RAFT聚合制备多响应的杂臂星型聚合物及其性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:calvinly1989718
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杂臂星型聚合物是由多种化学组成不同的任意数量的聚合物臂连接于一个核心的星型聚合物,具有超支化的特殊结构,复杂多样的微观形貌,因而表现出诸多与线性聚合物不同的性质,另外,由于各臂的结构不同以及可以携带的官能团不同,赋予了杂臂星型聚合物独特的物理化学性质,相比较于均臂星型聚合物而言,极大地扩展了其性能,使之在医药生物、催化剂、环保等方面有着广泛的应用前景。制备杂臂星型聚合物的技术手段也多种多样,常用的制备方法有先臂法(“arm first”)、先核法(“core first”)等,而其臂的制备主要有氮氧介导自由基聚合(NMP)、原子转移自由基聚合(ATRP)、点击化学(“Click”)及可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)等,但是鲜有关于RAFT制备杂臂星型聚合物的相关报道。为得到相对分子量分布窄、粒径小、可控性好且具有应用潜能的杂臂星型聚合物,本论文选择了可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)技术手段。重点制备了适用于丙烯酸酯类单体的链转移剂苄基三硫代碳酸酯基丙酸(BSPA)。选用了生物相容性良好、水溶性很好的具有温度响应性的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(OEGMA)、双乙二醇乙醚丙烯酸酯(DEGEEA)为单体,以自制的BSPA为链转移剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂共聚制备了温度响应性的线性共聚物臂一聚(甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯-co-双乙二醇乙醚丙烯酸酯)(POD);然后以丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEA)为单体,BSPA为链转移剂,AIBN为引发剂,RAFT聚合制备了pH响应性的线性聚合物聚丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEA);最后以N,N’-双丙烯酰胱胺(BAC)为交联剂,AIBN为引发剂,先臂法(“arm first”)一锅交联聚合制备了不同臂比例的核交联的杂臂星型聚合物(MAS)。借助核磁共振氢谱(1HNMR)、红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)对MAS的化学结构、组成及其形貌进行了表征和研究;借助凝胶渗透色谱(GPC)对不同聚合时间的产物POD的相对分子量及相对分子量分布进行表征,考察了聚合时间与转化率及相对分子量的关系,并对透析前后的MAS进行了表征;通过动态光散射(DLS)和紫外可见光谱(UV-vis)对杂臂星型聚合物水溶液的低临界溶解温度(LCST)进行了表征,并详细研究了溶液pH、盐浓度、盐种类及PDMAEA含量对其LCST的影响。研究结果表明:(1)成功制备了 RAFT链转移剂、线性聚合物及杂臂星型聚合物。RAFT法合成的线性聚合物的相对分子量与理论相对分子量相一致,相对分子量分布较窄,说明BSPA对臂的聚合过程具有很好的控制性,而且杂臂星型聚合物的成功制得说明RAFT聚合技术结合“arm first”法可用于杂臂星型聚合物的制备。(2)线性共聚物POD的LCST值与链段中组分的含量有关系,且随着OEGMA含量的增加而增大。(3)杂臂星型聚合物水溶液的LCST与溶液pH、盐浓度、盐种类有关系。当温度低于LCST时,由于温敏性臂POD的存在、所占比例较大,聚合物的水溶性很好,pH的作用不是很明显。温度一旦超过LCST时,POD发生相转变,由亲水性转变为疏水性,此时PDMAEA链段的质子化与退质子化的作用使pH对杂臂星型聚合物具有较明显的作用;盐的添加,增加了溶液的离子强度,减弱了链段中醚氧键与水分子的作用力,降低了聚合物的LCST,且随着盐浓度的增加,作用效果增强;不同的盐对其LCST的影响不一样,本论文主要从离子半径及离子价态方面进行考察,离子半径越大,与水分子的作用力越小,对其LCST影响越小,价态数越高,LCST降低的程度越大;PDMAEA的引入增加了其LCST,而且在一定范围内,杂臂星型聚合物的LCST随着PDMAEA含量的增加而增大。
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