聚芳醚腈砜自组装微纳材料制备及其性能研究

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聚砜(PSF)作为一种主链含有苯环和醚键、特征官能团为砜基的特种高分子,因具有耐腐蚀、力学性能优异和生物相容性等特点而被广泛应用于生物医疗、环境治理和食品包装等领域。聚芳醚腈(PEN)是一种主链含苯环和醚键、侧链含腈基的特种工程塑料,具有高强度、耐高温、耐化学腐蚀、易加工等优点,可用于军工行业、医疗器械及环境保护等领域。对两者的结构及性能进行研究,将两者有效结合对促进其实际应用具有指导意义。本文围绕PSF、PEN及聚芳醚腈砜(PENS)的结构与性能展开系列研究,合成了PSF和PEN均聚物及两亲性PENS嵌段共聚物,并通过PENS腈基的反应获得了偕胺肟化PENS(AO-PENS);然后以获得的聚合物为原料制备聚合物微球;最后通过稀土离子与PENS和AO-PENS配位获得了荧光功能化的交联型聚芳醚腈砜荧光微球,具体研究内容如下:(1)利用亲核取代缩聚反应分别制备了双酚A型PSF和酚酞啉型PEN均聚物,并通过亲、疏水链段齐聚物共缩聚合成了两亲性PENS嵌段共聚物,进一步借助化学反应将PENS的侧链腈基部分偕胺肟化获得了AO-PENS。采用红外光谱与核磁氢谱验证了各结构聚合物的成功合成。随后对聚合物进行热学性能分析,结果表明所有样品的玻璃化转变温度均高于190 oC,热失重5%的温度均大于430 oC。(2)通过乳液溶剂挥发法乳液条件的改变对合成的PSF、PEN均聚物、PENS及AO-PENS嵌段共聚物的溶液自组装行为进行了研究,制得了PSF、PEN、PENS和AO-PENS微球。发现PSF在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂时可形成光滑而均匀的微球;PEN在十二烷基磺酸钠(SDS)作为表面活性剂时可以得到200-800 nm的微球,在CTAB下则不能制得微球;PENS和AO-PENS则可制备得到形貌更规整、粒径更均匀的微球,且CTAB作为表面活性剂、聚合物浓度的降低有利于获得小尺寸微球,同时挥发温度的升高会造成微球的团聚等。(3)为进一步丰富PENS微球的性能,采用在共聚物乳液自组装过程中引入稀土金属离子(Tb3+、Eu3+)与PENS、AO-PENS配位的方法赋予其荧光特性,获得了不同发射性质的微纳材料。结果表明Tb3+/Eu3+可成功实现与共聚物的配位获得荧光微球,且微球的荧光发射强度随Tb3+/Eu3+浓度的减小、聚合物浓度的增大和挥发温度的升高而降低。同时,可通过稀土离子浓度、聚合物用量及挥发温度来调控微球的荧光性能和形貌,因此在生物成像、荧光检测等领域具有潜在的应用价值。
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