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本论文包括以下两部分工作:第一部分主要是设计并合成了一类含有全氟环丁基(PFCB)结构的甲基丙烯酸酯单体,利用传统自由基聚合的方法得到了此类单体的均聚物以及与甲基丙烯酸甲酯的共聚物,通过差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TGA)研究了PFCB结构的引入对所得到的聚合物的热稳定性的影响;第二部分主要是探索含有PFCB结构的(甲基)丙烯酸酯单体的活性自由基聚合,合成了一系列两亲性嵌段共聚物,选择不同的聚合方法可以实现单体在合成嵌段共聚物中的投料顺序。研究了合成的两亲性嵌段共聚物在溶液中的自组装行为,分析了链长、pH值以及盐度等因素对聚合物自组装行为的影响。
一、含有PFCB结构的甲基丙烯酸酯的合成及聚合物性能研究
1.利用对位具有不同取代基的三氟乙烯氧基苯与4-三氟乙烯氧基苯甲醚之间的交叉偶联反应,得到了一系列含有PFCB结构的苯甲醚化合物,然后经过三溴化硼脱除甲基后进行酯化反应,合成了一系列含有PFCB结构的甲基丙烯酸酯单体,化合物的结构经过了核磁、质谱和红外表征。
2.用传统自由基聚合的方法得到了含有PFCB结构的聚甲基丙烯酸酯,说明此类单体具有很好的自由基聚合活性。将含有PFCB结构的甲基丙烯酸酯类单体与甲基丙烯酸甲酯(MMA)进行自由基共聚,得到了含有PFCB结构的无规共聚物。
3.利用DSC和TGA研究了所得到的均聚物和共聚物的热稳定性。DSC结果表明,所得到的均聚物有较高的玻璃化转变温度(Tg),而与MMA的共聚物也表现出较高的Tg,说明由于PFCB结构的引入,能够提高聚甲基丙烯酸酯类聚合物的玻璃化转变温度。通过TGA研究了聚合物的热分解过程,由于PFCB结构的引入,能够抑制自由基聚合过程中的双自由基偶联反应引起的双基终止,从而有效地提高了聚合物的热分解温度。
二、含有PFCB结构的(甲基)丙烯酸酯的活性自由基聚合以及制备两嵌段共聚物
1.研究了含有PFCB结构的(甲基)丙烯酸酯的原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT),能够得到分子量分布窄的聚合物,进一步通过动力学研究证明了聚合过程是活性可控聚合的。
2.通过ATRP和RAFT聚合制备了三类含有PFCB结构的两亲性两嵌段共聚物:PEG-b-PTPFCBPA,PAA-b-PTPFCBPMA和PTPFCBPMA-b-PDEAEMA。由于单体活性以及聚合条件的限制,通过ATRP聚合时只能将含有PFCB结构的甲基丙烯酸酯单体作为第二单体,而通过RAFT聚合时可以选择投料的顺序。
3.利用荧光探针法、动态光散射以及投射电镜研究了所得到的嵌段共聚物在水中的自组装行为。以芘或N-苯基-1-萘胺(PNA)为荧光探针测定了聚合物在水溶液中的临界胶束浓度(cmc),发现含有PFCB结构的两亲性嵌段共聚物有很低的cmc,一般在10-6g/mL左右,并且与聚合物的链长、溶液的pH值以及盐度等因素有关。动态光散射(DLS)发现所得胶束的尺寸流体力学半径(Rh)很小,同样也与聚合物的链长和溶液的性质有关。进一步用透射电镜(TEM)观察了所形成胶束的形貌,通过直接滴加法一般得到球形胶束,而透析法能够得到形貌丰富的胶束。