双亲性嵌段共聚物的合成及其自组装

论文摘要

随着人们对物质科学的理解与材料技术的运用的深入,材料或者说物质世界越来越显示出小尺寸、大科学和软物质、硬科学的趋势,同时材料的设计,也越来越显示出二元协同的理念,即看似相矛盾的物质成员,典型的如亲水/亲油,经过一定的化学及物理的设计,体系将协同表现出卓越的性质。嵌段共聚物正是在这一科学背景下显示出了强大的生命力,它凭借自身独特的物理化学性质,能自组装形成小到几个纳米、大至数微米、甚至更大尺寸范围内的,可以具有各种各样的丰富的形态结构的材料。双亲性嵌段共聚物,采用化学键把“矛盾”的亲水段和疏水段系在一起,在适当的溶液中,它们协同作用,表现出丰富的自组装行为。双亲性嵌段共聚物,类似于小分子表面活性剂、脂质类双亲性分子,在选择性的溶液中能自组装形成特殊结构的缔合体。这些缔合体可以是结构清晰的球形,棒状和蠕虫状的胶束形态,也可以是带有独特性质的囊泡、管状和层状的双层形态,其尺寸可以从纳米级到微米级甚至更大。有些缔合体的结构具有生物模拟性,对这些仿生缔合体的详细研究,有助于人类理解生物体的自组装特性,而且,其缔合体特性可用于纳米材料、药物控释体系以及人工组织和软生物物质的构建。基于嵌段共聚物这样的一个背景,本论文的工作设计合成了两个系列的嵌段共聚物,并实现了其在溶液中多形态发生的可控制备。具体研究内容摘要如下:1.采用原子转移自由基聚合（ATRP）的方法,分别可控合成了结构明确的PS（聚苯乙烯）-b-PAA（聚丙烯酸）双亲性嵌段共聚物,并对其结构、分子量、分子量分布进行了表征。2.研究了双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA在乙酸乙酯中的自组装,考虑了不同链段比的聚合物和浓度对胶束形貌的影响。发现随着共聚物浓度的增加,胶束形貌从圆球状到棒状、层状的转变,并初步解释了产生这一现象的原因。3.以双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA为模板,PEI为还原剂,在加热或超声辅助作用下制备出“悬钩子”状和“草莓”状Ag纳米胶体。用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）等对制备出的纳米银胶体进行了表征。4.以PMEG-Br为大分子引发剂,CuBr/2,2—联吡啶为催化体系,采用原子转移自由基聚合（ATRP）方法制得了一系列分子量可控且分子量分布狭窄的双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA,通过1H NMR,IR,GPC等测试手段对其进行了表征。5.研究了极性溶剂诱导双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA在甲苯中的自组装的增溶现象,并对其聚集态的形态变化做了初步的解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 双亲性嵌段共聚物
• 1.2 双亲性嵌段共聚物的合成与制备
• 1.2.1 活性聚合法
• 1.2.2 缩聚法
• 1.2.3 嵌段共聚物化学改性法
• 1.3 双亲性嵌段共聚物自组装形成胶束
• 1.3.1 双亲性嵌段共聚物胶束体系
• 1.3.2 双亲性嵌段共聚物胶束溶液的制备
• 1.3.3 双亲性嵌段共聚物胶束的形态
• 1.3.4 双亲性嵌段共聚物胶束的主要影响因素
• 1.3.5 双亲性嵌段共聚物胶束的稳定性
• 1.3.6 双亲性嵌段共聚物胶束粒度的影响因素
• 1.3.7 双亲性嵌段共聚物胶束溶液的应用
• 1.4 选题的目的和意义
• 第2章 双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA的合成
• 2.2.4 共聚物的纯化
• 2.2.5 聚合物的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA的FT-IR结果表征
• 1H NMR结果表征'>2.3.2 双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA的¹H NMR结果表征
• 2.4 小结
• 第3章 双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA在乙酸乙酯中的自组装
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA在乙酸乙酯中胶束的制备
• 3.2.4 聚合物的表征
• 3.2.5 胶束形貌的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 TEM结果分析
• 3.3.2 不同链段比对胶束形貌的影响
• 3.3.3 浓度对胶束形貌的影响
• 3.4 小结
• 第4章 以双亲性嵌段共聚物PS-b-PAA为模板制备银纳米胶体
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试验原料
• 4.2.2 试验仪器
• 4.2.3 银纳米胶体的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 TEM结果分析
• 4.3.2 XRD结果分析
• 4.3.3 UV-Vis结果分析
• 4.4 小结
• 第5章 双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA的合成与表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试验原料
• 5.2.2 原料及溶剂的精制
• 5.2.3 实验仪器
• 5.2.4 双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA的制备
• 5.2.5 嵌段共聚物的纯化
• 5.2.6 聚合物的表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA的FT-IR结果表征
• 1H NMR结果表征'>5.3.2 双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA的¹H NMR结果表征
• 5.3.3 双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA的GPC结果表征
• 5.4 小结
• 第6章 极性溶剂诱导双亲性嵌段共聚物PMEG-b-PMMA在甲苯中的自组装
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试验原料
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 制备聚合物在甲苯中加入极性溶液后的聚集体
• 6.2.4 聚集体的表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 PMEG-b-PMMA在甲苯中的胶束的形貌
• 6.3.2 加入极性溶剂后胶束的形貌的变化
• 6.3.3 对球形胶束到豆荚状聚集态的形态变化机理的初步解释
• 6.4 小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果