基于RAFT聚合的复杂结构共聚物的合成与自组装行为的研究

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设计、合成各种具有明确结构的共聚物并且研究它们的物理化学性能,一直以来都是高分子科学领域的研究热点。近年来,各种活性聚合技术的飞速发展,为高分子科学家合成具有明确的、复杂的结构的共聚物提供了极大的便利。本论文基于RAFT聚合机理,使用不同的链转移剂,再结合其它的活性聚合技术,合成了一系列具有复杂结构(梳形、线形—梳形两嵌段、梳形—线形—梳形三嵌段和线形三嵌段)的共聚物,用各种测试方法对这些共聚物进行了详细的表征,明确了共聚物的结构。并且研究了合成的两亲性共聚物在水溶液中的自组装行为。1.利用RAFT聚合技术,以双硫代苯甲酸异丙苯酯(PPDTB)为链转移剂,使苯乙烯(St)和甲基丙烯酸(2-羟基乙基)酯(HEMA)进行共聚合反应,得到了共聚产物P(St-co-HEMA),证明了该聚合过程是可控的,并且分析了共聚物的组成,计算了共聚物上羟基的平均数目。通过改变聚合条件,成功制备了分子量可控的、分子量分布窄的、羟基密度和数目不同的主干共聚物P(St-co-HEMA)。利用多羟基共聚物P(St-co-HEMA)为大分子引发剂,Sn(Oct)2为催化剂,引发ε-CL配位—插入开环聚合,制备了梳形聚合物P(St-co-HEMA)-g-PCL,证明了该聚合过程也是可控的。通过改变引发剂与单体的比例,可以制备出接枝链长度不同的接枝共聚物。提出了一种新的计算接枝效率方法,证明了在该接枝聚合中,效率接近100%,就是说主干共聚物上的所有羟基都参与了引发ε-CL聚合,最终得到了分子量分布窄的、接枝链长度不同、接枝密度不同的接枝共聚物P(St-co-HEMA)-g-PCL。接枝共聚物的DSC测定表明,接枝聚合物的熔点均低于均聚物PCL,而且受接枝链长度的影响,即接枝链的长度越短,熔点越低。2.通过RAFT与活性阴离子聚合、配位插入—开环聚合结合,合成了新型的线形一梳形两嵌段共聚物mPEO-b-[P(St-co-HEMA)-g-PCL]。首先,单羟基聚环氧乙烷(mPEO)与带有酰氯官能团的三硫酯(BSPAC)偶合,合成了基于PEO的大分子链转移剂mPEO-BSPA。证明了两者的偶合效率是100%,也就是说,mPEO分子链的末端都含有三硫酯基团。以mPEO-BSPA为大分子RAFT试剂,St和HEMA进行共聚合反应,得到了两嵌段共聚物mPEO-b-P(St-co-HEMA)。证明了该聚合是可控的,对聚合中的一些特殊现象进行了分析,发现大分子链转移剂的分子量对该聚合过程有一定影响。最后,以两嵌段共聚物mPEO-b-P(St-co-HEMA)为多羟基大分子引发剂,在Sn(Oct)2催化下,引发ε-CL聚合,得到了梳形—线形两嵌段共聚物mPEO-b-[P(St-co-HEMA)-g-PCL],用1H NMR解析了该共聚物的结构和组成。3.设计、合成了基于PEO的双官能团大分子链转移剂BSPA-PEO-BSPA,利用RAFT聚合,再结合配位—插入开环聚合,合成了结构新颖、组分复杂的两亲性共聚物[P(St-co-HEMA)-g-PCL]-b-PEO-b[P(St-co-HEMA)-g-PCL]。对该共聚物在水溶液中的自组装行为进行了研究,发现其自聚集形态与体系中水的含量密切相关:随着体系中水含量的增加,共聚物的聚集形态会发生由棒状到囊泡的转变,在两者的转变过程中,发现了一种新的过渡形态——棒状与多个囊泡串连形成的“珍珠链”形态。此外,共聚物的组成对于其在水溶液中的聚集形态也有较大的影响。4.设计、合成了基于PEO的、适用于甲基丙烯酸酯类和丙烯酸酯类单体聚合的大分子链转移剂mPEO-DDAT,通过顺序投料的方法,依次聚合了功能性单体甲基丙烯酸[2-(二甲基氨基)乙基]酯(DMAEMA)和N—异丙基丙烯酰胺(NIPAAm),得到了三嵌段的亲水性共聚物mPEO-b-PDMAEMA-b-PNIPAAm,其中PDMAEMA嵌段具有pH敏感性,而PNIPAAm嵌段则具有温度响应性。对聚合数据的分析证明了两者的聚合均是可控的。基于该聚合物的特性,研究了温度、pH值和共聚物的组成对于其在水溶液中自聚集的影响,发现温度大于LCST时,聚合物能够聚集成为球形胶束;pH值越高,形成的球形胶束的直径越大;共聚物中PNIPAAm嵌段的分子量越大,开始形成胶束的温度越低,形成的球形胶束直径越大。将球形胶束的内壳PDMAEMA嵌段用1,4-二溴丁烷交联之后形成的壳交联球形胶束,其直径随着温度的降低而增大。
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