光引发聚(N-异丙基丙烯酰胺)的RAFT聚合及其在碳材料表面修饰中的应用

摘要

温敏性聚合物具有显著的温度响应性，在智能高分子材料领域占有至关重要的地位。其中最有代表性的材料之一是由单体 N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）聚合而成的均聚物聚N-异丙基丙烯酰胺（pNIPAM）。NIPAM是一种重要的非离子型两亲性单体，其均聚物的大分子链上同时具有亲水性的酰氨基和疏水性的异丙基，使得pNIPAM聚合物，无论是线型的还是交联的，都具有显著的温度敏感性。在水溶液中，温度从室温上升并高于某一临界温度（称为LCST）的过程中，pNIPAM聚合物分子将发生从肿胀的水合状态过渡到脱水萎缩状态的可逆转变，失去约90％的体积。pNIPAM的LCST温度为32℃左右，低于且接近于生物体温度，显示出在生物领域应用的巨大潜力。然而pNIPAM的制备方法在某种程度上制约着其在生物领域的应用。
　　在本论文的工作中，我们尝试着用绿色环保的光引发活性自由基聚合法来制备pNIPAM。我们利用一种含叠氮基团的三硫代酯试剂（AMP）同时作为引发剂和链转移剂，在模拟太阳光氙灯的照射下，使NIPAM单体发生可逆加成-链转移聚合反应（RAFT），得到绿色环保的pNIPAM均聚物。为了进一步探索聚合物在材料改性方面的应用潜能，我们在均聚物的一端通过点击化学反应接上了一个蒽环结构的基团（-ar），使其能够通过苯环间π-π堆叠作用与氧化石墨烯等材料表面或碳纳米管内壁发生紧密的结合，从而达到对碳材料表面修饰的效果，使得碳材料具有相应的温度响应性。复合材料的结构由原子力显微镜、红外光谱、激光共聚焦荧光显微镜等多种表征手段有效证明。为了论证pNIPAM对碳材料的修饰效果，我们设计了水接触角实验和碳纳米管离子传输速率测试。实验结果显示，聚合物-氧化石墨烯杂化材料可对其它材料表面进行亲疏水改性，亲疏水性变化具有温度、光双响应性；聚合物修饰碳纳米管内壁的实验结果显示，修饰后碳纳米管的内部离子传输速率具有一定的温度响应性，且可循环操控。本工作提供了一种新的简单有效的合成pNIPAM及表面修饰碳材料的方法，为其在生物领域的应用提高了可能性。可为材料表面改性、载药系统、基因治疗载体等方面的研究提供参考。

目录

声明

第一章 前 言

1.1 N-异丙基丙烯酰胺及其聚合物

1.2 光引发可逆-加成链转移反应

1.3 蒽炔类化合物

1.4 点击化学反应

1.5 石墨烯材料

1.6 本论文的主要研究内容

第二章 实验表征技术

2.1 核磁共振波谱仪

2.2 红外光谱仪

2.3 原子力显微镜

2.4 激光扫描共聚焦显微镜

2.5 接触角测量仪

第三章 光引发N-异丙基丙烯酰胺的聚合反应及其端基化

3.1 研究背景

3.2 实验材料与表征仪器

3.3 实验方法

3.4 实验结果

3.5 讨论

3.6 本章小结

第四章 蒽基端基化pNIPAM改性碳材料

4.1 研究背景

4.2 实验材料及表征仪器

4.3 实验方法

4.4 实验结果

4.5 讨论

4.6 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

在读期间公开发表的论文及科研成果

致谢