侧链含二苯甲酮的两亲性环状共聚物的溶液自组装行为及其应用研究

摘要

环状聚合物相比于线型聚合物由于其端基的消失，在很多方面都有其独特的性质，比如更高的玻璃化转变温度、更大的折光指数等。随着环状聚合物合成方法学上的日益成熟，环状聚合物的拓扑结构也日益丰富，许多功能性的特殊基团已经引入到环状聚合物中，因此如何将功能性官能团和环状聚合物的特殊性质相结合应用到相关领域越来越受到科研工作者的重视，也具有很强的现实意义，特别是对环状聚合物自组装方面的研究。研究目的是设计合成功能性的两亲性环状聚合物，借助于其在自组装性能上的优势，发掘其在很多重要领域的潜在应用。本文通过单电子转移―活性‖/可控自由基聚合(SET-LRP)以及一价铜催化叠氮/炔环加成(CuAAC)反应合成侧链含有二苯甲酮的两亲性环状共聚物，并与线型前体相比，对溶液自组装、单壁碳纳米管(SWCNTs)在水相中的分散、聚己基噻吩/单壁碳纳米管(P3HT/SWCNTs)共组装方面进行探究。
　　本研究主要内容包括：⑴通过精确的设计，利用SET-LRP的聚合方法以及高效的CuAAC―点击‖反应合成三种不同分子量的环状共聚物 Cyclic-Poly(PEGA-co-BPPA)，该类共聚物侧链含二苯甲酮官能团以及聚乙二醇短链，是一类兼具功能性及两亲性的特殊的环状共聚物。通过凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振氢谱(1H NMR)、红外光谱(FT-IR)等分析测试方法对该类聚合物结构进行了全面的表征，验证了环状聚合物Cyclic-Poly(PEGA-co-BPPA)的成功制备。⑵通过对合成的三种不同分子量的环状聚合物以及线型前体在 DMF/H2O中进行溶液自组装，后透析为纯水溶液，对组装形成的胶束形貌及尺寸进行了研究。研究结果表明在溶液中环状聚合物通过自组装可以得到粒径均一且分散性良好的球型胶束，而线型共聚物自组装后得到的胶束形貌不规整且胶束间互相缠结和聚集。⑶进一步研究了环状以及线型共聚物对 SWCNTs在水相中的分散作用的影响。通过两种不同的方法，即先通过聚合物自组装再与SWCNTs在π–π相互作用力的协助下进行有效贴合的方式(方法A)和共聚物与SWCNTs直接共组装的方式(方法 B)，对 SWCNTs进行分散研究，结果发现：从两种方式对 SWCNTs的分散效果来看，方法 A优于比方法 B；环状聚合物胶束以及线型聚合物胶束在π–π相互作用力的协助下都可以吸附到SWCNTs表面，借助位阻效应以及胶束外部亲水链来提高SWCNTs在水中的分散；并且环状共聚物对SWCNTs的分散效果明显优于线型前体。⑷通过可控的催化转移缩聚(KCTP)方式合成了 P3HT，并通过1H NMR、GPC、MALDI-TOF MS等测试方法对其结构进行了表征。研究了环状以及线型聚合物对P3HT在H2O/THF混合溶剂中的溶液自组装行为影响，结果发现环状及线型聚合物自组装的胶束在π–π相互作用力的协助下贴合到P3HT组装体表面，并且在贴合过程中会影响P3HT的自组装形貌。随后研究了环状以及线型聚合物对 P3HT/SWCNTs在 H2O/THF中的共组装行为的影响。研究发现：P3HT与SWCNTs在 H2O/THF溶剂中共组装时，P3HT组装体以螺旋状结构缠绕于碳纳米管壁；当组分中加入环状或线型 Poly(PEGA-co-BPPA)聚合物后，这些聚合物也会与 P3HT一起吸附在碳纳米管的表面；环状聚合物相比于线型聚合物对P3HT/SWCNTs体系在水相中的分散效果更好。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1环状聚合物

1.2 碳纳米管分散

1.3 本论文研究的目的和意义

第二章 侧链含二苯甲酮的两亲性环状共聚物Cyclic-Poly(PEGA-co-BPPA)的合成及其结构表征

摘要

2.1引言

2.2 化学试剂

2.3 分析测试仪器

2.4实验部分

2.5 结果与讨论

2.6 本章总结

第三章 侧链含二苯甲酮的两亲性共聚物的溶液自组装行为以及对单壁碳纳米管在水相分散影响的探究

摘要

3.1引言

3.2 化学试剂

3.3 分析测试仪器

3.4实验部分

3.5 结果与讨论

3.6 本章总结

第四章 侧链含二苯甲酮的两亲性环状共聚物对P3HT/SWCNTs共组装行为影响的探究

摘要

4.1引言

4.2化学试剂

4.3分析测试仪器

4.4实验部分

4.5 结果与讨论

4.6本章总结

第五章 全文总结

5.1本论文主要完成的工作

5.2 本论文的主要结果

5.3 创新点

5.4存在的问题与展望

参考文献

附录 论文中涉及的数据谱图

攻读硕士期间发表的论文

致谢