RAFT聚合诱导自组装中溶剂组成及原位交联影响研究

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聚合诱导自组装(PISA)已被证明是制备各种形貌的聚合物纳米粒子的有力策略。根据单体的溶解性差异,可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合介导的PISA通常分为分散聚合或乳液聚合两种配方,它们可能经历完全不同的聚合过程和形貌转变。通常,疏溶剂嵌段的链增长将诱导纳米粒子从球形胶束转变为更高阶的形貌。然而,在PISA过程中一般会观察到形貌转变被限制,如何克服受限的形貌转变显然取决于个案分析。蠕虫状胶束在生物材料、Pickering乳化剂等方面具有潜在应用,可以通过PISA方便地制备。然而,蠕虫状胶束通常在相图中占据极窄的区域,并且对合成条件极为敏感。如何扩大蠕虫状胶束的形貌相区是一个重大挑战。在本论文中,我们系统研究了不同溶剂组成的PISA配方在聚合动力学、成核以及形貌控制上的差异,并通过不同的策略克服不同原因引起的形貌转变限制。其次,我们通过原位交联PISA策略,不仅制备出结构稳定的蠕虫状胶束,还大大拓宽了蠕虫状胶束的相区。具体成果如下:1、通过改变溶剂组成(乙醇/水的质量比)研究了甲基丙烯酸苄酯(BzMA)在不同聚合条件(分散聚合、分散+乳液聚合、乳液聚合)PISA体系中的聚合动力学、成核和形貌转变。球形胶束到蠕虫状胶束再到囊泡的形貌转变仅在中等比例的乙醇/水(5/5,w/w)中观察到。在较高的乙醇/水比例(7/3,w/w)或较低的乙醇/水比例(3/7,w/w)中,球形胶束向高阶形貌的转变都是受限的,但受限的形貌转变是由不同的机制引起的。乙醇/水=7/3(w/w)下只能形成球形胶束是由热力学因素决定,并且可以通过使用较短的亲溶剂聚合物作为大分子RAFT试剂来实现形貌转变。在乙醇/水=3/7(w/w)下球形胶束无法向高阶形貌转变是动力学受限的,可以通过共聚一些其他单体提高疏溶剂嵌段的柔顺性来克服这一问题。这项工作有望提供一个克服不同情况下形貌进化限制的原则,进而优化PISA的配方设计。2、通过原位交联PISA策略有效地拓宽了蠕虫状胶束的形貌相区,并研究了亲溶剂链段的长度和固含量对原位交联PISA体系的影响。使用PEGm-CPADB(m=45、90和113)作为大分子RAFT试剂,通过甲基丙烯酸-2-(二异丙基氨基)乙酯DIPEMA和交联剂二甲基丙烯酸-1,6-己二醇酯HMA的RAFT共聚制备得到交联的嵌段共聚物纳米粒子,显著拓宽了蠕虫状胶束的形貌相区。交联剂的用量需在较低的剂量进行精细调控研究,过量的交联剂则会导致纳米颗粒之间的交联形成大块沉淀。以较长亲水嵌段和较低固含量进行的原位交联PISA可以承受更大剂量的交联剂投料以获得嵌段共聚物蠕虫状胶束。
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