《Chem. Eng. J.》：可回收苯乙烯-马来酸酐交替共聚物基气凝胶的制备和应用

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聚合物气凝胶具有广阔的应用前景，已引起学术界和工业界的广泛关注。但气凝胶密度低，废弃后难以回收利用。中石化北京化工研究院乔金樑教授指导博士研究生姚远，采用苯乙烯-马来酸酐交替共聚物（SMA）成功制备了在温和条件下可反复循环使用的聚合物气凝胶，并将其应用于可反复再生相变复合材料的制备。该工作以“Preparation and application of recyclable polymer aerogels from styrene-maleic anhydride alternating copolymers”为题发表在Chemical Engineering Journal上。该聚合物气凝胶可反复循环使用的原理如图1所示。

图1.SMI气凝胶循环使用过程的化学反应方程式和样品照片

氨水可将SMA转化为含有马来酸铵基团的水溶性交替共聚物 (SMAN)，其水溶液冷冻干燥后可得到水溶性气凝胶，经180℃热处理后可将这种水溶性气凝胶转化为含有马来酰亚胺和马来酸酐结构（SMI）的聚合物疏水气凝胶。SMI气凝胶可在95℃无需搅拌的条件下20分钟内再次溶于氨水，转化为SMAN水溶液，实现疏水性气凝胶向水溶性聚合物的转化。通过这种方式，SMI气凝胶可在温和条件下实现再生，回收率接近100%。并且，在回收过程中，聚合物的酰亚胺化程度逐渐提高。与原始气凝胶相比，再生气凝胶的性能不降反升。这种升级回收策略不仅可以应用于气凝胶，还可以应用于粘合剂、薄膜和纤维等的制品。从图2可以看出，回收的SMI气凝胶性能不降反升。

图 2. 气凝胶（SMI）和回收气凝胶（RSMI）的(a)三维荧光光谱、(b)核磁共振氢谱、(c)红外光谱、(d)TGA和(e)DSC曲线

SMI气凝胶还具有聚集诱导发光（AIE）特性、优异的耐热性能（玻璃化转变温度高达247℃）、超亲油-疏水性能（水的静态接触角为138°，气凝胶可在1ms内将油滴吸收。），使这种气凝胶不仅可用于油水分离，还可用于可回收相变复合材料的制备。 

通过将相变材料 (PCM) 吸入到 SMI 气凝胶中，制备了两种可循环使用的相变复合材料。其中，具有温度监测功能的相变蓄冷复合材料由SMI气凝胶和十二烷(dodecane)制备，可用于食品和药品等的冷藏和冷链运输，其性能如图3所示；具有光热转化功能的储热相变复合材料，由SMI气凝胶、石蜡（paraffin）和还原氧化石墨烯（rGO）制备，可将太阳能转化为热能并储存在相变材料中，潜热达到纯石蜡的95%以上，其性能如图4所示。由于SMI气凝胶具有优异的可回收性能，两种相变复合材料在废弃后都可反复循环再生。

图3.(a) 相变材料内部的温度与时间关系曲线；(b) 不同温度下SMI在400 nm激发光照射下的发射光谱；(c)在不同温度下SMI 在400 nm 激发光照射下的发射光峰值强度曲线

图 4。(a) 相变材料的DSC曲线；(b)相变材料在一个模拟太阳光照强度下（100mW/cm²）的温度与时间关系曲线。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140363

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