改性PVA的熔融塑化；并利用水的降压汽化原理，实现了水在PVA 熔体中的发泡；2、深入研究了体系中水与PVA间相互作用，水状态及与水含量、温度场等的关系，阐述了水对PVA的增塑机理；3、系统研究了发泡体系中水汽化的热力学、动力学及影响因素，PVA 熔体的熔体强度及调控、对气泡形成和增长的影响，泡孔结构的调控及稳定，建立了水发泡与水状态间的关系，阐明了水在PVA熔体中的汽化（发泡）机理；4、通过调控发泡剂体系、水含量、温度场、压力场、成核剂种类及含量等，及采用不同分子量PVA共混和交联，调控PVA中水状态及其蒸发速率、PVA 熔体强度，实现了水的可控释放，泡孔的可控增长与固定，制备了泡孔结构可控、孔径分布均匀、模量可调的PVA极性泡沫材料。 与PVA传统溶液机械发泡法或化学发泡法制备工艺相比，以水为增塑剂兼物理发泡剂，通过熔融发泡，制备PVA泡沫材料，是一种清洁、高效、简便、经济的PVA极性泡沫材料绿色制备技术，易于规模化生产，并可根据需要生产不同形状的泡沫制品，在外科敷料、药物释放、包装、储冷保鲜、废水处理、隔声降噪等领域有重要应用。相关研究成果发表学术期刊论文5篇（SCI 收录4篇，EI收录2篇），国际学术会议论文2篇（其中邀请报告1篇），获准授权中国发明专利1项。

高性能、多功能、环保型极性泡沫塑料，是国民经济和高科技领域迫切需要的关键材料。聚乙烯醇（PVA）极性强、强度高、生物相容性好、在一定条件下可生物降解，可望制备高性能、多功能、环保型泡沫塑料。本项目拟针对PVA熔点与分解温度接近，传统溶液机械搅拌或化学发泡方法不利于发挥其性能优势的问题，提出以水为增塑剂兼物理发泡剂，通过熔融发泡，制备PVA泡沫材料的绿色发泡技术，深入研究其制备机理，包括水与PVA间氢键作用、水在PVA中的状态及与体系组分、温度、压力间的关系、对PVA热塑加工性能的影响，PVA的熔体强度，水在PVA熔体中汽化（发泡）的热力学（蒸发焓）、动力学（蒸发速率）及影响因素，建立泡孔结构与水含量、PVA熔体强度、温度场、压力场、冷却速率间的关系，为在加工中实现水的可控发泡，制备泡孔结构可控、孔径分布均匀的PVA极性泡沫材料提供理论指导，具有重要意义。

本项目研究铝电解双极性惰性电极的制备及腐蚀机理。采用粉末冶金的方法和真空感应熔炼的方法制备Ni-Al-Fe-Cu系合金阳极，该阳极具有铝迁移功能。采用热压的方法制备多孔的TiB2阴极。采用机械的方法或热挤压的方法将阳极和阴极复合在一起。在电解过程中，在阴极析出的铝部分可穿过阳极，迁移到阳极反应面，形成氧化物保护膜，保护阳极。本项目着重研究铝在阳极中的迁移机理，通过控制阳极结构来控制迁移速度。研究阳极氧化膜的形成与溶解机理，以控制其溶解速度。使铝的迁移速度与氧化膜的生成速度、溶解速度相匹配。双极性电极的使用可以解决惰性阳极连接困难的问题，对惰性电极电解槽的研制具有促进作用。为解决铝电解工业的节能和环保问题具有重要的意义。

聚乙烯醇是一类工业应用广泛的水溶性合成高分子；它在涂料、造纸、粘结、表面活性剂等领域的应用与它的溶液、熔体的性能密切相关。在聚乙烯醇主链中引入支化结构，可有效调控其溶液、熔体性能，拓展聚乙烯醇的应用范围，发展新材料。在国家自然科学基金的资助下，本项目系统开展了支化聚乙烯醇制备方法学、聚乙烯醇近程结构与性能关系及聚乙烯醇基功能材料的研究工作，具体内容包括： （1）设计合成出由酰胺键桥接可聚合基团（双键）及链转移基团（黄原酸酯基团）的支化单体 — N-烯丙基-（2-乙基黄原酸基）-丙酰胺（NAPA）和由羧酸酯键桥接的支化单体 — 2-（2-乙基黄原酸基）丙酰氧基丙烯酸乙酯（ETcPE）；通过对支化单体在醇解条件下稳定性的研究，掌握并建立了保持醇解过程中支化点稳定的关键技术。 （2）结合“活性”/可控自由基聚合物法与自缩合乙烯基共聚合法，以NAPA或ETcPE为支化单体与乙烯酯类单体共聚合成出具有支化结构的前驱体；建立了通过线性链转移剂与支化单体复配，同步调控聚合物支化结构和分子量的方案；揭示了聚合过程中支化结构的演化和发展规律；建立了通过选择性醇解制备支化聚乙烯醇的方案。 （3）探索、发展了基于氧化-还原引发型自缩合乙烯基共聚合制备支化聚乙酸乙烯酯及支化聚乙烯醇的方案，揭示了聚合过程中支化结构的演化与发展规律；建立了基于已商业化支化单体（DMAEMA）和氧化-还原引发的常规自由基聚合、快速、高效合成高分子量支化聚合物的方案，丰富了乙烯基单体支化聚合方法学。 （4）系统研究了聚乙烯醇近程结构（支化结构、共聚单体含量、乙酰氧酯基序列分布等）对聚乙烯醇聚集态结构及性能的影响规律。进一步发展出表面活性剂用聚乙烯醇基功能材料及面向环境净化用聚乙烯醇多孔材料。 本项目发表学术论文6篇，会议论文4篇，获准中国发明专利1项，申请中国发明专利1项，圆满王城项目计划研究内容，达到了预期目标。相关研究成果为设计、发展新型聚乙酸乙烯酯材料、聚乙烯醇材料积累了实验数据，提供了基础研究理论和方法。