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问题:

题目:环境敏感性全亲水嵌段共聚物的合成及其胶束化行为研究

关键词:原子转移自由基聚合,全亲水性嵌段共聚物,温度和pH敏感性,胶束化

参考答案:

  参考解析


全亲水性嵌段共聚物(DHBCs)由化学性质不同的两嵌段或多嵌段聚合物组成,每一个嵌段在适当的条件下都具有水溶性。由于外界条件如温度、pH或离子强度等的改变,其中的一个嵌段可从亲水性嵌段变为疏水性嵌段,从而转化为特殊的两亲性嵌段共聚物。DHBCs自组装制备的胶束不需任何有机溶剂的加入,可在完全亲水的环境下进行,这相对于传统的由两亲性嵌段共聚物来制备胶束具有不可比拟的优势。此外,DHBCs还具有更大的结构、可调性和更丰富的自组装形态,且自组装行为具有外部环境响应性,因此也被称为智能材料。它们独特的溶液性质和自组装行为使它们具有广阔的潜在应用价值。
在制备全亲水性嵌段共聚物的诸多方法中,原子转移自由基聚合(ATRP)目前是较为可行的一种。ATRP聚合集自由基聚合与活性聚合的优点于一体,既可进行本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合,又可合成具有指定结构的聚合物,而且单体适用范围十分广泛,几乎包括了所有用于其他活性聚合体系的单体和一些目前无法进行活性聚合的单体。此外,ATRP技术方法简单,条件温和,使用水基溶剂,因此具有广阔的应用前景。
基于以上研究背景,本文采用原子转移自由基聚合技术合成了聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)(PDEAM),利用透光率等研究了其水溶液的温度敏感性以及添加剂对其温敏性的影响;并在此基础上先后以DEAEMA和DEAM、DEAEMA和DMAEMA为单体,合成了PDEAEMA-b-PDEAM和PDEAEMA-b-PDMAEMA,并研究了其水溶液的性质及其在水溶液中的多重胶束化行为。主要研究内容包括以下几个方面:
1. 采用bpy/CuBr催化体系,α-溴代丙酸乙酯为引发剂,甲醇为溶剂,通过原子转移自由基聚合(ATRP)合成了分子量窄分布的聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)(PDEAM)。利用透光率的测定研究了PDEAM水溶液浓度、不同种类盐以及表面活性剂的加入对PDEAM水溶液低临界溶解温度(LCST)的影响。结果表明:随着PDEAM水溶液浓度的增大,LCST逐渐降低;NaCl,CH3COONa,KCl,Na2SO4,MgSO4的加入会使PDEAM水溶液的LCST降低,降低程度与盐的种类和阴离子价数有关;十二烷基磺酸钠(SDS)的加入则会使PDEAM水溶液的LCST升高。
2. 采用相同的原子转移自由基聚合(ATRP)体系合成了聚甲基丙烯酸-N,N-二乙氨基乙酯-b-聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDEAEMA-b-PDEAM)全亲水性嵌段共聚物。用FT-IR和GPC对其结构进行了表征;利用透光率测定、激光光散射和透射电子显微镜,研究了嵌段共聚物的敏感性及其在水溶液中的胶束化行为。结果表明:该嵌段共聚物同时具有温度和pH敏感性,在水溶液中具有环境敏感多重胶束化行为。在pH 7.0,温度高于嵌段PDEAM的低临界溶解温度(LCST)时,该嵌段共聚物自组装成以PDEAM为核,PDEAEMA为壳的胶束;在25 ℃,pH >11.0时,PDEAEMA嵌段的溶解性下降,形成以PDEAEMA为核,PDEAM为壳的反胶束。
3. 通过原子转移自由基聚合(ATRP)合成了聚甲基丙烯酸-N,N-二乙氨基乙酯-b-聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(PDEAEMA-b-PDMAEMA)全亲水嵌段共聚物。用FT-IR和1H-NMR对其结构进行了表征;利用GPC测定了聚合物的分子量及其分布;利用透光率的测定研究了聚合物的温度及pH敏感性。结果表明:PDMAEMA同时具有温度和pH敏感性,并且其LCST随溶液pH的变化而变化;PDEAEMA-b-PDMAEMA的温度和pH敏感性相互依赖,跟聚合物的组成有关。

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