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将可逆加成裂解链转移(RAFT)聚合技术与分散聚合结合起来,不仅能够得到具有一定形态的聚合物胶粒,而且对聚合物分子量及分子量分布也实现了良好的控制。大分子RAFT试剂作用下的RAFT分散聚合优势更加明显:(1)通常采用“一锅法”进行投料,操作简单,且反应较迅速;(2)可以减少甚至是避免稳定剂的额外加入;(3)可以很好地合成功能性的嵌段兆聚物和具有不同形态结构的嵌段共聚物胶体粒子。因此,大分子RAFT试剂作用下的RAFT分散聚合具有很高的应用价值。但目前,在国内外的研究当中,有关大分子RAFT试剂作用下的RAFT分散聚合过程反应动力学的研究报道还比较少,聚合反应的机理并不是十分清楚。本文旨在利用聚(N-异丙基丙烯酰胺)三硫代碳酸酯(PNIPAM-TTC)和聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)三硫代碳酸酯(PDMA-TTC)作为大分子RAFT试剂,分别研究苯乙烯(St)在乙醇/水中、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)在水中的分散聚合的聚合反应动力学过程。具体来讲,本论文可以分为以下两方面内容:
1.大分子RAFT试剂聚(N-异丙基丙烯酰胺)三硫代碳酸酯作用下苯乙烯的RAFT分散聚合
本章中,我们以聚(N-异丙基丙烯酰胺)三硫代碳酸酯(PNIPAM-TTC)同时作为大分子RAFT试剂和稳定剂,在乙醇/水混合溶剂中进行苯乙烯的RAFT分散聚合,并与小分子RAFT试剂S,S-双(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯(BDMAT)作用下的苯乙烯RAFT分散聚合进行比较。研究表明,在大分子RAFT试剂PNIPAM-TTC作用下,苯乙烯在乙醇/水中的RAFT分散聚合形成PNIPAM-b-PS-b-PNIPAM三嵌段共聚物,聚合过程包括成核前的均相/准均相阶段和成核后的非均相阶段。在均相/准均相阶段,嵌段共聚物分子量和粒子尺寸随转化率升高而缓慢增长;而进入非均相阶段后,嵌段共聚物分子量和粒子尺寸随转化率升高而快速增长。这与小分子RAFT试剂BDMAT作用下苯乙烯的RAFT分散聚合过程有明显差异。此外,大分子RAFT试剂PNIPAM-TTC作用下苯乙烯RAFT分散聚合的聚合反应速率要比小分子RAFT试剂BDMAT作用下的苯乙烯RAFT分散聚合快很多。
2.亲水性大分子RAFT试剂作用下N-异丙基丙烯酰胺在水中的RAFT聚合
在本章中,我们以亲水性的聚(NN-二甲基丙烯酰胺)三硫代碳酸酯(PDMA-TTC)作为大分子RAFT试剂,在水中实施N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体的RAFT聚合,并与PDMA-TTC作用下NIPAM在乙醇/水混合溶剂中的RAFT溶液聚合进行比较。由于形成的PDMA-b-PNIPAM-b-PDMA三嵌段共聚物的低临界溶解温度(LCST)受PNIPAM链长影响较大,大分子RAFT试剂PDMA-TTC作用下NIPAM在水中的RAFT聚合受PNIPAM链长影响而呈现不同反应特征。当PNIPAM链较短时,聚合过程中体系不变浑浊,反应与RAFT溶液聚合类似;在PNIPAM链较长时,体系出现浑浊,聚合反应表现为从均相聚合过渡到分散聚合,且分散聚合过程聚合反应速率更高。
本论文的研究内容,将有助于人们更加清楚地了解大分子RAFT试剂作用下的RAFT分散聚合的动力学过程,加深人们对大分子RAFT试剂作用下的RAFT分散聚合中链增长过程的认识。