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近年来,聚合诱导自组装(PISA)的发展为高效制备形貌可控的嵌段共聚物纳米材料提供了新的方法,其中基于可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合调控的PISA由于其单体适用性广、无金属残留、反应条件温和等优点而被广泛关注。与传统溶液自组装方法相比,聚合诱导自组装能够同时实现嵌段共聚物的制备和原位自组装,大大简化了聚合物纳米材料的制备过程,同时所制备的聚合物固含量高达50%,使得聚合物纳米材料的工业化生产成为可能。目前对于RAFT聚合调控的PISA的研究主要集中在制备不同组分及形貌的各种功能化嵌段共聚物纳米材料上,然而关于PISA的机理研究还比较缺乏。本文将围绕水相Photo-PISA体系对PISA的形貌演变及调控机制进行深入研究,为基于PISA的嵌段共聚物纳米材料制备提供理论和实验依据。本文主要内容如下:
1.使用三硫酯封端聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)作为大分子RAFT试剂,甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)作为成核单体,苯基钠-三甲基苯甲酰亚磷酸盐(SPTP)作为为光引发剂,通过HPMA进行水相光引发RAFT分散聚合探究嵌段聚合物囊泡的演变机制。发现不同反应温度(60℃和25℃)对囊泡形貌演变过程有重大影响,当反应温度为60℃时,囊泡粒径保持不变,而囊泡膜随着聚合度增大而变厚,当反应温度为25℃时,随着聚合度的增加囊泡会发生融合形成管道形貌,最后卷曲并塌缩形成复合囊泡。当使用三硫酯封端聚乙二醇单甲醚(mPEG113)为大分子RAFT试剂时,在室温下同样发生了与使用PGMA大分子RAFT试剂一致的囊泡形貌演变过程,证明了该囊泡演变机制的普适性。最后,通过原位监测各种形貌的演变过程,为阐明囊泡的演变机制提供了依据。
2.以聚(聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯)PPEGMA15.6-CDPA和聚(聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯)PPEGA15.6-CDPA作为大分子RAFT试剂,HPMA作为成核单体,SPTP为光引发剂,通过水相光引发RAFT分散聚合探究了两种不同结构的大分子RAFT试剂对组装结构的影响。当使用PPEGMA15.6-CDPA时,能获得分子量分布较窄的二嵌段共聚物,最终得到规整的组装结构(包括胶束、囊泡等)。当使用PPEGA15.6-CDPA时,由于PPEGA15.6-CDPA对HPMA的调控性较差,会形成分子量分布较宽的PPEGA15.6-PHPMA二嵌段共聚物,最终得到均匀的亚微米尺寸聚合物微球。以PPEGA15.6-CDPA为大分子RAFT试剂通过种子Photo-PISA,在PPEGA15.6-PHPMA微球上通过对PHPMA链段进一步扩链实现聚合物微球的尺寸调控;当在PPEGA15.6-PHPMA微球上通过种子Photo-PISA引入聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGlyMA)第三嵌段,可制备环氧功能多组分嵌段共聚物微球(MBCP),并探究了以MBCPs作为Pickering乳液稳定剂的稳定效果。
3.使用不同端基的大分子RAFT试剂mPEG113-CEPA、mPEG113-EDMAT、mPEG113-Xanthate进行HPMA的水相光引发RAFT分散聚合制备mPEG113-PHPMA二嵌段共聚物。当使用mPEG113-CEPA时,能获得分子量分布较窄且结构规整的二嵌段共聚物(如球形胶束、囊泡等)。当使用mPEG113-EDMAT、mPEG113-Xanthate时,由于两者对HPMA的调控性较,最终只能得到亚微米尺寸的聚合物微球。接着通过动力学研究,测定不同单体转化率下反应的GPC曲线发现,使用mPEG113-EDMAT、mPEG113-Xanthate作为大分子RAFT试剂进行聚合所得到嵌段共聚物的分子量分布较宽并且嵌段率较低。接着,使用活化基团(Z基团)为碳链长度分别为2、6、12的RAFT试剂与mPEG113酯化,得到大分子RAFT试剂mPEG113-CEPA、mPEG113-CHPA、mPEG113-CDPA并进行HPMA水相光引发RAFT分散的动力学研究,发现随着Z基团碳链数的增长,聚合速率会加快,其中mPEG113-CHPA与mPEG113-CDPA的反应速率明显比mPEG113-CEPA快。
1.使用三硫酯封端聚甲基丙烯酸甘油酯(PGMA)作为大分子RAFT试剂,甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)作为成核单体,苯基钠-三甲基苯甲酰亚磷酸盐(SPTP)作为为光引发剂,通过HPMA进行水相光引发RAFT分散聚合探究嵌段聚合物囊泡的演变机制。发现不同反应温度(60℃和25℃)对囊泡形貌演变过程有重大影响,当反应温度为60℃时,囊泡粒径保持不变,而囊泡膜随着聚合度增大而变厚,当反应温度为25℃时,随着聚合度的增加囊泡会发生融合形成管道形貌,最后卷曲并塌缩形成复合囊泡。当使用三硫酯封端聚乙二醇单甲醚(mPEG113)为大分子RAFT试剂时,在室温下同样发生了与使用PGMA大分子RAFT试剂一致的囊泡形貌演变过程,证明了该囊泡演变机制的普适性。最后,通过原位监测各种形貌的演变过程,为阐明囊泡的演变机制提供了依据。
2.以聚(聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯)PPEGMA15.6-CDPA和聚(聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯)PPEGA15.6-CDPA作为大分子RAFT试剂,HPMA作为成核单体,SPTP为光引发剂,通过水相光引发RAFT分散聚合探究了两种不同结构的大分子RAFT试剂对组装结构的影响。当使用PPEGMA15.6-CDPA时,能获得分子量分布较窄的二嵌段共聚物,最终得到规整的组装结构(包括胶束、囊泡等)。当使用PPEGA15.6-CDPA时,由于PPEGA15.6-CDPA对HPMA的调控性较差,会形成分子量分布较宽的PPEGA15.6-PHPMA二嵌段共聚物,最终得到均匀的亚微米尺寸聚合物微球。以PPEGA15.6-CDPA为大分子RAFT试剂通过种子Photo-PISA,在PPEGA15.6-PHPMA微球上通过对PHPMA链段进一步扩链实现聚合物微球的尺寸调控;当在PPEGA15.6-PHPMA微球上通过种子Photo-PISA引入聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGlyMA)第三嵌段,可制备环氧功能多组分嵌段共聚物微球(MBCP),并探究了以MBCPs作为Pickering乳液稳定剂的稳定效果。
3.使用不同端基的大分子RAFT试剂mPEG113-CEPA、mPEG113-EDMAT、mPEG113-Xanthate进行HPMA的水相光引发RAFT分散聚合制备mPEG113-PHPMA二嵌段共聚物。当使用mPEG113-CEPA时,能获得分子量分布较窄且结构规整的二嵌段共聚物(如球形胶束、囊泡等)。当使用mPEG113-EDMAT、mPEG113-Xanthate时,由于两者对HPMA的调控性较,最终只能得到亚微米尺寸的聚合物微球。接着通过动力学研究,测定不同单体转化率下反应的GPC曲线发现,使用mPEG113-EDMAT、mPEG113-Xanthate作为大分子RAFT试剂进行聚合所得到嵌段共聚物的分子量分布较宽并且嵌段率较低。接着,使用活化基团(Z基团)为碳链长度分别为2、6、12的RAFT试剂与mPEG113酯化,得到大分子RAFT试剂mPEG113-CEPA、mPEG113-CHPA、mPEG113-CDPA并进行HPMA水相光引发RAFT分散的动力学研究,发现随着Z基团碳链数的增长,聚合速率会加快,其中mPEG113-CHPA与mPEG113-CDPA的反应速率明显比mPEG113-CEPA快。