基于RAFT乳液聚合的聚合诱导自组装体系

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lurnay
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基于可逆加成-断裂链转移(RAFT)的聚合诱导自组装(PISA)已经成为制备两亲性嵌段共聚物纳米材料的通用平台。RAFT乳液聚合由于使用水作为反应介质因此具有广泛的单体功能通用性,这在聚合物科学界引起了广泛的关注。此外绿色少污染、易操作、反应条件温和、聚合速率快、聚合物分子量高等特点,使其广泛应用于工业生产,被认为是最有可能在工业上实施可控/“活性”自由基聚合的异相聚合工艺。但是通过RAFT乳液聚合制备的二嵌段共聚物通常只能得到球形形貌,极大地限制了RAFT乳液聚合在制备聚合物纳米材料方面的应用。虽然也有报道以苯乙烯为成核单体通过RAFT乳液聚合制备出了非球形聚合物纳米材料,但以(甲基)丙烯酸酯类单体的乳液聚合却鲜有报道。目前的研究中,大多数RAFT乳液聚合通常是在高温(70℃)下反应,不利于生物功能及环境响应等功能聚合物纳米材料的制备。本硕士论文中,为了扩展RAFT乳液聚合在PISA的应用,开发新的配方,重要的是在低温下制备出了高阶形貌,更进一步探究了单体和交联剂在RAFT乳液聚合中形态演变的机理。主要内容如下:
  1.以苯基钠盐-三甲基苯甲酰亚磷酸盐(SPTP)为光引发剂,以三硫酯封端的聚(乙二醇单甲基丙烯酸酯)PPEGMA为大分子RAFT试剂,丙烯酸叔丁酯(tBA)为成核单体,通过可见光引发RAFT乳液聚合制备一系列不同形貌的PPEGMA-PtBA二嵌段共聚物纳米材料(包括球、纤维和囊泡)。在聚合初期加入二氧化硅纳米粒子,可制备负载二氧化硅纳米粒子的聚合物囊泡。可见光引发RAFT乳液聚合具有很好的光控特性,可通过光源的“开/关”实现聚合的“激活/休眠”。最后,将葡糖糖氧化酶催化除氧反应与光引发RAFT乳液聚合结合起来,发展了具有耐氧特性的RAFT乳液聚合,在开口容器和96孔板中依然能制备出不同形貌的二嵌段共聚物纳米材料。
  2.以三硫酯封端的PPEGMA为大分子RAFT试剂,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GlyMA)作为成核单体,在25-50℃下进行氧化还原引发引发RAFT乳液聚合。通过改变反应温度、PGlyMA链段长度和单体浓度等反应条件制备了一系列不同形貌的嵌段共聚物纳米材料,研究结果表明提高聚合温度、增加PGlyMA链长促进了高阶形貌的形成而单体浓度对于自组装形貌几乎没有影响。动力学研究表明,在50℃下反应20min就可达到98%以上的单体转化率。为了证明该方法的普适性,进一步探讨了使用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与甲基丙烯酸苄酯(BzMA)作为成核单体的氧化还原引发RAFT乳液聚合体系,通过核磁共振氢谱(1H NMR)检测在2h内单体都能聚合完毕。研究发现单体的水溶性对最终的聚合物纳米材料形貌至关重要,但BzMA由于水溶性差只能得到球形形貌。
  3.以三硫酯封端的PPEGMA作为大分子RAFT试剂,过硫酸钾(KPS)/抗坏血酸钠(NaAs)为氧化还原引发剂,GlyMA和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)交联剂为成核单体,在50℃下利用氧化还原引发RAFT乳液聚合制备交联聚合物纳米材料。与RAFT分散聚合中加入交联剂不一样,RAFT乳液聚合中加入交联剂能促进高阶形貌的形成。通过改变GlyMA/EGDMA的比例可以制备不同形貌的交联嵌段共聚物纳米材料(包括纤维、囊泡、复合囊泡等),并绘制了详细的形貌相图。通过动力学研究结果表明,加入交联剂的RAFT乳液聚合聚合速率较快,5min内单体转化率可达97%以上。通过使用不同种类的交联剂,深入探究了交联剂是如何在RAFT乳液聚合中影响交联聚合物纳米材料的形貌。
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