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梳状高分子(Comb-likepolymers)是一种结构不同于传统线性高分子的特殊软物质,对其结构和形态的深入研究不仅可以增加对梳状高分子结构和物理化学性能的了解,而且还可以揭示现代高分子物理化学研究中存在的某些基本问题。目前对梳状高分子凝聚态结构以及相转变过程中分子链堆砌结构变化等方面的系统性研究较少。本论文利用N烷基化方法分别在刚性高分子—聚对苯甲酰胺(PBA)分子主链和柔性高分子—聚乙烯亚胺(PEI)分子主链上接枝上不同长度的烷基侧链,制备了两种主链结构和刚性不同的梳状高分子PBA(n)C(n=10-20,n为偶数)和PEI(n)C(n=12-20,n为偶数)。利用DSC、WAXD、FTIR和NMR等方法,研究了它们在温度变化过程中的转变行为,重点考察了烷基侧链在不同刚性主链影响下构象和堆砌方式的变化。主要研究结果如下:1.利用WXD和DSC方法研究了PBA(n)C和PEI(n)C系列梳状高分子烷基侧链的堆积结构,结果表明主链的不同结构状态对烷基侧链的堆砌方式产生显著影响,PBA(n)C和PEI(n)C系列梳状高分子的烷基侧链并不能形成三维有序的晶体结构,而只能形成低尺度有序结构。PEI(n)C系列梳状高分子有序堆积程度明显高于PBA(n)C系列梳状高分子,如PBA18C在“熔点”以上仍有部分有序结构存在。
2.利用变温红外光谱方法研究了PBA(n)C和PEI(n)C系列梳状高分子的转变行为。结果表明,在升降温过程中烷基侧链的构象都有明显的转变。在温度变化过程中,PBA(n)C和PEI(n)C系列梳状高分子亚甲基bending构象谱带和亚甲基rocking谱带均有相当宽的转变温度区间,PBA(n)C系列梳状高分子的转变温度范围明显宽于PEI(n)C。烷基侧链构象谱带变化的温度范围宽于DSC测得的热焓变化范围,即低于或高于其“熔点”都似有明显的构象变化。即使没有热焓转变的PBA10C和PBA12C梳状高分子也有“可逆”的构象变化。3.利用固体高分辨核磁共振光谱研究了PBA(n)C和PEI(n)C系列梳状高分子的构象转变行为。研究结果表明,PBA18C样品的有序结构的完善程度小于PEI18C。当温度高于烷基侧链的“熔点”时,PBA18C的烷基侧链并不能完全转变为无序的结构状态;而PEI18C的烷基侧链则能够完全转变为无序状态。
综合研究表明,被PBA刚性主链束缚下的烷基侧链的分子链段的堆砌模式和分子链段的转变行为与有相应长度侧链的PEI柔性主链构成的梳状高分子相比有相当大的差别,与相应长链烷烃化合物的分子凝聚状态及其熔化或结晶的相转变行为相比,差别更加显著。