基于“透过表面接枝”方式制备低分散性和高接枝密度聚合物刷的研究

"透过表面接枝"(grafting-through)是一种聚合物表面改性的新方法,可以显著改善传统grafting-from和grafting-to方法接枝工艺的缺陷,获得兼具高接枝密度和低分散性的聚合物刷产物.本文采用布朗动力学模拟方法,模拟研究了grafting-through方法接枝聚合物刷过程中的主控因素,从微观动力学角度阐明其特有的链增长趋同化效应是保持产物聚合物刷较低分散性的主因.引发效率在grafting-through中可显著提高,且产物聚合物刷的分子量呈现泊松分布.此外,反应中保持高的单体通量,可以同时实现产物聚合物较长的平均链长和较低的分散性,有利于制备性能优异的改性材料.该研究对深入理解grafting-through接枝过程的动力学主控因素,促进grafting-through技术的推广和工艺的改进具有一定的理论指导意义.     

双分布聚乙二醇接枝纳米二氧化硅的高效可控制备

在混合溶剂中通过"grafting to"的方法将2种分子量不同的聚乙二醇单甲醚(MPEG M_w=750,4000)接枝到氨基修饰的St?ber法二氧化硅(SiO_2-NH_2)表面,制备双分布纳米接枝复合物.采用二步法,先将带环氧端基的低分子量聚乙二醇单甲醚(MPEG-EO)与SiO_2-NH_2在甲苯溶剂中充分反应后,与高分子量的MPEG-EO在甲苯和正癸烷的混合溶剂中使用相同的反应条件和后处理方法,能便捷制备出具有双分布接枝的纳米复合物.在接枝反应体系中,分子链的链段尺寸和接枝密度之间存在着密切关系.一定的范围内,接枝密度随链段尺寸减小而增大.通过改变混合溶剂比例来调控接枝链段的尺寸,可以很好控制聚合物的接枝密度.在双分布接枝的纳米复合物中,低分子量的接枝密度为0.85 chains/nm~2,高分子量的接枝密度能达到0.40 chains/nm~2,体现出了简单、高效、可控的特点,与聚环氧乙烷(PEO)共混后分散良好,对于制备出均匀分散的纳米复合材料起到了一定的指导作用.     

用原子力显微镜研究甲基丙烯酸缩水甘油酯在高密度聚乙烯表面的紫外接枝

利用AFM研究了紫外光引发甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)在高密度聚乙烯(HDPE)表面接枝初期生成的接枝物的微结构, 对HDPE表面接枝反应的引发速率进行了初步研究. 紫外照射30 s后在HDPE表面形成一些接枝物微粒, 随着照射时间的增加, 微粒越来越多, 其体积也越来越大. 分析结果表明, 每一个接枝物微粒即为一个高度枝化甚至超级枝化的接枝聚合物链. 在30~45 s之间, 接枝密度随照射时间延长几乎呈线性增长; 在45 s后, 接枝密度的增长速度减慢. 在30~45 s之间的引发速度约为6.5 Unit/(μm2·s).     

等离子体辐照的聚乙烯表面接枝交联共聚合

聚合物利用低温等离子体预辐照进行表面接枝共聚合已有报道.此方法的优点是接枝层被限制在聚合物表面,辐照过程对基材本体性质无影响,且整个过程对环境无污染. 用等离子体使聚合物表面产生自由基,不需要表面具有不饱和键或特殊官能团,因而适用于任何聚合物,甚至于一些无机物如玻璃等.利用等离子辐照后暴露于空气的聚合物表面上生成的过氧自由基或过氧化物进行接枝反应,一般接枝量不大.本工作中,我们自己设计了反应器,以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基材,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为接枝单体,在无氧条件下利用等离子体辐照产生的表面自由基进行了接枝聚合,产物接枝量高达10％.还用顺磁共振技术对表面自由基性质及其在接枝过程中的行为进行了跟踪研究.     

超声引发自由基聚合制备聚苯乙烯磺酸钠接枝炭黑

通过在超声环境下,单体苯乙烯磺酸钠发生自由基聚合,生成的聚合物长链自由基被炭黑表面捕获,制备聚合物接枝炭黑.借助红外光谱、热重、粒度、透射电镜和zeta电位分析对该接枝炭黑进行表征.同时研究超声条件对接枝率的影响.结果表明,单体聚合并接枝到炭黑表面,同时炭黑的附聚体和一些大的聚集体结构被超声破碎,平均粒径大为减小;在300W超声波输出功率下,反应1h后,接枝率达到12.8%并趋于稳定.由于接枝分子链上磺酸基的存在,接枝炭黑在水中的分散稳定性显著改善.     

细乳液聚合制备接枝纳米粒子及其在聚合物基体中的空间分布调控

采用细乳液聚合制备了不同接枝链长度和密度的聚苯乙烯接枝二氧化硅纳米复合粒子(Si O2-PS).利用傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、示差扫描量热(DSC)、热失重(TGA)与凝胶渗透色谱仪(GPC)考察了Si O2-PS粒子接枝结构特征.采用TEM研究了接枝链聚合度(N)和接枝密度(σ)对Si O2-PS填充PS体系纳米粒子空间分布的影响规律.结果显示,N基本不变,σ越高,纳米粒子越易均匀分散;而接枝链过长易使长链相互缠结,起到反浸润作用,粒子聚集,不利于均匀分散.纳米粒子热力学稳定分散状态仅与N、σ有关,与粒径无关.通过调控N和σ可得到特定的纳米粒子分散形貌.对比考察了Si O2-PS填充聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)体系结果,揭示了接枝链与基体分子链相容性对纳米粒子空间分布的贡献.     

甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯在硅片表面的RAFT接枝聚合

将3-(2-二硫代苯甲酸基丙酰氧基)丙基二甲基甲氧基硅烷化学键合于硅片表面.以甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯为单体,在硅片表面进行可逆加成-断裂链转移(RAFT)接枝聚合.X-射线光电子能谱仪证实聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯的共聚物(poly(MMA-co-St))都接枝到硅片表面.但3个体系表现出不同的性质,甲基丙烯酸甲酯的RAFT聚合可控性差,分子量比设计分子量大得多,分子量分布指数宽,接枝密度仅为0·03chains/nm2;苯乙烯均聚合的活性/可控性好、分子量分布窄,接枝密度提高到0·21chains/nm2;共聚合体系综合了两个均聚体系的优点,分子量分布较窄,接枝密度最高为0·31chains/nm2,聚合物膜厚随转化率、数均分子量基本呈线性增长.     

表面活性(可控)接枝聚合研究进展

表面是材料与外界接触的窗口,材料的众多性质,如耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性等均在很大程度上取决于表面的构成.可通过在材料表面接枝不同的聚合物链使之满足不同的需要.表面引发的活性(可控)聚合可得到分布均匀、厚度可控的接枝层,因而成为表面改性中的重要方法.本文介绍了一系列表面引发的活性(可控)聚合技术及其应用举例,对这一领域所取得的研究进展及现状作一综述.     

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。     

“梳形”含氟功能聚合物的构建与应用

含氟化合物因具耐热性、耐化学性和低表面能等优异性能,在设计具有特殊功能和特定化学物理性质的功能聚合物时展现出优秀的特性。然而目前大部分含氟聚合物仍是通过传统的自由基聚合获得,难以对聚合物的聚合过程进行调控,导致具有新型结构的含氟聚合物的构建较为困难。随着可控/活性自由基聚合方法的发展,如原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization, ATRP),可逆加成-断裂链转移聚合(rever-sible addition-fragmentation chain transfer polymerization, RAFT)和开环易位聚合(ring opening metathesis poly-merization, ROMP)等,构建新型结构的含氟聚合物成为可能。通过对含氟聚合物的聚合过程和结构的精准控制,结合“grafting-from”、“grafting-to”和“grafting-through”三种接枝方法可得到“梳形”结构的含氟聚合物。由于含氟链段的高温自迁移性,将含氟链段作为“梳段”,使其具有独特的物理化学性质,在光电、生物医药等高端...     

三维有序大孔杂化SiO2的制备、表征及应用

本研究将有机-无机杂化功能材料与有序大孔材料独特的有序开孔结构相结合,在制备的三维有序大孔二氧化硅（3DOM SiO₂）孔壁上可控接枝带有功能基团的聚合物链段,制备3DOM杂化材料。采用表面引发原子转移自由基（SI-ATRP）接枝技术在3DOM SiO₂孔壁上可控接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）链段,讨论了接枝条件对接枝量及接枝链段分子量的影响,并利用FT-IR、SEM、TGA、GPC等对接枝过程进行了表征。PGMA接枝链段上环氧基团可进一步与亲核试剂（二乙醇胺,浓硫酸和二乙烯三胺）发生开环反应,得到一系列带有不同官能团的具有较高接枝密度的功能杂化多孔材料,同时,利用该种材料对水中的水杨酸进行了吸附实验,吸附结果表明经二乙烯三胺开环后得到的功能化多孔材料对水杨酸具有很高的吸附量。本研究对于发展新型杂化多孔材料提供了新的方法。     

白蛋白原位复合生物医用功能材料的研究(Ⅰ)──材料的合成和表面结构研究

采用大分子单体技术合成了以聚甲基丙烯酸甲酯为主链,聚氧乙烯链为侧链,末端为白蛋白诱导吸附基团的十八烷基功能聚合物聚甲基丙烯酸甲酯接枝十八烷基聚氧乙烯.采用变角X光电子能谱和表面接触角研究了该功能聚合物在空气和水界面的性质.结果表明,在聚合物-空气界面,十八烷基聚氧乙烯(SPEO)的表面含量随表面层厚度的降低而升高,并在表面发生高度富集.在聚合物-水界面,聚合物表面重组行为较弱,形成了高SPEO含量的疏水表面,该SPEO尾形结构表面预期可发挥聚氧乙烯和十八烷基的协同作用,形成白蛋白原位复合的生物医用功能材料.     

RAFT链转移剂存在下凹凸棒土表面甲基丙烯酸甲酯接枝聚合

将γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)接枝到凹凸棒土(AT)表面,制得表面带有可聚合碳碳双键的改性粒子AT-MPS;以二硫代苯甲酸氰基异丙酯(CPDB)为链转移剂,采用可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合技术,在AT表面进行甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝聚合.通过红外(FTIR)、热失重(TGA)等方法进行了表征,考察了引发剂以及RAFT链转移剂用量对聚合反应动力学和AT表面接枝聚合接枝率的影响.结果表明,PMMA通过RAFT聚合成功接枝在AT表面;基于RAFT过程的接枝聚合比传统自由基接枝聚合具有更长的反应时间和较高的接枝率.本体系相对适宜条件:温度为70℃,[MMA]/[CPDB]/[AIBN]为400/1/0.5.此条件下聚合反应具有很好的可控性,溶液中的聚合物分子量分布指数为1.2~1.3,AT表面PMMA接枝率为16.33%.引发剂和RAFT链转移剂用量过大均会造成接枝率降低.     

P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS共聚物的合成表征

采用商业聚(偏氟乙烯-co-三氟氯乙烯)(P(VDF-co-CTFE)为原料,结合氢化反应、ATRP和磺化反应系统合成了一系列聚(偏氟乙烯-co-三氟乙烯-co-三氟氯乙烯)-g-磺化聚苯乙烯(P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS)共聚物.重点研究了测试环境(如温度和相对湿度)、聚合物微观结构(接枝密度,接枝长度等)对聚合物形貌、吸水率和质子传导率的影响.研究表明,在接枝量相同的情况下,随着接枝密度的降低,聚合物的相分离更加明显,亲水相从孤岛型逐渐转变为部分连续型;聚合物的吸水率随磺酸基摩尔含量增加而提高;聚合物的质子传导率随着温度的提高和湿度的降低而降低;在较低温度下,聚合物的电导率随接枝密度的增加而降低,而在较高温度下,聚合物的电导率随接枝密度的增加而升高.组成优化的P(VDF-co-TrFE-co-CTFE)-g-SPS共聚物在30～120℃和高湿度条件下,其质子传导率明显优于Nafion112膜.     

聚氨酯接枝多壁碳纳米管的制备及表征

采用两步法成功地将聚氨酯分子链以共价键连接到碳纳米管表面. 首先将聚丙烯酰氯通过与强酸氧化后多壁碳纳米管表面产生的羟基及少量羧基之间的化学反应共价接枝到碳纳米管表面; 然后将接枝到碳纳米管表面的聚丙烯酰氯与端羟基聚氨酯发生酯化反应, 实现了聚氨酯对碳纳米管的表面共价接枝. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM) 和热重分析(TGA)等对接枝后的产物进行了表征, 结果表明, 聚氨酯已共价接枝到碳纳米管表面, 被接枝的聚合物的含量接近90%.     

聚合物光接枝表面改性研究与应用

主要考察了近年来利用紫外光（ＵＶ）对聚合物进行表面接枝改性研究与应用的最新进展情况，从接枝实验体系与条件、接枝影响因素以及聚合物表面接枝改性的应用等几个方面对其进行了总结和介绍。     

聚砜与丙烯酸的紫外光辐射接枝共聚及其表征

在均相溶液体系下,运用紫外光辐射引发合成了聚砜与丙烯酸的接枝共聚物。用化学滴定、漫反射傅立叶变换红外光谱和热分析等技术对接枝聚合物进行了表征。结果表明:丙烯酸被接枝在聚砜链上;光照时间、单体浓度和光引发剂浓度对接枝率均有较大影响。膜表面接触角的研究表明,接枝共聚物膜的亲水性比改性前有所提高。     

玻璃纤维表面的乙烯基单体接枝聚合

用玻璃纤维表面处理剂ＭＡＣ处理玻璃纤维后，再进行臭氧处理，使玻璃纤维的表面产生活性中心，引发苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、及丙烯酸等乙烯基单体在玻璃纤维表面上接枝聚合。接枝纤维的密度减小，对水的浸润性下降，红外光谱及扫描电镜观察证明玻璃纤维表面上接枝聚合物的存在。     

表面引发接枝聚合法制备凹凸棒土/聚甲基丙烯酸甲酯杂化粒子的研究

将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)接枝到凹凸棒土(AT)表面,制得表面键合伯氨基的改性粒子AT-APTES;通过AT-APTES表面的伯氨基和过硫酸铵(APS)构成氧化-还原引发体系,采用无皂乳液法实现甲基丙烯酸甲酯(MMA)在AT表面接枝聚合,制得最高接枝率为29.4%的杂化粒子AT-g-PMMA;采用红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)以及热失重分析(TGA)等方法对杂化粒子AT-g-PMMA进行了表征;研究了主要配方及工艺条件对表面引发接枝聚合接枝率的影响.结果表明,伯氨基-过硫酸铵引发体系可以有效引发MMA在AT表面接枝聚合,由于引发点位于AT表面,故接枝率较高.本研究体系适宜的温度为65℃,单体MMA用量为水质量的6%,APS用量为单体质量的1%,此工艺条件下可有效减小均聚反应对接枝聚合反应的影响.先接枝到AT表面的聚合物对后续的接枝聚合反应产生抑制作用,接枝率越高,抑制作用越大.     

碳纳米管的聚合物功能化与结构控制:聚合物接枝碳纳米管

碳纳米管高分子化是发展高性能的聚合物基纳米功能材料的重要研究方向,本文从"grafting-to"和"grafting-from"两种方式对聚合物接枝碳纳米管的最新进展进行了系统综述。"Grafting-to"方法主要包括羧基衍生反应(酰化、酯化)、加成反应(大分子自由基加成、叠氮环加成)和硫醇偶联反应。"Grafting-from"方法包括普通自由基聚合、可控/活性自由基聚合、离子聚合、开环聚合和逐步聚合反应,其中碳纳米管表面引发活性自由基聚合进一步分为原子转移自由基聚合、氮氧稳定自由基聚合和可逆加成-断链转移聚合。此外,本文还简述了碳纳米管自身的聚合反应,并探讨了目前聚合物修饰碳纳米管所面临的问题和今后的发展方向。