RAFT聚合诱导自组装制备含氟嵌段共聚物纳米材料

来源 :济南大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xuanka11
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嵌段共聚物是将两种或两种以上性质不同的聚合物链连在一起制备而成的一种特殊聚合物,在化工、医药、建筑等领域有着广泛的应用前景。通过可逆加成-断裂链转移(Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer,RAFT)同时结合聚合诱导自组装(Polymerization-Induced Self-Assembly,PISA)技术可以合成化学结构可控的的嵌段共聚物,同时可通过原位自组装制备形貌可控的嵌段共聚物纳米材料。含氟聚合物具有优异的化学稳定性、耐候性和拒水拒油等性能,在链段中引入含氟单元可以赋予嵌段共聚物优异的特殊功能。超临界二氧化碳(scCO2)是一种绿色、廉价、化学性质稳定的溶剂,对大多数含氟聚合物具有较好的溶解性。本论文以scCO2为介质,利用RAFT聚合诱导自组装合成不同结构的含氟嵌段共聚物纳米材料。论文研究内容包含以下几个部分:第一部分,主要是通过RAFT聚合诱导自组装,在scCO2介质中合成含氟二嵌段共聚物纳米材料。以三硫酯型链转移剂DDMAT进行甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)单体RAFT聚合制备的PDFMA-DDMAT为大分子链转移剂,在scCO2中通过RAFT聚合诱导自组装制备含氟二嵌段共聚物(PDFMA-b-PMMA)纳米材料。分别通过红外、核磁和凝胶色谱等方法对制备的嵌段共聚物进行了表征,考察了温度、压力、嵌段长度等条件对含氟二嵌段共聚物纳米材料形貌的影响,研究发现,反应体系温度为67℃,压力为30 MPa,PMMA聚合度为500左右时可以得到形貌较好的含氟二嵌段共聚物纳米微球。第二部分,主要研究了不同结构链转移剂对scCO2中制备含氟二嵌段共聚物纳米材料形貌的影响。选用了四种不同活化基团(R基团)和离去基团(Z基团)的小分子链转移剂,合成出不同结构的亲CO2大分子链转移剂,进而通过RAFT聚合诱导自组装合成了系列含氟二嵌段共聚物纳米材料。考察了分子结构中Z、R基团对含氟二嵌段共聚物纳米材料的影响,研究发现选用较高链转移常数的链转移剂有利于制备的含氟二嵌段共聚物微球纳米材料。还研究了RAFT聚合诱导自组装中,不同结构小分子链转移剂的添加和添加量等对制备含氟二嵌段共聚物纳米材料形貌的影响,结果显示通过小分子链转移剂的添加与大分子链转移剂的协同作用可以得到形貌较好的含氟纳米材料。第三部分,主要内容是在scCO2中,通过RAFT聚合诱导自组装合成含有mPEG链段的含氟三嵌段共聚物纳米材料。首先通过酯化反应将mPEG和三硫酯型链转移剂DDMAT结合,随后制备含氟大分子链转移剂mPEG-b-PDFMA-DDMAT,最后在scCO2中利用RAFT聚合诱导自组装制备含氟三嵌段共聚物纳米材料。考察了压力、PMMA和mPEG嵌段长度等因素对含氟三嵌段共聚物纳米材料的影响,同时对比了含氟二嵌段和三嵌段共聚物纳米材料的形貌差异。研究发现:压力为30 MPa、PMMA链聚合度为500、mPEG分子量为2000 g/mol时制备的三嵌段共聚物微球形貌最好,同时发现引入mPEG2000后制备的含氟三嵌段共聚物纳米微球的粒径增大到含氟二嵌段共聚物纳米微球粒径的6-10倍。第四部分,主要内容是不同结构含氟三嵌段共聚物纳米材料的合成及其应用。采用不同结构的链转移剂(Z型和R型)制备出mPEG嵌段位置不同的大分子链转移剂,在scCO2中通过RAFT聚合诱导自组装制备出R型和Z型嵌段结构序列不同的含氟三嵌段共聚物纳米微球。考察了大分子链转移剂分子结构和mPEG链段位置等因素对纳米微球形貌的影响,结果显示R型链转移剂制备的纳米微球由于mPEG链段位于微球表面,制备的微球可在水中稳定分散,Z型链转移剂得到的微球mPEG链段位于微球内部,不能在水中稳定分散。将制备的不同结构含氟三嵌段共聚物纳米微球应用于纳米银的制备,结果显示,由于Z型嵌段共聚物微球的三硫酯基团自组装后位于微球表面,从而更有利于通过原位还原将Ag纳米粒子负载到粒子表面。
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