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利用自组装的方法制备光响应性的聚合物新材料,阐明其中涉及的基本原理和基本规律等具有重要的理论意义和实用价值。本文以侧链偶氮聚电解质为研究对象,研究了其生色团H-聚集体和胶束等形成的条件、影响因素和基本规律,研究了单链分子和上述各种聚集体等与聚阳离子(PDAC)的静电逐层自组装。主要研究进展和成果如下:
(1)利用聚合物后重氮偶合法和聚丙烯酰氯的官能化反应等方法,合成了2种支化侧链型偶氮聚电解质、3种短侧链型偶氮聚电解质。作为对比,还合成了2种带联苯侧链的聚电解质。(2)对偶氮聚电解质在含水混合溶剂中的生色团H-聚集行为的研究发现,聚合物链的约束和偶氮生色团的疏水作用促进生色团H-聚集体的形成;通过改变分子结构、溶剂组成、溶液pH值、温度和浓度等条件可以对偶氮生色团的H-聚集程度进行调控。采用“浓度平衡法”和“吸收波数对照法”,确定了偶氮生色团H-聚集体的聚集数。(3)系统地研究了偶氮聚电解质在选择性溶剂中的胶束行为,实验证明了胶束粒径等可通过改变分子结构、起始浓度、分散介质组成和pH值等来调控,并提出了偶氮聚电解质分子逐层聚集形成胶束的模型。得到的偶氮聚电解质胶束具有光响应性,其中含慢响应偶氮生色团的聚电解质形成的胶束对紫外光照敏感;含快响应型偶氮生色团的聚电解质胶束具有胶束内生色团能发生光致取向的功能,并可形成表面起伏光栅。首次利用不同疏水能力的两种偶氮聚电解质分子混合得到轮廓清晰和胶束粒径分布均匀的胶束,为制备高品质的光响应性胶束提供了新途径。(4)利用静电逐层自组装技术,将含“分散的”生色团的偶氮聚电解质分子、含生色团H-聚集体的偶氮聚电解质分子和偶氮聚电解质胶束等分别与聚阳离子PDAC逐层吸附组装,得到不同类型的偶氮聚电解质多层膜。发现上述自组装膜的层厚、表面形貌和光响应性能等可以通过改变溶剂组成和pH值等来调节。阐明了在采用无水DMF和DMF/H2O混合溶剂为自组装溶剂的条件下,静电相互作用仍然为偶氮聚电解质多层膜形成的主要驱动力。系统研究了偶氮聚电解质在聚甲基丙烯酸甲酯表面的静电逐层自组装,得到了各种有光响应性的软质基材表面。此研究拓宽了偶氮聚电解质仅在硬质基材静电逐层吸附的局限,使之具有更广泛的应用性。