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众所周知,三官能单体在非受限环境下聚合通常得到不溶不熔的交联聚合物。为了从三官能单体制备结构可控的聚合物,本课题组提出了基于超分子弱键协同作用的“超分子构筑调控逐步偶联/聚合(SCP)”法,并成功利用该方法由三官能单体合成了可溶的高规整性硅基梯形高分子、硅基管形高分子及主链为梯形的液晶高分子。本文围绕“超分子构筑调控逐步偶联/聚合”法开展以下三方面研究:a.具有重要学术与应用价值的微孔结构可调的二维筛板高分子制备;b.具有特殊光电性能的梯形高分子制备;c.双亲性梯形基元自组装行为的研究。取得主要结果如下:
1.筛板聚合物具有二维交叉骨架和独特纳米微孔结构。它的制备将丰富高分子家族成员,具有重要的理论意义和巨大挑战性。此外,特殊的有序结构使其在纳米反应器,分离和催化剂负载等方面具有广泛的应用前景。
本文利用SCP法制备筛板聚合物的过程如下:设计并合成硅—乙氧基工字型单体(Ⅰ)→通过Ⅰ水解得到硅—羟基工字型单体(Ⅱ)→Ⅱ经自组装得到梯形超结构(LS)→LS缩合得到腰接反应性三联苯酚基的梯形聚倍半硅氧烷HO-LPSQ→通过氢键作用得到由HO-LPSQ与偶联剂对-苯二异氰酸酯交替组装形成的筛板超结构(SPS)→FT-IR和1H-NMR监测确定有机锡催化下酚羟基与异氰酸酯基间加成反应进行完全,得到首例可溶性筛板聚合物SPP。
利用1H-NMR,XRD及DSC对SPP结构进行了表征。利用SEM及TEM等观察到SPP板状聚集体。通过AFM对聚合物单分子的形貌观察发现单个SPP分子呈长方形纳米板状结构。其以聚氨酯基连接的筛板长度可达80 nm;筛板宽度可达20 nm(即梯形聚合物HO-LPSQ的长度);其筛板厚度(即梯形聚合物HO-LPSQ梯宽度)为2.99 nm。该结果与分子模拟尺寸大致相符。
2.为了将SCP法制备筛板聚合物由硅基扩展到碳基,本文设计并成功合成了两类碳基工字型单体A和B。其中A类单体由两个单体组成,它们分别是基于丙二酸的四羧基单体与基于1,3-丙二醇的四羟基单体;B为一个工字型单体,它以羟基作为形成梯形聚合物的官能团,以硼酸基团作为由梯形聚合物形成筛板聚合物的官能团。本文对A类碳基梯形聚合物的合成进行了初步探索。
3.利用SCP法制备了一种新型发射蓝色荧光的三联苯桥基梯形聚硅氧烷。由于生色团巧妙地固定在梯形聚合物的梯撑上,不仅保证了生色团之间π电子共轭体系的形成,同时又防止了π体系的溶液,尤其是固态聚集,使其荧光量子效率高达0.96。而且梯形聚硅氧烷主链则为材料提供优良的耐热,耐辐射,良好的成膜性和对基质附着力等性能。这一研究提供了一种制备良好综合性能并能有效克服聚合物光电材料中生色团聚集的新途径。
4.设计并合成了一个同时具有哑铃型两亲分子和刚柔分子特征的三联苯衍生物(A),并研究其分层次自组装行为。结果表明,在疏水作用,π-π堆积及酰胺氢键的协同作用下,随着水的用量增加,A在MeOH/H2O溶液中先组装成一,个四方相的片状结构,经过一个准六方相的卷曲片层后变成一个准六方相的纳米棒。这一超分子组装行为与普通两亲分子或刚柔分子形成纳米管或囊泡等完全不同。利用UV-vis,FT-IR,STM等对自组装驱动力进行了研究并提出了由片层卷曲成实心纳米棒的多层次组装机理。有趣的是,所形成的片层及纳米棒具有蓝色荧光的发射性质。