含氟聚烯烃嵌段共聚物的合成、表征及自组装性质研究

【摘要】两亲性嵌段共聚物可自组装形成形态各异的聚集结构，它们在纳米科学与技术领域具有广阔的应用前景，例如：药物和基因载体、诊断成像等，因而受到人们的广泛关注。聚异丁烯（Polyisobutene，PIB）因其生物安全性、良好的生物相容性以及气密性，在工业上一直备受人们关注和应用。近年来，人们试图拓展PIB在其他方面的应用，例如自组装，化学配体等。我们课题组在之前的研究中合成了含有聚异丁烯的两亲性嵌段共聚物，发现它们在自组装方面有很多特性。在文献调研中我们发现，含氟嵌段与聚异丁烯结合的共聚物及其自组装行为的研究报道很少见。本论文主要研究基于聚烯烃的含氟两亲性嵌段共聚物的合成、表征、溶液行为、成膜性能和在超疏水方面的应用，并对含氟聚异丁烯与含氟聚苯乙烯体系的自组装行为进行了比较，探索柔性链嵌段和刚性链嵌段对自组装形态的影响。本论文的工作内容主要分为以下两个部分：第一部分含氟聚异丁烯嵌段共聚物PIB-b-PDMAEMA-b-POFPMA体系首先通过硼氢化氧化反应，将末端为双键的高活性聚异丁烯（HRPIB）转化为末端含羟基的功能化聚异丁烯（PIB-OH），进一步与KH反应，获得末端带氧阴离子的聚异丁烯（PIB-O-K+），作为氧阴离子聚合的引发剂；然后通过两步氧阴离子聚合，依次引发甲基丙烯酸-2-（N,N-二甲氨基）乙酯（DMAEMA)和甲基丙烯酸-（2,2,3,3,4,4,5,5-八氟）戊酯（OFPMA）聚合，制备两亲性三嵌段共聚物PIB-b-PDMAEMA-b-POFPMA。通过1HNMR、13CNMR、19FNMR、GPC和FT-IR验证聚合物的化学结构，分子量及分子量分布；通过TGA和DSC研究聚合物的热稳定性及玻璃化转变温度；通过TEM研究聚合物在水中不同条件下的自组装的形态，发现聚合物可自组装形成多相分隔胶束、纤维状、管状和棒状聚集体等，表明聚合物的自组装形态和大小依赖于聚合物的组成、溶液浓度和介质的pH值；通过水滴和油滴接触角测试，我们发现聚合物呈现一定的疏水疏油的性质。通过AFM、SEM与XRD研究了聚合物薄膜表面含氟链段的聚集情况，发现在退火之后，含氟链段在膜表面呈现双层堆积结构。第二部分含氟聚苯乙烯嵌段共聚物PS-b-PDMAEMA-b-POFPMA体系通过第一部分的研究，我们发现三嵌段共聚物PIB-b-PDMAEMA-b-POFPMA可以自组装形成多种聚集结构，我们认为柔性链PIB在自组装的过程中起到了关键作用。为了比较疏水性柔性链嵌段和刚性链嵌段对自组装形态的影响，我们利用分子链末端含羟基的聚苯乙烯氧阴离子（PS-O-K+）通过氧阴离子引发的聚合反应，依次引发DMAEMA和OFPMA单体聚合，制备三嵌段共聚物PS-b-PDMAEMA-b-POFPMA。通过1HNMR和GPC验证聚合物的化学结构、分子量及分子量分布。在对应于PIB-b-PDMAEMA-b-POFPMA浓度的条件下，利用TEM观察PS-b-PDMAEMA-b-POFPMA自组装形态，随着共聚物浓度增大，分别形成了粒径较小的多相分隔胶束、片层堆积纳米粒子结构以及花形胶束。与PIB体系的自组装结果不相同，这说明柔性链和刚性链对自组装的形态有显著影响。
【作者】李森；
【导师】倪沛红；
【作者基本信息】苏州大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】聚异丁烯；聚苯乙烯；氧阴离子聚合；含氟聚合物；多相分隔胶束；管状聚集体；片层堆积；

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