两亲性聚合物由于同时含有化学性质不同的链段,易发生微相分离,因此它们在选择性溶剂、表面、本体等结构中表现出自组装特性,广泛用于表面活性剂、纳米材料、药物载体、涂料、胶粘剂、分离膜、热塑弹性体等。当含氟链段作为疏水基元引入两亲性聚合物时,由于其特有的低表面能、疏水疏油性、低折射率、低介电常数、良好的耐候性等,赋予材料独特而优异的性能。众所周知,聚合物的性能由其结构决定,因此,不同链段的组成、相对含量、在聚合物分子内的分布以及聚合物的拓扑结构等因素,直接影响两亲性聚合物的自组装行为,从而改变其在选择性溶剂、表面和本体中的聚集形态,表现出各自独特的物理化学性质。本论文的研究内容包括,单体的结构设计与合成、两亲性聚合物的合成、聚合物结构与性能关系的研究及应用。1.设计、合成了两种Y形含氟两亲性单体,即丙烯酸1-(1H,1H,2H,2H-全氟癸氧基)-3-(3,6,9-三氧杂癸氧基)-异丙醇酯(FA)和N-(1H,1H,2H,2H-全氟癸基)-N-(3,6,9-三氧杂癸基)丙烯酰胺(FAM),并研究了两种单体的本体RAFT均聚反应。实验结果表明,两者的聚合反应都具有活性自由基聚合特征,分子量随单体转化率线性增加,PFA的分子量分布小于1.4。两种单体都能溶于水,具有表面活性剂的性质,FA的临界胶束浓度(CMC)为0.15 mmol／L,其水溶液能达到的最低表面张力为20.0 mN／m,FAM的表面活性比FA更高,其CMC为0.038 mmol／L,水溶液能达到的最低表面张力为18.6 mN／m。均聚物PFA和PFAM都具有良好的热稳定性。PFA和PFAM在室温下都为粘稠液体,在玻璃基片上无法形成聚合物薄膜。PFA能溶于通常的有机溶剂,并具有一定的表面活性；PFAM几乎不溶于通常的有机溶剂。由此可见,由于亲水基团、疏水基团与可聚合双键的Y形连接点结构不同,单体及均聚物的性能差异显著。作为对照研究,合成了与FAM结构类似的非氟单体,N-(十二烷基)-N-(3,6,9-三氧杂癸基)丙烯酰胺(CAM)。其均聚物PCAM在通常的非极性溶剂中溶解性良好,在强极性溶剂中溶解性较差,这充分表明碳氟链与碳氢链对聚合物的性能有显著影响。2.合成了一系列FA及FAM与甲基丙烯酸-2-(二甲胺基)乙酯(DMAEMA)的嵌段及无规共聚物,系统考察了两亲性单体结构、含量及在聚合物分子内的分布(无规与嵌段共聚物)对两亲性共聚物溶液及表面性能的影响。通过表面张力测试研究了聚合物在水溶液中的表面活性。实验数据显示,含氟无规共聚物能有效地降低水的表面张力(γ＜25 mN／m),其临界聚集浓度(CAC)随氟单体含量增加而减小。FAM共聚物的CAC比FA共聚物的CAC更小,当浓度大于CAC时,其水溶液的表面张力更低,表现出更高的表面活性。与无规共聚物相比,嵌段共聚物降低水表面张力的能力较差。此外,通过1H NMR和19FNMR研究了共聚物结构(无规／嵌段)对全氟碳链在水溶液中缔合行为的影响。无规共聚物中的全氟碳链在水中缔合形成相对疏松的氟碳疏水区,而嵌段共聚物中的全氟碳链在水中缔合形成相对密实的氟碳疏水区。通过静态接触角测试对共聚物的表面性能进行研究,所有共聚物对水的接触角都显示出时间依赖性,对油(正十六烷)的接触角随时间几乎不变,表现出环境响应性。随着氟单体含量的增加,共聚物膜的亲水性下降,疏油性增加。嵌段共聚物具有比无规共聚物更好的亲水疏油性。FAM嵌段共聚物对水和油的的接触角都比FA嵌段共聚物小,而其无规共聚物对水和油的接触角都比FA无规共聚物大。当FA嵌段共聚物中FA含量为9.1%时,对水的接触角值在30秒内由48.19°下降到27.81°,对油的接触角为70.40°,表现出优异的亲水疏油性。基于这一特性,我们进一步考察了FA系列共聚物的防雾和抗油性能。实验结果表明,上述FA含量为9.1%的嵌段共聚物具有良好的防雾性和抗油性。最后,合成了含有甲基丙烯酸-2-(羟基)乙酯的三元共聚物,并通过交联剂将其固化在经过修饰的玻璃表面,形成稳定的聚合物涂层,对其进行防雾和自清洁测试。结果显示,与无规共聚物相比,嵌段共聚物具有良好的防雾和自清洁性能。3.设计、合成了Y形非氟两亲性单体,N-十二烷基-N-(3,6,9-三氧杂癸基)-4-乙烯基苄胺(SCT),分别与N-乙烯基咔唑(VK)及N-(4-乙烯基苄基)咔唑(StK)进行共聚,制备了一系列嵌段与无规共聚物。初步研究了聚合物对多壁碳纳米管(MCNT)在不同溶剂中的分散作用,考察了咔唑单体结构、PSCT链段长度及共聚物结构对聚合物分散MCNT性能的影响。结果显示,共聚物在其良溶剂(DMF和甲苯)中对MCNT的分散效果较好,并且两亲性单体含量的增加有助于提高聚合物对MCNT的分散性能。4.以α-溴代己内酯为引发剂,通过ATRP反应合成了结构精确的带有ε-己内酯端基聚苯乙烯,除去端基溴原子后,通过亲核试剂与己内酯的开环反应,制备了一系列单端异双官能团聚苯乙烯。以其中端基为二甲胺和羟基的聚苯乙烯为前体,通过羟基与丙烯酰氯的缩合反应,将丙烯酸酯基引入聚苯乙烯链末端,再通过二甲胺基与苯磺酸的离子相互作用,将PEG接入聚苯乙烯末端,成功地制备出V形离子键两亲性大分子单体。