论文摘要
绿色化学是一门从源头上减少化学污染的新兴领域,它包含十二原则。其中一条重要的原则是应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分离剂等）,如用时应是无毒的。我们主要致力于以环境友好的水作为唯一的溶剂,在不使用其他有害的辅助剂如表面活性剂的条件下实现聚合物（均聚物和共聚物）的合成。本文以超声为辅助手段,实现了无皂条件下亲水性单体与亲油性单体的水相乳液共聚,并将活性自由基聚合技术引入超声辅助的无皂乳液聚合中,实现了双亲性高分子的可控聚合,详细探讨了乳液稳定的具体过程,提出了“自稳定”机理。本论文的主要工作结果叙述如下:1.首先在超声辅助条件下,在水相体系中实现了亲水性单体丙烯酰胺与亲油性单体苯乙烯的无皂乳液共聚,避免了现有方法中使用有机溶剂或者表面活性剂的问题。通过FT-IR,HNMR,DSC等手段表征了产物的结构与性能,利用元素分析计算了产物的化学组成。GPC分析表明产物的分子量为1.86×105g/mol,分子量分布PDI=2.31。利用LLS,AFM,TEM等观察了产物在不同溶剂中的自组装性质。结果表明超声辅助手段可以成功的在无皂乳液条件下得到苯乙烯和丙烯酰胺的共聚物,并且可以有效的提高反应物的产率和反应速率,在反应180 min时产率即可达到90%。2.在此工作基础上,为了进一步得到结构可控的双亲性嵌段共聚物,我们引入了可逆加成-分裂-链转移（RAFT）活性聚合技术,创造性地实现超声辅助的无皂乳液可控聚合。整个过程分为两步,首先在水溶液中,通过RAFT控制得到亲水性单体丙烯酰胺的均聚物;然后以得到的均聚物作为水溶性的大分子链转移剂,在水相中条件下参与亲油性单体苯乙烯无皂乳液聚合。通过详细观察了乳液从分相到稳定的过程,探讨了其中的机理,提出了自稳定的机理。这种方法在超声细乳化之后得到细乳液之后,不需要进一步搅拌,在加热聚合条件下即可最终形成自身非常稳定的乳液,该乳液放置一年时间仍保持稳定。这种简便的方法可进一步延伸到其它双亲性嵌段共聚物的无皂乳液聚合中,具有广泛的应用意义。此外,还观察了双亲性共聚物溶液在不同的环境条件下诱导干燥得到共聚物膜表面结构与化学组成的变化。3.在水相体系中实现丙烯酸的直接聚合,得到分子量分布窄的PAA。丙烯酸是一种活性很高的单体,由于其功能基团的存在,无法进行离子聚合,仅能用自由基方法聚合。传统的合成方法是将丙烯酸酯通过离子活性聚合,后水解得到聚丙烯酸。本试验合成了一种不对称的三硫代碳酸酯,通过RAFT方法,实现丙烯酸在水相体系的直接聚合。与同类文献比较,具有方法简单易操作并在以环境友好的水为介质的条件下反应的优点,且在高的单体和RAFT试剂比例与高转化率的情况下,没有观察到链转移的现象,为进一步合成高分子量的嵌段共聚物提供了潜在的方法。在此基础上,以得到的聚丙烯酸作为水溶性的大分子RAFT试剂进行苯乙烯的无皂乳液共聚,考察了亲水性链段的长度对乳液稳定性和所得共聚物的微观结构的影响,以及整个聚合反应的活性特征。
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