梳状聚合物研究进展

梳状聚合物是一类具有高接枝密度的接枝型共聚物。由于高密度接枝的侧链之间相互排斥,导致梳状聚合物主链被迫伸直,整个梳状聚合物表现出棒状构象。同时,相比于一般线形聚合物而言,梳状聚合物分子量较容易达到很高,形成几十到上百纳米尺寸的结构,因此有着广泛的应用前景。目前,人们对于梳状聚合物的研究集中于其合成、结构以及性能等领域,其中主要基于对柔性侧链、柔性主链梳状聚合物的研究。本文对于梳状聚合物的合成、刚性主链和刚性侧链梳状聚合物发展现状以及梳状聚合物的性质和应用进行了总结。     

蠕虫状链模型下梳状共聚物分子的均方回转半径的理论分析及其在聚羧酸系减水剂分子中的应用

利用蠕虫状链模型对梳状共聚物分子的均方回转半径进行了理论分析,建立了回转半径与主链轮廓长度、主链持久长度、侧链轮廓长度、侧链持久长度、侧链数目以及侧链沿主链的分布情况(均匀分布和梯度分布)之间的定量数学关系.在此基础上,以被称为"第一代聚羧酸系高性能减水剂"(以下简称为MPEG-type PCE)的甲基丙烯酸(MAA)/烯酸甲酯(MAA-MPEG)梳状共聚物分子为研究对象,结合实验数据,对其聚电解质主链的持久长度进行了分析,并考察了主侧链长度、刚柔性、侧链分布、接枝密度等分子结构参数对PCE回转半径的影响,最后对模型的局限性作简要说明.梳状共聚物分子的蠕虫状链模型物理图像简洁,参数意义明确,应用于PCE分子体系时较之前所报道的柔性链模型要更为合理,能够为分析PCE的分子结构与溶液构象和吸附构象之间的关系提供更科学的视角.     

梳状聚合物电解质的力学松弛时间

以苯乙烯 /马来酸酐共聚物为骨架 ,聚乙二醇单甲醚为侧链合成了 3种不同侧链长度的梳状高分子聚合物 ,制成了锂盐络合物薄膜 .动态力学性能研究结果表明 ,本体系是主链刚性、侧链较柔软的梳状接枝聚合物 .应用时间温度等效原理 ,选择Tα 作为参考温度 ,建立了主曲线 ,得到了移动因子图和等自由体积图 .Williams、Landel和Ferry(WLF)经验方程的两个参数C1、C2 随着盐浓度增加而增大 .若T0 =50℃作为参考温度 ,平均松弛时间lgτc 与锂盐浓度C呈线性关系 .随着侧链分子量增加 ,主曲线向高频率移动 ;平均松弛时间lgτn 与侧链分子量的关系也是线性的 ;另外随着盐的不同 ,主曲线也会产生移动 ,表明盐种类对松弛时间产生影响 .     

梳状高分子烷基侧链构象和堆积结构的红外光谱研究

以正十九烷和两种接枝烷基链的梳状高分子N-十八烷基聚乙烯亚胺(PEI18C)、N-十八烷基聚对苯甲酰胺(PBA18C)为研究对象,利用红外光谱对处于受限和自由状态的烷基链的构象和堆积结构随温度的变化进行了对比研究.结果表明,处于受限和自由状态的烷基链的构象排列和堆积结构及其转变行为不同,且受限于柔性PEI主链和刚性PBA主链的烷基链也不相同.从主链刚性的角度,探讨了影响烷基侧链构象和堆积结构的原因.     

线形、梳形和星形高分子静态和动态性质的模拟

以梳形高分子为纽带,基于粗粒化分子动力学模拟方法,研究了线形、梳形和星形拓扑结构高分子的静态和动态性质,以揭示稀溶液中高分子链行为与链拓扑结构依赖关系的一般性规律.研究结果表明,随着线形-梳形-星形的链拓扑结构转变,回转半径的标度关系由仅依赖分子聚合度转变为同时依赖链聚合度与臂数或侧链数.分析了星形高分子和梳形高分子的静态和动态性质的特征规律.星形高分子的臂数增加使其尺寸迅速减小,形状则由长椭球形转变为类球形,且扩散系数也随之增加;其均方回转半径(〈R_g〉)和扩散系数(D)与分子聚合度(N)及臂数(f)的标度规律为〈R_g〉~N~(0.581)f~(-0.402),D~N~(-0.763)f~(0.227).梳形高分子的静态与动态性质与分子聚合度及侧链数的依赖关系为〈R_g〉~N~(0.597)f~(-0.212)(每个支化点只有一条侧链)和〈R_g〉~N~(0.599)f~(-0.316)(每个支化点有多条侧链).     

机理转移法合成星形梳状聚丁二烯-g-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物的研究

结合活性负离子聚合与原子转移自由基聚合(ATRP),采用机理转移法制备了一系列窄分布且分子量可控的星形梳状聚丁二烯-g-聚甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物(SC-(PB-g-PMMA)).首先通过阴离子聚合,制备星形聚丁二烯,后经甲酸-过氧化氢原位环氧化对链中部分双键进行环氧化,再与原位生成2-溴异丁酸发生酯化反应,得到具有链中活性溴的星形大分子引发剂(SPB-Brn).然后,利用该大分子引发剂,采用CuCl/CuCl2/PMDETA催化体系,通过ATRP聚合单体MMA,合成出星形梳状SC-(PB-g-PMMA)聚合物.通过GPC,1H-NMR和FTIR等分析手段对合成的星形大分子引发剂及星形梳状聚合物进结构表征,证实得到目标产物,并同时研究了聚合物的热力学性质与溶液性质.     

含mPEG侧链的水溶性梳状聚合物的合成及其侧链受限结晶行为研究

采用大单体与小单体共聚的技术,通过自由基引发溶液聚合,合成了一系列水溶性梳状聚合物———聚丙烯酸接枝聚乙二醇单甲醚(PAA-g-mPEG).制备过程分两步进行,首先合成大单体聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯,然后将大单体与丙烯酸单体共聚,合成了梳状聚合物.通过控制反应条件,获得了一系列主链和支链组成比不同的接枝共聚物.用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)表征了共聚物的结构,并对其侧链的结晶行为进行了研究.采用差热扫描量热法(DSC)表征并分析了不同侧链长度的mPEG的热性能及其结晶情况.利用相差显微镜和原子力显微镜(AFM)观察薄膜的结晶形貌,表明梳状聚合物的侧链mPEG在受限条件下的薄膜结晶形貌为高度支化的晶体,初步分析了mPEG链长及其在共聚物中的重量百分含量对晶体形貌的影响.     

N-烷基化聚对苯二甲酰对苯二胺梳状高分子中烷基侧链对刚性主链堆积行为的影响

基于聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA), 采用N-烷基化方法制备了系列PPTACns(烷基侧链碳原子数n=8, 10, 12, 14, 16, 18)刚性主链梳状高分子, 利用DSC, XRD和FTIR等方法研究了其主链堆积行为、 分子链构象及热性能等与烷基侧链长度及结晶特性之间的关系. XRD和DSC结果表明, 当烷基侧链碳原子数达到14时, 烷基侧链发生结晶. XRD结果显示, PPTACns具有层状结构, 烷基侧链长度对主链层间距影响显著. FTIR研究发现, 烷基侧链的聚集状态对PPTACns分子链的构象产生较大影响, 伴随着烷基侧链结晶的熔融, PPTACns的分子链构象发生显著改变. 烷基侧链处于熔融状态的PPTACns的ν_C=O和γ_C-H谱带峰位与烷基侧链不结晶的PPTACn接近.     

基于原子转移自由基聚合和“Click”化学方法制备手性色谱固定相

应用原子转移自由基聚合(ATRP)法和"Click"化学方法,以含叠氮基的烯类化合物为单体,在硅胶表面引发聚合,制备了"梳状"手性固定相.该固定相的合成采用"接出"方法接枝聚合物链,使接枝层更为均匀,并且避免了传统合成方法(如物理吸附等)稳定性差的缺点.所得到的"梳状"手性固定相实现了对一些手性药物的分离;并考察了该固定相中聚合物链的密度和长度对其手性分离能力的影响.     

梳状共聚物水泥分散剂构效关系研究进展

梳状共聚物水泥分散剂(由聚电解质主链和非离子型聚乙二醇侧链组成)是建筑化学外加剂领域的研究热点。关于梳状共聚物分子结构-吸附-分散及分散保持的构效关系已经基本明晰,而从梳状共聚物构象和水泥早期水化的研究才刚刚起步。本文结合课题组在梳状共聚物方面的最新研究成果,详细总结了梳状共聚物溶液构象、界面吸附构象、分散及分散保持性能、早期水化历程等构效关系方面的最新研究进展,并提出了今后在基础和产品开发方面的重点研究方向。     

聚谷氨酸苄酯-g-(聚四氢呋喃-b-聚异丁烯)共聚物的微观结构与形态

通过可控/活性离子聚合方法设计合成一系列不同共聚组成的聚谷氨酸苄酯-g-(聚四氢呋喃-b-聚异丁烯)的新型嵌段接枝共聚物,即PBLG-g-(PTHF-b-PIB),研究共聚物中支链(PTHF-b-PIB)长度及接枝密度对主链PBLG玻璃化转变温度、α-螺旋二级结构及其转变的影响,研究支链中PTHF链段长度对其双端受限的玻璃化转变及凝聚态结构的影响.结果表明:PBLG-g-(PTHF-b-PIB)共聚物中刚性主链保持α-螺旋二级结构;随着支链长度增加或接枝密度增加,主链PBLG的α-螺旋二级结构特征峰逐渐减弱,玻璃化转变温度逐渐提高,α-螺旋结构发生转变的焓值逐渐增大;在确定接枝密度的情况下,随着支链中PTHF链段长度增加,共聚物中双端受限的PTHF链段结晶逐渐增强,结晶熔融温度及熔融焓均增加;在确定支链中PTHF链段长度的情况下,随着接枝密度增大,支链间链段相互排斥,PTHF链段结晶逐渐减弱.     

良溶剂中接枝型聚两性电解质单链构象的布朗动力学模拟

采用布朗动力学研究了在良溶剂中荷电平衡的接枝聚两性电解质(GPA)的单链构象转变行为,讨论了主链链长、支链数及电荷密度对GPA分子链构象转变的影响.研究发现,随着静电相互作用的增强,GPA分子链构象转变过程由线团、主链与支链间的折叠、链段塌缩和电荷配对形成偶极子与四极子等4个阶段构成.与线型聚两性电解质不同,GPA存在的额外支链间空间排斥与静电排斥作用随着分子结构的变化而改变,并影响构象转变行为.在强静电相互作用下,良溶剂中的GPA链由于溶剂化作用会再伸展,以保证偶极子完全配对成四极子.减小主链长度或电荷密度或增加支链数目都会增大体系的排斥力和主链的刚性,阻滞分子链的塌缩,并使得分子链再伸展的幅度增大.     

一种手性甲壳型液晶高分子的稀溶液行为及链刚性

用激光光散射和粘度法研究了一系列窄分子量分布的新的手性甲壳型液晶聚合物P1～P6的溶液行为及其链刚性.研究发现四氢呋喃是聚合物P1～P6的良溶剂.在四氢呋喃溶液中,聚合物P1～P6的特性粘数[η]和均方根旋转半径z12对重均分子量Mw的依赖关系分别是[η]=(2.75±0.05)×10-3Mw0.78±0.02和z12=(1.53±0.04)×10-2Mw0.60±0.01.按照YamakawaFujiiYoshizaki蠕虫状圆筒模型的粘度理论和BohdaneckyBushin表达式,求得聚合物的单位围长摩尔质量ML=(29.8±1.0)×102nm,构象保持长度q=(15.4±3.0)nm.q和MHS方程指数α的值说明这类在结构上属于侧链型液晶高分子的聚合物在良溶剂四氢呋喃中呈现比较伸展的刚性链构象,其链刚性与半刚性主链液晶高分子的相似.     

聚(丙烯酸-co-甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯)梳状高分子的侧链结晶行为

以不同分子量的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(mPEG1000MA或mPEG2000MA)为大单体,与丙烯酸(AA)、甲基烯丙基磺酸钠(SMAS)等单体通过自由基聚合反应合成了一系列具有不同分子量、不同侧链长度、不同侧链密度的聚(丙烯酸-co-甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯)梳状高分子.用乌氏黏度计测定梳状高分子的特性黏数以表征其分子量大小.采用示差扫描量热法(DSC)测量梳状高分子中甲氧基聚乙二醇(mPEG)侧链的结晶温度和熔点.分析认为,当mPEG1000MA与AA共聚后,处于玻璃态的PAA主链对mPEG侧链的物理限制作用很大程度上影响了mPEG侧链的结晶行为.这种在受限环境中mPEG的结晶温度和结晶熔点均发生明显漂移,低于PEG在本体中的结晶.结晶温度和熔点的偏移受到主链长度、侧链疏密、侧链长度、磺酸侧基含量等诸多分子结构和组成因素的影响.研究结果表明:共聚物中侧链越稀疏,侧链结晶受限作用越明显;mPEG侧链分子量越大,其结晶受到主链的限制作用越弱;在梳状高分子主链上引入磺酸侧基官能团后,侧链的结晶的受限程度增加,并且由于非晶侧链的增多,表现出明显的侧链玻璃化转变.     

马来酸酐—醋酸乙烯酯梳状聚合物单阳离子导体的制备及表征

马来酸酐－醋酸乙烯酯交替共聚物以聚乙二醇单醚醇解，得到带有不同长度的聚醚氧侧链的羧酸型梳状聚合物，其碱金属盐在加入适当增塑剂成膜后，可作为聚合物单阳离子导体，其结构以非晶态为主，具有较低的玻璃化转变温度及较好的热稳定性，增塑后的室温电导率最高可达１０－５Ｓ／ｃｍ．研究发现，适当增加侧链的长度有利于提高聚合物膜的离子电导率．此外，还详细探讨了增塑剂、阳离子半径、温度及外加频率等因素对电导率的影响．     

聚羧酸类超塑化剂分子结构对石膏分散性能的影响

研究了甲基丙烯酸-甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MAA-MPEGMA)、甲基丙烯酸-烯丙基聚乙二醇醚(MAA-APEG)、丙烯酸-烯丙基聚乙二醇醚(AA-APEG)三类梳形聚羧酸类接枝共聚物以及丙烯酸均聚物(PAA)对石膏粉体分散性能和凝结时间的影响.聚合物侧链长度越短、分子量越小、电荷密度越高对石膏的分散性能越好,同时...     

两亲性接枝共聚物在选择性溶剂中自组装行为的模拟研究

利用粗粒化分子动力学(CGMD)方法研究了两亲性接枝共聚物在不同选择性溶剂中的自组装行为. 分析了主链刚性及链长对自组装结构的影响. 研究结果表明, 当溶剂对主链为良溶剂而对支链为不良溶剂时, 两亲性接枝共聚物随主链刚性的增加自组装形成花状胶束、 花桥状胶束及桥状胶束, 并且组分比例对自组装结构影响很大; 随着链长的增加, 柔性链出现单花状胶束到多花状胶束的转化. 当溶剂对主链为不良溶剂而对支链为良溶剂时, 可得到近球形或椭球形核壳状胶束及束状结构; 不同链长时, 柔性接枝共聚物链均只能得到近球形的单核壳状胶束.     

梳状-线性共聚物自组装的耗散粒子动力学模拟

梳状-线性共聚物在选择性溶剂中可以自组装形成两种不同类型的聚集体, 其中第I类的自组装发生在亲、疏溶剂链之间, 而第II类发生在线性链和梳状亚结构之间. 本工作利用耗散粒子动力学方法, 分别研究了梳状-线性共聚物在侧链和主链选择性溶剂中形成的这两类聚集体, 探讨了侧链长度和侧链数量等对聚集体类型及形貌的影响. 研究表明, 第II类聚集体在侧链长度较短且侧链数量较多时容易形成. 将模拟结果与文献报道的实验结果相比较, 发现两者能较好地吻合. 此外, 本研究获得了一些在实验中较难得到的信息, 有助于进一步理解梳状-线性共聚物的自组装行为.     

PEG链段对聚乙二醇接枝聚苯胺结构与性能的影响

将苯胺(An)与甲氧基聚乙二醇邻氨基苯基醚氧化共聚,制备了梳状接枝共聚物PAn-g-PEG.研究了梳状接枝共聚物的UV-Vis、微观结构、热稳定性和溶解成膜性等随侧链聚乙二醇(PEG)链段的变化规律.结果表明随PAn-g-PEG中PEG链段长度和含量的提高,共聚物的溶解性和成膜性能显著提高,电子导电率缓慢降低,热稳定性变差.共聚物具有微相分离结构,其形态随PEG链段的改变分别为“海-岛相”和“双连续相”;提高PEG链段长度和含量,PAn-g-PEG能形成稳定的水溶性分散体系,并能浇注成柔韧平整的导电高分子自支撑膜.     

梳状P(MMA-co-MAh)-g-PEGME共聚物的合成及结构与性能

用自制的甲基丙烯酸甲酯和马来酸酐的共聚物P(MMA-co-MAh)为反应物,聚乙二醇单甲醚(PEGME)为接枝单体,合成了梳状P(MMA-co-MAh)共聚物多缩乙二醇酯(P(MMA-co-MAh)-g-MPEG).采用傅立叶红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)13C谱、1H谱以及H,C-COSP谱对所合成的梳状共聚物结构进行表征;热失重分析(TGA)和示差扫描量热法(DSC)对所合成的共聚物的物理性能进行了分析.FTIR及NMR结果表明,聚乙二醇单甲醚通过酯化反应接枝到P(MMA-co-MAh)共聚物上,形成以MMA/MAh共聚物为主链,聚乙二醇单甲醚为侧链的梳状共聚物,其在马来酸酐上的接枝率大约为20%;热性能分析结果表明,合成的梳状共聚物热分解温度与共聚物P(MMA-co-MAh)的分解温度相差不大,接枝后的梳状共聚物也具有高的热稳定性,起始热分解温度在325.9℃左右,且该梳状共聚物具有两个玻璃化转变温度,一个是由于侧链的玻璃化转变引起的,温度为32℃左右;一个是主链的玻璃化转变引起的,温度为120℃左右.在主链玻璃化转变温度以下,侧链是可以移动的,有利于电活性物质和离子等在聚合物基体中的扩散和迁移.