具有环境响应能力的聚合物中空材料,结合了中空材料独特的结构特点和环境响应材料的优良响应性能,赋予材料更大的可控性和环境响应功能性,具有巨大的潜在应用价值。按照制备方法,环境响应聚合物中空材料大体可以分为两类,一类是通过聚合物自组装形成的高分子囊泡;另一类是通过单体的聚合原位形成或通过已有的聚合物原位堆积而成的聚合物空心球。目前,针对这两类中空材料,已经发展出许多制备技术。然而,获取这些材料的制备手段暴露出了许多问题,限制了聚合物中空材料的制备效率和实用价值。现有基于嵌段或接枝聚合物自组装制备囊泡的方案中需要使用活性自由基聚合技术来制备嵌段聚合物,而活性聚合存在成本高、技术要求高等问题,本研究提出了利用普通自由基聚合形成的聚合物上的功能基团(端基或侧基)间的超分子相互作用,形成超分子聚合物体系,利用其自组装来制备高分子聚集体的创新思路。基于普通模板法制备聚合物空心球存在的许多缺陷,本方案首次提出了利用具有可逆相转变能力的模板来制备环境响应空心球的新思路。在该方案中,由于模板具有可逆相转变能力,可以自发的解除,无需加入腐蚀剂,因而可以“一锅”制备得到空心球,整个过程简单,绿色。根据以上研究方案和制备技术的解决思路,本研究完成了以下工作:1.利用普通自由基聚合中的链转移反应分别制备了以羧基为端基的聚苯乙烯( PSt-COOH )和以胺基为端基的聚( N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM-NH2),使聚合物的羧端基和胺端基在一定的环境中通过离子相互作用形成超分子嵌段聚合物体系,并通过调节溶剂环境,可以使该超分子嵌段聚合物体系自组装得到多种囊泡结构。在二氧六环/水体系中,可以自组装得到球形囊泡,通过调节初始聚合物的浓度可以控制球形囊泡的尺寸。在二氧六环/乙醇体系中,形成的囊泡的形貌决定于初始聚合物的浓度,随着初始聚合物浓度的增加,聚集体由较长管状囊泡结构变为较短的管状囊泡结构,最终得到呈多分散的球形囊泡结构。研究发现,在二氧六环/乙醇体系中囊泡存在温致形貌转变现象。随着温度从30°C升高到60°C,较长的管状囊泡可以逐渐转变为较短的管状囊泡,最终转变为单分散的球形囊泡。基于上述制备方案,以具有羧端基的聚(苯乙烯-co-9-乙烯基咔唑)(PSVC-COOH)为疏水聚合物链段,与PNIPAM-NH2形成的超分子嵌段聚合物,可以制备荧光标记的囊泡。该方案为制备其他高分子聚集体提供了一种具有普遍意义的新手段。2.利用普通自由基聚合中的链转移反应,分别制备了以羧基为端基的聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PNVP-COOH)和以胺基为端基的聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PNVP-NH2)。分别利用这两种聚合物的端基(羧基和胺基)与聚(4-乙烯基吡啶)(PVPy)和聚(4-丙烯酰胺基苯甲酸)(PABA)之间的离子相互作用形成了两类超分子接枝聚合物体系,并通过调节溶剂环境,使得这两类超分子接枝聚合物体系分别自组装形成了两种具有不同pH响应范围的聚合物囊泡。研究表明,通过调节主链聚合物和支链聚合物间的质量比可以实现对两种囊泡尺寸的控制。研究表明,两种囊泡均具有良好的pH响应能力,利用这两种囊泡作为药物(日落黄)载体,通过调节释放体系的pH值,实现了对药物的可控释放。该方案为制备其它响应性囊泡提供了一种新手段。3.基于N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)在水溶液中的沉淀聚合反应,利用在成核阶段形成的核作为非交联的并具有可逆相转变能力的模板,制备了PNIPAM温敏空心球。通过透射电镜、扫描电镜及冷冻蚀刻透射电镜等手段证实了微球具有中空结构。通过调节加入聚合体系中的表面活性剂(SDS)的量以及电解质(NaCl)的量可以实现空心球的尺寸在亚微米到微米之间可控。研究表明,制备得到的空心球具有良好的温敏相转变能力。该方案为制备具有环境响应能力的空心球类功能材料提供了一种具有普遍意义的新手段。4.基于上述制备PNIPAM空心球的方案,在核的增长阶段,在加入交联剂的同时,加入具有pH敏感基团的单体丙烯酸(AA)或N, N-二甲基胺基乙基丙烯酰胺(DAEA),制备了具有温度和pH双重响应能力的P(NIPAM-co-AA)和P(NIPAM-co-DAEA)聚合物空心球。通过透射电镜证实了其中空结构。研究表明,这两类空心球对温度和pH值具有良好的响应能力。该方案为制备具有多重环境响应能力的空心球类功能材料提供了一种具有普遍意义的新手段。