耐氧氮氧稳定自由基聚合的机理研究及其应用

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可逆失活自由基聚合(RDRP)为各种具有精确控制的分子结构的先进材料合成开辟了新的途径。但由于缺乏对氧气的耐受性使得RDRP在低容量或工业规模应用时特别具有挑战性。此外,对于一些特殊的系统(如在生物体内,高通量系统),也需要聚合能够在有氧条件下进行。氮氧稳定自由基聚合(NMP)是一种非常有吸引力的RDRP体系,烷氧基胺作为休眠种与瞬时碳中心自由基形成可逆失活平衡机制,实现对聚合反应的控制。由于NMP体系简单,能够合成分子量可控以及拥有特殊结构的无色无刺激气味的聚合物,因此在工业领域中有广泛的应用潜力。然而到目前为止,具有耐氧性的NMP聚合鲜有报道。在本论文中,合成了烷氧基胺3-((2-氰基丙烷-2-氧基)-(环己基)氨基)-2,2-二甲基-3-苯丙腈(Dispolreg 007),并构建了以Dispolreg 007为引发剂的耐氧NMP聚合体系。利用耐氧NMP合成聚合物凝胶材料,对比了NMP法与传统自由基聚合(CRP)法合成交联网络的各种性能,并研究了基于NMP聚合的聚合物交联网络“活性”特征。最后以传统的溶液聚合为模型探索耐氧机理,进而开发了以水为连续相的细乳液NMP耐氧聚合体系。具体研究内容如下:(1)合成Dispolreg 007,在不依赖外部脱氧以及加入任何其他还原剂的情况下,构建耐氧NMP聚合体系。通过分析不同条件下的聚合动力学,结合对聚合产物机构和特征基团的表征,探究NMP聚合的耐氧机理。通过探究氧气含量对聚合的影响,探索聚合体系的通用性。(2)利用耐氧NMP合成聚合物凝胶材料。以甲基丙烯酸酯接枝的聚二甲基硅氧烷(MA-PDMS)作为交联剂,Dispolreg 007作为引发剂,选用丙烯酸叔丁酯(t BA)、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯(FMA)为单体进行氮氧稳定自由基聚合合成聚合物交联网络。并对其进行交联度、热稳定性以及机械性能的测试与后修饰的验证。(3)以Dispolreg 007为引发剂,结合酶催化法构建细乳液耐氧NMP聚合体系。分析耐氧体系的聚合动力学,探究酶催化法的耐氧机理并考察体系的通用性。
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