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前线聚合(Frontal Polymerization,FP)是一种新型的聚合手段,具有反应速度快、节能、少污染、过程的可控性较高等优点。前线共聚合是得到梯度材料的有效方法,所谓梯度材料是指材料内部的微观要素在某特定方向呈连续的梯度变化,从而使材料的宏观性能也在同一方向呈连续梯度变化的一种新型材料。在光学材料、生物医学材料、化学工程材料、热应力缓和材料、电子材料、耐辐射材料等方面有较广的应用。本课题首次利用光漂白机理开展了光引发前线共聚研究,获得了具有梯度结构特征的共聚材料,研究工作主要包括以下三个方面:
一是利用光引发前线聚合(Frontal PhotoPolymerization,FPP)的方法制备了单体单元组成和分子量具有梯度分布特征的共聚物材料;光引发前线聚合反应在竖直放置的带有硅橡胶管密封的玻璃管(内径φ7.0 mm)中进行,随光照时间延长,聚合前沿不断推进,改变光照时间将可以得到不同长度的聚合物棒,当光照2小时,得到8至9cm长的棒状甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)共聚物样品。
二是研究了光照时间、光引发剂的浓度、单体种类和配比对光引发前线聚合的影响;分别就MMA、Photomer 4035以及二者混合体系进行了前线光聚合研究,研究发现,增加光照时间、增大光引发剂浓度、增加活泼多官能单体比例都有助于促进聚合前线推进,获得较长共聚物棒。
三是通过红外光谱(FTIR)、<1>H核磁共振波谱(<1>HNMR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、凝胶渗透色谱(GPC)、热电偶等分析表征手段对聚合物的成分、纵横脆性断裂截面的形貌、前线推进的过程和共聚物的单体单元组成及分子量的梯度分布进行了考察。发现了与热前线聚合相似但又有区别的反应现象及聚合物形貌,证明了共聚物的单体单元组成及分子量沿纵向的确存在梯度分布,由上层至下层MMA单体单元组成百分比逐渐降低,根据两单体竞聚率的关系,调整单体组成使其在最上层聚合物中的理论单体单元组成为1:1,逐层向下推进的过程中,d[pba]与d[pmma]的比逐渐达到2:1,共聚物的数均分子量~10<4>数量级,由上层至下层呈递增趋势。本研究是一种模型实验技术研究,旨在探索前线光聚合制作梯度共聚材料的可行性,为开展具有光学特性的单体共聚研究打下基础。