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聚乙烯基吡咯烷酮(PNVP)是一种水溶性非常好的聚合物,它有着优良的生物相容性和比较好的协调能力,可以作为金属纳米颗粒的稳定剂、碳纳米材料的分散剂和药物运输载体等,这些优良的性能和应用主要源于聚合物中吡咯烷酮(NVP)环的结构。NVP单体虽然被广泛使用,但是NVP在使用时还是存在一些缺陷,主要因为NVP单体活性太高,聚合时容易产生不良反应,使聚合物的分子量分布较宽,以致目前为止关于分子量窄分布的PNVP均聚物以及嵌段共聚物的报道都比较少。因此,通过改变NVP单体的化学结构使其活性降低,便于合成分子量和结构可控的聚合物成为了热门研究。目前已开发出一种新的单体N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮(NMP),通过可逆加成-裂解链转移自由基聚合(RAFT)可以制备分子量及结构可控的PNMP均聚物及嵌段共聚物。此外,还发现PNMP均聚物具有温敏性,为以后更广泛的应用提供了新的基础。本论文中利用RAFT聚合方法制备了三大类含有PNMP链段的嵌段共聚物,主要研究了它们在选择性溶剂中的自组装行为和在纳米材料制备方面的应用。核心研究重点是利用PNMP-b-PMMA嵌段共聚物在选择性溶剂中形成温度敏感型胶束凝胶、利用RAFT分散聚合方法制备不同形貌的PNMP-PBzMA聚合物纳米颗粒以及PMAA-b-PNMP嵌段共聚物在合成羟基磷灰石中的模板作用。论文的主要内容和总结如下:在热引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和小分子链转移剂二硫代苯甲酸异丁腈酯(CPDB)的作用下通过RAFT溶液聚合,成功制备了两大类结构和分子量可控的吡咯烷酮类嵌段共聚物,包含有十种聚N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮-嵌段-聚甲基丙烯酸甲酯(PNMP-b-PMMA)和三种聚甲基丙烯酸-嵌段-聚N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮(PMAA-b-PNMP)。核磁共振氢谱(1HNMR)和凝胶渗透色谱(GPC)技术表征了它们的结构和分子量及分布。动力学研究曲线表明NMP的RAFT聚合和PNMP大分子链转移剂对MMA扩链反应的转化率和分子量的变化都符合活性可控自由基聚合的特征。研究了一系列双亲性嵌段共聚物PNMPm-b-PMMAn在异丙醇中的自组装行为,发现其中 PNMP37-b-PMMA133、PNMP37-b-PMMA172、PNMP37-b-PMMA215 和PNMP37-b-PMMA260四种嵌段共聚物能够形成温度响应型有机胶束凝胶,其他嵌段共聚物在异丙醇溶液中溶解或者不溶析出。电镜和核磁的分析结果表明这种由凝胶转变成溶胶的行为是因为升高温度诱导胶束网络结构解体。凝胶-溶胶的转变平台温度随PMMA聚合度(n)增加而变大。结合1HNMR和2DNoesy NMR的结果表明,温度对PNMP链的伸展程度和异丙醇分子构象之间的相互作用的影响是凝胶-溶胶相互转变的主要原因。利用RAFT分散聚合在乙醇体系中制备了不同形貌的聚N-(2-甲基丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮-嵌段-聚甲基丙烯酸苄酯(PNMP-b-PBzMA)聚合物纳米颗粒。PNMP大分子链转移剂对BzMA扩链反应的转化率和分子量的变化都符合活性可控自由基聚合的特征,1HNMR分析结果表明BzMA单体转化率比所报道的RAFT溶液聚合的转化率更高。另外还考察了聚合物固含量、PBzMA的聚合度和PNMP的聚合度对纳米颗粒最终形态的影响。PNMP聚合度在PNMPm-b-PBzMAn嵌段共聚物自组装行为中有着至关重要的作用。当利用PNMP39-CTA和PNMP55-CTA对BzMA进行RAFT分散聚合扩链反应时,可以实现纳米颗粒的结构从球形到蠕虫状再到囊泡的转变。然而利用聚合度较大的PNMP64-CTA扩链反应时却只有球形胶束存在。机理阐释部分没有采用目前普遍使用的分子堆积参数理论,而是从嵌段共聚物亲溶剂-疏溶剂平衡的角度解释了 PNMPm-b-PBzMAn聚合物纳米颗粒多样化结构的形成机理。这种新机理的提出不仅可以合理的说明目前的实验结果,而且还可以对PISA体系中自组装行为进行全面的说明,有利于从根本上理解PISA的本质。以双亲水性嵌段共聚物PMAA-b-PNMP为模板,通过化学沉淀法制备了一系列形貌不同的羟基磷灰石,其中羟基磷灰石的形貌能被溶液的pH、聚合物浓度和PNMP聚合度所影响。选用其中比表面积最大的桑葚状羟基磷灰石(118.85 m2/g)作为吸附剂,去除水中的刚果红。吸附动力学表明吸附过程符合二级动力模拟,吸附热力学表明吸附过程符合Langrnuir模型,且最大吸附量为467 mg/g,吸附过程为自发过程。FI-IR结果表明吸附过程中羟基磷灰石同刚果红之间的氢键作用和静电作用为主要吸附驱动力。