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近年来,聚磷腈在生物医用方面显示了广阔的应用前景,可作为药物或生物分子释放载体的功能性材料,如药物载体,DNA载体,蛋白质载体等。聚磷腈的这些应用多在溶液环境下进行,因此,研究其在溶液中的构象和形态的变化,进而调控其形态结构对于基础研究和应用领域都是十分重要的。本论文合成了几种具有代表性的聚磷腈,并研究了它们的溶液性质。
首先,通过六氯环三磷腈高温开环聚合得到聚二氯磷腈。研究了反应温度和单体对高温开环聚合的影响,发现温度越高,聚合到达终点所需要的时间越短,但当温度过高,反应体系就会产生副反应,降低产率。单体纯度越高,反应的时间越长,产率也会受到很大的影响。筛选出合适的反应温度260℃和反应时间8h。
然后,将聚二氯磷腈加入到乙醇钠、苯酚钠、甲氧基乙醇钠、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇钠、三氟乙醇钠,经取代反应得到了五种不同侧链结构的聚磷腈,对应的聚磷腈分别为PDEP,PDPP,MEP,MEEP和PBTP。FTIR和NMR结果证实侧链基团已结合到主链上,且产物为线性聚磷腈,即:合成了目标聚合物。TGA结果表明:苯氧基聚磷腈PDPP表现出较高的分解温度,且P-N主链在高温下也较为稳定。
使用纯四氢呋喃作为流动相,发现除PDPP之外,其余的聚磷腈不能得到正常的淋洗曲线,这可能是主链上的N原子与柱填料间发生了相互作用,产生非体积排斥效应造成的。当加入四正丁基溴化铵,它与填料优先吸附后,才能得到正常的淋洗曲线。筛选出合适的流动相,即含有0.1%的四正丁基溴化铵的四氢呋喃。
采用GPC与多检测器(包括粘度检测器、多角静态激光光散射检测器和示差折光检测器)联用方法,研究了两种油溶性(PDPP、PDEP)和两种水溶性聚磷腈(MEP、MEEP)在THF(含有0.1%的四正丁基溴化铵)中的溶液性质。得到了这些样品的重均分子量Mw,特性粘数[η],Z均回转半径z,以及[η]与重均分子量Mw、Z均回转半径z与Mw之间的单分散标度关系。GPC测得前四种聚磷腈分子量都很高,超过106g/mol,且分布都较窄。标度指数α值、ν值以及ρ值都表明:含有0.1%四正丁基溴化铵的四氢呋喃溶液是它们较好溶剂,其构象为无规线团。
通过柔性链模型计算了四种聚磷腈的无扰尺寸A,空间位阻因子σ和Flory特性比C∞。这几种聚磷腈都表现出一定的刚性,特别是MEEP,由于其侧链最长,且分子量最大,C∞为33,远远大于其它三种聚磷腈的值。通过蠕虫状链模型拟合得到持续长度Lp,MEEP的Lp大于其它样品,达到12nm,这与之前得到的C∞相一致,证明它的刚性最大。
总之,这四种聚磷腈在四氢呋喃中是局部略带刚性,但整体还是体现出线性柔性链特征的分子链。