吡啶鎓酯类可见光降解型聚合物的合成与应用探索

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高分子材料的应用已经渗透到国民经济各个领域,然而大量难以降解的废弃物给社会和人类带来了严重污染和危害。因此,赋予聚合物可降解性质被视为解决这一问题的主要手段之一。根据促进其发生降解行为的原因不同,可降解聚合物主要分为光降解和生物降解两种,其中光降解聚合物在可降解聚合物研究中展示出了独特优势。聚合物的光降解行为主要依赖于链中特殊基团的光裂解过程。相对于紫外光、γ射线等高能辐照源而言,可见光可以大幅降低对生物样品的损伤且具有更好的组织穿透能力。N-烷基甲基吡啶鎓酯(NPEs)是一类可见光(l=452 nm)不稳定基团:在可见光照射下,它能够通过与联吡啶钌配合物/抗坏血酸(Ru(II)/ASC)之间的光致电子转移过程实现内部C-O键高效断裂。本论文以此可见光不稳定基团为核心构筑单元,设计合成了两种具有不同拓扑结构的可见光降解型聚合物,并对其应用进行了初步探索。具体研究内容如下:(1)主链含NPEs基团的可见光不稳定聚合物的合成与应用探索通过缩合聚合方式制备了一种主链光不稳定的线形聚合物(MCPP)。降解实验表明,在可见光照射下,MCPP可以发生高效降解行为(95%),且其降解速率可通过改变Ru或ASC含量、光照时间及强度进行调控。MALDI-TOF显示光降解之后,分子量发生明显变化,缩减至650 g mol-1。由于刚性NPEs基团的引入,MCPP不再具有类似聚乙二醇的螺旋构象,而是以线性状态存在于水溶液中。单分子通道分析技术表明,MCPP及其光降解产物都可以通过类磷脂双层膜,穿过速率可通过调节电压来进行控制。细胞实验证明MCPP及其光降解产物的生理毒性较低,且该聚合物能够有效促进细胞增殖。系列结果表明该聚合物可作为一种可见光降解材料,在材料、化学及生物等领域有着重要的潜在应用价值。(2)侧链含NPEs基团的可见光不稳定聚离子液体的合成与应用探索通过自由基聚合方法合成了一种侧链含NPEs基团的可见光不稳定聚离子液体(VP-PIL)。TG和DSC测试表明VP-PIL具有玻璃化转变温度低(Tg=47℃)和热稳定性高(Td=284℃)的特点,并利用NMR和FTIR对其结构和可见光降解性质进行了系统表征。VP-PIL不仅可以作为一种阳离子型聚合物构筑可见光降解自组装膜,还可作为碳材料的导电型分散剂,制备高质量导电油墨和超级电容器的电极材料。
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