碳-氧杂链聚合物分子刷的合成、结构与性能

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聚合物分子刷(Polymer brushes)由于高密度长侧链的存在,整体呈现出异于线形大分子的独特分子形态、本体性质和溶液行为,在药物载输、催化和纳米材料制备等领域有潜在的应用前景。可控/“活性”自由基聚合(Controlled/“living”radical polymerization,CRP)技术是当前合成具有可控链结构、高接枝密度和多拓扑结构分子刷的强有力工具,但利用这种技术所合成的分子刷主链多为碳-碳链结构,难降解。迄今关于结构明确且高接枝率的C-O杂链结构的分子刷的研究报道较少。  本文以CO2/4-乙烯基环氧环己烷(VCHO)可控共聚为聚合技术,采用grafting from策略,集成“硫醇-烯点击”和内酯开环聚合可控合成技术,成功制备了五种不同侧链长度的结构明确的C-O杂链聚合物分子刷PVCHC40-g-PCLn(n=8,15,22,37,87),实现了一条非“活性”自由基可控聚合途径合成分子刷的方法。1HNMR和GPC结果表明,所合成的聚合物分子刷侧链接枝率达100%,具有结构规整、分子量可控和分子量分布窄(PDI=1.12-1.21)等特点。  采用DSC、WAXD、SAXS和POM系统研究了PVCHC40-g-PCLn(n=8,15,22,37,87)分子刷的结晶行为。由POM观察,PVCHC40-g-PCLn(n=15,22,37,87)在室温下能看到分子刷具球晶形貌特征。DSC、SAXS表征结果表明,随侧链PCL长度的增加,分子刷的结晶温度和熔融温度均增加,而结晶度呈先增大后减小的趋势。这主要由链的折叠引起,并基于表征结果计算得到侧链PCL链折叠数;WAXD表征结果表明聚合物分子刷中非晶的PVCHC不影响PCL的结晶结构。  采用grafting onto方式,结合酯化反应或叠氮-炔点击反应,成功制备出三种不同结构的两亲性分子刷, PVCHC40-g-PEG、PVCHC40-g-(PCLn-b-PEG)及PVCHC40-g-(PCL15-b-PEG45/CS)。1H NMR和GPC结果表明,合成较长侧链的分子刷时,点击反应的接枝率(77%)比酯化反应(39.2%)高。PVCHC40-g-(PCLn-b-PEG)的合成结果表明,在DCC作脱水剂、DMAP作催化剂条件下,通过酯化反应很难得到高接枝率的分子刷。PV CHC40-g-(PCL15-b-PEG45/CS)的表征结果表明,侧链PCL-b-PEG接枝率为15.8%,侧链PCL-b-CS接枝率为37%,在水中自组装所形成胶束形状为球形,胶束直径大小为100nm左右,负载DOX后的胶束直径大小为144 nm。
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