二胺衍生物与脂肪胺构建新型双组分超分子热致可逆有机凝胶

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超分子凝胶是一种非常吸引人的智能软材料。超分子凝胶是由弱的非共价键相互作用(如氢键、金属配位、范德华相互作用力、π-π堆积、亲-疏溶剂力等)形成的,其三维网络的动态性和可逆性使得它们有着固有的对外界刺激(比如温度,p H,溶剂,光,氧化还原剂等)有响应的能力。这些新型的软材料的刺激响应性使得它们在材料科学中相当的重要。热致可逆超分子凝胶则明显不同于低温下成凝胶高温时成溶液的常规热敏性凝胶,而是显示出刚好相反的热敏现象,其在加热后形成凝胶,冷却时又形成溶液。本论文利用不同碳链长度的二胺与丁二酸酐,合成了一系列的二胺衍生物(SAD-4,SAD-6,SAD-8,SAD-10),并将其与单头脂肪胺(R-NH2)按1:2的摩尔比复合得到一系列新型的双组分凝胶剂,详细研究了其在各种有机溶剂中的胶凝行为、自组装形态、自组装方式等,并进一步提出凝胶形成的初步机理,获得了一些创新性的成果,主要内容有:<1>所获得的新型胶凝剂能够在多种芳香性有机溶剂中展现热致凝胶行为,这是一种与常规热敏性凝胶(加热溶解,冷却成凝胶)刚好相反的一种热敏现象,其在加热时成凝胶,冷却后又变回溶液。这一系列的胶凝剂都只在芳香性溶剂中具有胶凝性,而在非芳香性溶剂中则没有展现任何胶凝性,可见溶剂性质对凝胶的形成有很大的影响。同时发现,碳链长度也对胶凝剂的胶凝性质有较大的影响。通过FT-IR、XRD、SEM、DSC等研究表明,凝胶剂分子间羧基(-COOH)和氨基(-NH2)的酸碱作用,相邻分子间的氢键(N-H-O)作用,以及分子间相互作用力(范德华力)是形成凝胶的主要驱动力,另外对所得到的胶凝剂化合物晶体的解析进一步证实了这一点。<2>针对二胺衍生物与单头脂肪胺(R-NH2)复合得到的一系列新型的双组分凝胶剂在溶剂中能够展现异常的热致胶凝现象,接下来的研究采用改变胶凝剂组成的方法来改变凝胶体系的性质。当向热致凝胶体系中加入单头的脂肪酸时,胶凝体系变成了常规热敏性凝胶体系,即在加热时溶解冷却后形成凝胶;而当往热致凝胶体系中加入双头的有机酸时体系变成了超稳定性的热致凝胶体系,其在常温时胶凝剂加热溶剂中震荡溶解后加热即可形成凝胶,但体系冷却后凝胶并不会破坏,而是一直能够保持固态的凝胶状,对凝胶体系再次加热(0-100℃),体系也无变化,可见这一超分子热致凝胶体系对温度有着很好的稳定性。通过FT-IR、XRD等研究表明,加入的第三组分胶凝剂在体系中改变了原来二组分胶凝剂的相互作用力,从而达到了改变胶凝体系性质的目的。因此我们通过改变胶凝体系的组分成功的对凝胶的性质进行了改性,将异常温敏性凝胶体系(热致凝胶体系)改性成了常规温敏性凝胶体系(常规凝胶)和超稳定性热致凝胶体系。
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