嵌段共聚物刷的合成及其响应行为

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:long060112
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聚合物刷的刺激响应性就是它在一定的外界环境条件刺激下能够做出响应的行为。通常聚合物链的构象发生改变可实现表面性质,如润湿性、电性能、粘接性、吸附性等变化,并且这种变化一般是可逆的。本论文主要研究了嵌段共聚物刷的合成及其响应行为,首先设计和合成四类嵌段共聚物刷,然后研究其在不同外界环境下(溶剂,pH和温度)的表面重排现象和形态结构变化。  采用高效的“thiol-ene”click反应制备了PDMS-b-PEG嵌段共聚物刷:采用ATRP反应和click反应相结合的方法合成了PS-b-PEG、P4VP-b-PEG、PNIPAM-b-PEG三类嵌段共聚物刷。由于ATRP反应能够很好地控制聚合物的分子量,而click反应具有高的转化效率的特点,所制备的嵌段共聚物刷具有确切的结构(well-definedstructure)。  对于PDMS-b-PEG嵌段共聚物刷,用选择性溶剂处理时(水或甲苯),刷的表面形成“onion-like”或“pinnedmicelles”结构,并且表面比较粗糙。这是由于选择性溶剂处理后亲溶剂的嵌段伸展,疏溶剂的嵌段塌缩,并且伸展嵌段包围在塌缩嵌段周围形成包覆聚集结构,导致表面较为粗糙。当用两者的共溶剂DMF处理PDMS-b-PEG嵌段共聚物刷时,由于两嵌段在溶液中的构象都较为伸展,形成较平坦的表面,较少形成聚集结构。  对于PS-b-PEG嵌段共聚物刷,当用水处理时,PEG链段呈伸展状态并覆盖在PS链段表面,形成表面为PEG的聚集簇,尺寸为80nm;当用甲苯处理该嵌段聚合物刷时,内嵌段PS链段呈伸展构象并覆盖住PEG链段,形成表面为PS的聚集簇,尺寸为35nm。当用DMF处理嵌段聚合物刷时,PS和PEG两个嵌段都呈较伸展构象,没有聚集簇的形成,呈现较平坦的表面。  对于P4VP-b-PEG嵌段共聚物刷,用不同pH值溶液处理时,刷的表面湿润性和化学组成发生变化,说明刷在不同pH值条件下发生表面重排现象和表面构象的可逆转变。同时,石英微天平(QCM-D)原位监测该嵌段共聚物刷的可逆pH响应行为。上述结果源于在pH值小于pKa时,P4VP嵌段发生质子化,链段呈伸展构象;在pH值大于pKa时,P4VP脱质子化,链段呈塌缩状态。  利用QCM-D研究了金表面接枝的PNIPAM-b-PEG嵌段共聚物刷的温度响应行为。发现在20℃至40℃的范围内,随着温度升高,△f逐渐升高而△D逐渐减小,这是由于随着温度升高,水逐渐成为PNIPAM嵌段的不良溶剂,整个PNIPAM-b-PEG刷由原来伸展松散的结构逐渐演变成塌缩致密的结构造成的。反之,随着温度的降低,水逐渐成为PNIPAM嵌段的良溶剂,PNIPAM-b-PEG共聚物刷呈伸展疏松的结构,导致△f降低而△D升高。
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